Apostila CLP Completa Weg

WEG INDSTRIAS LTDA CENTRO DE TREINAMENTO DE CLIENTES

MDULO 3 Automao de Processos Industriais

WEG Transformando Energia em Solues

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WEG Transformando Energia em Solues1

Mdulo 3 Automao de Processos Industriais

? Material sujeito a alteraes sem prvio aviso!



ndice Analtico

1 Controladores Lgicos Programveis.............................................................3

1.1 Introduo ..................................................................................................................3

1.2 A Automao Industrial............................................................................................4

1.3 Noes de Lgica Combinacional.............................................................................51.3.1 Operaes Fundamentais ________________________________ _____________________ 5

1.3.1.1 ..... Funes BOOLEANAS................................ ................................ ................................51.3.1.2 ..... Operador AND ................................ ................................ ................................ ..........61.3.1.3 ..... Operador OR ................................ ................................ ................................ .............61.3.1.4 ..... Operador NOT ................................ ................................ ................................ ..........61.3.1.5 ..... Operador NAND ................................ ................................ ................................ .......71.3.1.6 ..... Operador NOR ................................ ................................ ................................ ..........71.3.1.7 ..... Operador XOR ................................ ................................ ................................ ..........7

1.4 Tipos de Sinais ...........................................................................................................81.4.1 Sinais Analgicos________________________________ ___________________________ 81.4.2 Sinais Digitais ________________________________ _____________________________ 8

1.4.2.1 ..... Single bit................................ ................................ ................................ .......................81.4.2.2 ..... Multi bit ................................ ................................ ................................ ........................8

1.5 Definio (IEC 1131-1) ..............................................................................................8

1.6 Princpio de Funcionamento.....................................................................................9

1.7 Aspectos de Hardware...............................................................................................91.7.1 Fonte de alimentao ________________________________ _______________________ 101.7.2 CPU ________________________________ ________________________________ ____101.7.3 Memrias ________________________________ ________________________________ 111.7.4 Interfaces de Entrada/Sada ________________________________ __________________111.7.5 Perifricos ________________________________ _______________________________ 12

1.7.5.1 ..... TERMINAL INTELIGENTE................................ ................................ .....................121.7.5.2 ..... MICROCOMPUTADORES ................................ ................................ ......................121.7.5.3 ..... MINI-PROGRAMADORES (TERMINAIS DE BOLSO)................................ .........131.7.5.4 ..... OUTROS PERIFRICOS ................................ ................................ ..........................13

1.7.6 INTERFACEAMENTO DE PERIFRICOS ________________________________ ____13

1.8 Aspectos de Software ...............................................................................................141.8.1 Linguagens de programao ________________________________ _________________14

1.9 Sistemas Associados.................................................................................................161.9.1 Redes de comunicao ________________________________ ______________________ 161.9.2 Superviso e controle ________________________________ _______________________ 18

1.10 Terminologia ............................................................................................................21

1.11 Anexos.......................................................................................................................291.11.1 Manual simplificado do CLW-011.11.2 Manual do PC12 Design Center verso 1.741.11.3 Exerccios propostos



CONTROLADORES LGICOS PROGRAMVEIS

INTRODUO

Esta apostila tem como objetivo prover uma viso geral das caractersticas erecursos hoje disponveis no mercado de Controladores Programveis (CPs), bemcomo, a sua aplicao nos diversos campos da automao industrial e controle de pr o-cessos, onde as necessidades de flexibilidade, versatilidade, disponibilidade, alta conf i-abilidade, modularidade, robustez e baixos custos, o tornam uma excelente opo.

Mas, o que um Controlador Programvel ? Como surgiu ?

Mesmo antes da industrializao da eletrnica digital, os projetistas de coman-do elaboravam circuitos digitais como contatos programveis. O programa era armaze-nado em plugs multi-pinos e as instrues codificadas por meio de ligaes eltricasentre os pinos destes plugs. Esses programas eram muito limitados, e, sua principalfuno era a seleo das operaes das maquinas e/ou processos.

Desta forma, alm de uma operacionalidade muito baixa, existiam outros pr o-blemas: alto consumo de energia, difcil manuteno, modificaes de comandos dif i-cultados e onerosos com muitas alteraes na fiao ocasionando nmero de horasparadas, alm das dificuldades em manter documentao atualizada dos esquemas decomando modificado.

Com a industrializao da eletrnica, os custos diminuram, ao mesmo tempoem que a flexibilidade aumentou, permitindo a utilizao de comandos eletrnicos emlarga escala.

Mas alguns problemas persistiram, e quem sentia estes problemas de formasignificativa era a industria automobilstica, pois a cada ano com o lanamento de n o-vos modelos, muitos painis eram sucateados pois os custos para alterao eram ma i-ores do que a instalao de novos painis.

Porm, em l968 a GM atravs de sua Diviso Hidromatic preparou as especif i-caes detalhadas do que posteriormente denominou-se Controlador Programvel(CP). Estas especificaes retratavam as necessidades da indstria, independent e-mente do produto final que iria ser fabricado. Em 1969 foi instalado o primeiro CP naGM executando apenas funes de intertravamento.

Historicamente os CPs tiveram a seguinte evoluo: De 1970 a 1974, em adi-o s funes intertravamento e sequenciamento (lgica), foram acrescentadas fu n-es de temporizao e contagem, funes aritmticas, manipulao de dados e intr o-duo de terminais de programao de CRT (Cathode Ray Tube).

De 1975 a 1979 foram incrementados ainda maiores recursos de software quepropiciaram expanses na capacidade de memria, controles analgicos de malha f e-



chada com algoritmos PID, utilizao de estaes remotas de interfaces de E/S (E n-tradas e Sadas) e a comunicao com outros equipamentos inteligentes.

Com os desenvolvimentos deste perodo, o CP passou a substituir o micro-computador em muitas aplicaes industriais.

Nesta dcada atual, atravs dos enormes avanos tecnolgicos, tanto de har-dware como de software, podemos dizer que o CP evoluiu para o conceito de controla-dor universal de processos, pois pode configurar-se para todas as necessidades decontrole de processos e com custos extremamente atraentes.

A AUTOMAO INDUSTRIAL

Antes de iniciarmos nosso estudo dos controladores programveis, precisamossedimentar alguns conceitos importantes. Um destes conceitos est relacionado coms respostas para algumas perguntas :

O que controle ?

Conforme o dicionrio (Aurlio Buarque de Holanda Ferreira) podemos definir apalavra controle como segue :

[Do fr. contrle.] S. m. 1. Ato, efeito ou poder de controlar; domnio, governo. 2.Fiscalizao exercida sobre as atividades de pessoas, rgos, departamentos, ou so-bre produtos, etc., para que tais atividades, ou produtos, no se desviem das normaspreestabelecidas.

O controle, vendo sob o ponto de vista tecnolgico, tem um papel important s-simo no desenvolvimento de aes planejadas, modelando processos desde os maissimples at os mais complexos.

O que automao industrial ?

Controlador

Processo

AtuadoresSensores

Figura 1- Diagrama de blocos de um sistema de autom ao



Todas as vezes, relacionado a um processo, que introduzimos alguma novatcnica de controle estamos falando de automao industrial. Na verdade a utilizaodestas tcnicas estar diretamente relacionada com o aumento de produtividade,qualidade, flexibilidade e confiabilidade. Note que o termo automao descrever umconceito muito amplo, envolvendo um conjunto de tcnicas de controle, das quais cria-mos um sistema ativo, capaz de fornecer a melhor resposta em funes das inform a-es que recebe do processo em que est atuando. Dependendo das informaes osistema ir calcular a melhor ao corretiva ser executada. Neste ponto podemosverificar as caractersticas relacionadas com os sistemas em malha fechada, tambmdenominados sistemas realimentados (ver figura 1). A teoria clssica de controle def i-ne e modela, matematicamente, estas caractersticas dando uma conotao cientfica etecnolgica a este assunto.

NOES DE LGICA COMBINACIONAL

Nesta seo iremos trabalhar alguns conceitos importantes para o desenvolv i-mento de um processo lgico de raciocnio que mas adiante nos permitir compreendercomo sero relacionados todos os fatores relevantes elaborao de projetos envo l-vendo controladores programveis.

1.1.1 OPERAES FUNDAMENTAIS

A teoria matemtica das proposies lgicas foi apresentada em 1854 (1), pelofilsofo e matemtico ingls George Boole (1815-1864), definindo assim os conceitosbsicos da chamada lgebra de Boole para dois valores (sistema binrio). Mas foi so-mente em 1938(2), que o engenheiro americano Claude Elwood Shannon, aplicou ateoria de Boole ao estudo e simplificao de funes usadas em telefonia, percebendoque as leis que regem as relaes entre proposies lgicas eram as mesmas que seaplicavam para dispositivos de chaveamento de dois estados, j que estes dispositivospodem assumir os seguintes estados, como por exemplo : ligado ou desligado,aberto ou fechado, potencial alto ou potencial baixo, verdadeiro ou fa lso.

(1) Intitulado como An Investigation of the Laws of Thought(2) Trabalho entitulado como Symbolic Analysis of Relay and Switching

1.1.1.1 FUNES BOOLEANAS

A lgebra de Boole est estruturada da seguinte maneira : Um conjunto S; trsoperaes definidas sobre S (operao E, OU e COMPLEMENTO); Os caracteres 0 e1. No abordaremos de forma detalha os teoremas, postulados e leis desta teoria.

Mas a idia de uma funo lgica segue o mesmo conceito das funes da l-gebra tradicional, onde uma funo assume um nico valor para cada combinao devalores possveis assumidos pelas suas variveis. Note, que na realidade uma funolgica (booleana) com n variveis ir apresentar um total de combinaes dadas por 2 n.Se adotarmos um procedimento formal para anlise dos valores possveis para uma



funo booleana chegaremos a concluso que o processo seria bastante cansativo emuito susceptvel a erros, relacionados basicamente com a falta de ateno. Para fac i-litar esta anlise foi proposta, pelo matemtico ingls Charles Lutwidge Dogson (3)

(1832-1898), uma forma tabular de representao conhecida como tabela verdade(truth table). A seguir mostraremos as equaes algbricas e a tabela verdade dos ope-radores fundamentais da lgebra booleana.

(3) Cujo pseudnimo era Lewis Carrol, nome adotado quando escreveu o livro Alice no Pas das Maravilhas

1.1.1.2 OPERADOR AND

Equao Algbrica Tabela Verdade

F = A . B

1.1.1.3 OPERADOR OR


F = A + B

1.1.1.4 OPERADOR NOT


F = A



1.1.1.5 OPERADOR NAND


F = BA ?

1.1.1.6 OPERADOR NOR


F = BA ?

1.1.1.7 OPERADOR XOR


F = BABA ???



TIPOS DE SINAIS

1.1.2 SINAIS ANALGICOS

So sinais que variam continuamente no tempo conforme uma regra de comp a-rao uma referncia def inida.

Exemplos : potencimetros, transdutores de temperatura, presso, clula decarga, umidade, vazo, medidores, vlvulas e atuadores analgicos, acionamentos demotores, etc.

1.1.3 SINAIS DIGITAIS

So sinais que variam continuamente no tempo assumindo apenas dois valoresdefinidos e distintos. Podemos ainda encontr-los subdivididos em dois tipos :

1.1.3.1 SINGLE BIT

Dispositivos deste tipo apresentam sinais que podero ser representados porbits individuais.

Exemplos : botes, chaves seletoras, chaves fim-de-curso, pressostatos, te r-mostatos, chaves de nvel, contatos de rels, contatos auxiliares de contatores, alar-mes, solenides, lmpadas, bobinas de rels, bobinas de contatores, etc.

1.1.3.2 MULTI BIT

Dispositivos deste tipo apresentam sinais representados por bits agrupados emconjunto, formando assim o que chamamos de palavra binria.

Exemplos : encoder absoluto, chave thumbwheel, etc.

DEFINIO (IEC 1131-1)

Sistema eletrnico digital, desenvolvido para uso em ambiente industrial, queusa uma memria Programvel para armazenamento interno de instrues do usurio,para implementao de funes especficas, tais como, lgica, sequenciamento, te m-porizao, contagem e aritmtica, para controlar, atravs de entradas e sadas, vriostipos de mquinas e processos.



O CP e seus perifricos, ambos associados, so projetados de forma a poderser integrados dentro de um sistema de controle industrial e finalmente usados a todasas funes as quais destinado.

PRINCPIO DE FUNCIONAMENTO

O Controlador Programvel, como todo sistema microprocessado, tem seuprincpio de funcionamento baseado em trs passos:

Com a partida, o CP executar as seguintes tarefas:

1. Transferir os sinais existentes na interface de entrada para a memria dedados (RAM).

2. Iniciar a varredura do software aplicativo armazenando na memria deprograma (SCAN), utilizando os dados armazenados na memria de da-dos. Dentro deste ciclo, executar todas as operaes que estavam pro-gramadas no software aplicativo, como intertravamentos, habilitao detemporizadores/contadores, armazenagem de dados processados na me-mria de dados, etc...

3. Concluda a varredura do software aplicativo, o CP transferir os dados pro-cessados ( resultados de operaes lgicas) para a interface de sada. Pa-ralelamente, novos dados provenientes da interface de entrada iro al i-mentar a memria de dados.

ASPECTOS DE HARDWARE

O diagrama de blocos abaixo representa a estrutura bsica de um controladorprogramvel com todos os seus componentes. Estes componentes iro definir o quedenominamos configurao do CLP.

Incio

Ler as entradas

Executa programa

Atualiza as Sadas



1.1.4 FONTE DE ALIMENTAO

A fonte fornece todos os nveis de tenso exigidos para as operaes internasdo CP (Ex.: CPU, Memria, E/S).

1.1.5 CPU

A CPU o crebro do sistema. Ela l o sinal das entradas na memria de d a-dos, executa operaes aritmticas e lgicas baseadas na memria de programa, egera os comandos apropriados para a memria de dados controlar o estado das sa -das.

Abaixo so apresentadas algumas consideraes e caractersticas principais:

Utiliza microprocessadores ou microcontroladores de 8,16 ou 32 bits e, emCPs maiores, um coprocessador (microprocessador dedicado) adicional para aume n-tar a capacidade de processamento em clculos complexos com aritmtica de pontoflutuante.

A maioria dos fabricantes de CPs especificam os tempos de varredura comofuno do tamanho do programa (p.e.10ms/1k de programa), e situam-se na faixa de s-de 0,3 at 10ms/k, caracterizando a existncia de CPs rpidos e lentos.

Alguns fabricantes provem recursos de hardware e software que possibilitaminterrupes na varredura normal de forma a ler uma entrada ou atualizar uma sadaimediatamente.

MemriaProcessador

Barramento(dados, endereos, controle)

Entradas Sadas

Fonte

Figura 2 - Diagrama de blocos simplificado de um controlador programvel



Recursos de auto-diagnose para deteco e indicao de falhas (Comunic a-o, memria, bateria, alimentao, temperatura, etc.) so tambm disponveis em a l-guns CPs. Normalmente os indicadores esto localizados na parte frontal do carto daUCP.

1.1.6 MEMRIAS

Memria de Dados : tambm conhecida como memria de rascunho. Servepara armazenar temporariamente os estados E/S, marcadores presets de temporizad o-res/ contadores e valores digitais para que o CPU possa process-los. A cada ciclo devarredura a memria de dados atualizada. Geralmente memria RAM.

Memria de Usurio : serve para armazenar as instrues do software aplicat i-vo e do usurio ( programas que controlam a mquina ou a operao do processo),que so continuamente executados pela CPU. Pode ser memria RAM, EPROM,EPROM, NVRAM ou FLASH-EPROM.

1.1.7 INTERFACES DE ENTRADA/SADA

O hardware, de E/S, freqentemente chamado de mdulos de E/S, a interf a-ce entre os dispositivos conectados pelo usurio e a memria de dados. Na entrada, omdulo de entrada aceita as tenses usuais de comando (24VCC,110/220 VCA) quechegam e as transforma em tenses de nvel lgico aceitos pela CPU. O mdulo desada comuta as tenses de controle fornecidas, necessrias para acionar vrios di s-positivos conectados.

Os primeiros CPs, como j mencionado anteriormente, eram limitados a inte r-faces de E/S discretas, ou seja, admitiam somente a conexo de dispositivos do tipoON/OFF (liga/desliga, aberto/fechado, etc.), o que, naturalmente, os limitavam um con-trole parcial do processo, pois, variveis como temperatura, presso, vazo, etc., med i-das e controladas atravs de dispositivos operados normalmente com sinais analg i-cos, no eram passveis de controle. Todavia, os CPs de hoje, provem de uma gamacompleta e variada de interfaces discretas e analgicas, que os habilitam a pratica-mente qualquer tipo de controle.

As entradas e sadas so organizadas por tipos e funes, e agrupadas emgrupos de 2, 4, 8, 16 e at 32 pontos (circuitos) por interface (carto eletrnico) deE/S. Os cartes so normalmente do tipo de encaixe e, configurveis, de forma a po s-sibilitar uma combinao adequada de pontos de E/S, digitais e analgicas.

A quantidade mxima de pontos de E/S, disponveis no mercado de CPs, podevariar desde 16 a 8192 pontos normalmente, o que caracteriza a existncia de peque-nos, mdios e grandes CPs.

Embora uma classificao de CPs devesse considerar a combinao de diver-sos aspectos (n. de pontos de E/S, capacidade de memria, comunicao, recursos



de software e programao, etc.), para propsitos prticos, podemos considerar a cla s-sificao proposta na figura a seguir.

1.1.8 PERIFRICOS

Dentre os diversos equipamentos perifricos ao CPs podemos destacar os deprogramao, que basicamente, tem por finalidade principal a introduo do programade controle na memria do CP e a visualizao e documentao do mesmo.

Os equipamentos de programao mais comumente utilizados so os seguin-tes:

1.1.8.1 TERMINAL INTELIGENTE

Sendo microprocessado, capaz de executar funes de edio de progra-mas e outras independentemente da UCP do controlador. Ele possui sua prpria m e-mria com software para criao, alterao e monitorao dos programas. A grandevantagem a de poder tambm editar e armazenar os programas de controle sem e s-tar acoplados ao CP. Esta capacidade conhecida como programao off-line.

Em geral, estes terminais possuem acionadores de Floppy-Disks (discos fle-xveis) e programadores de EPROMs o que possibilita tambm o arquivo de progra-mas tanto em Floppy-Disks como em EPROMs.

Alguns terminais possuem ainda uma interface de rede o que permite acopl-los s redes locais de comunicao. Este arranjo permite o terminal acessar qualquerCP na rede, alterar parmetros ou programas, e monitorar quaisquer elementos semestar acoplado diretamente a qualquer CP. Com software adequado, este arranjo podepermitir tambm um meio centralizado de aquisio e apresentao, inclusive grfica,dos dados dos diferentes controladores da rede.

Uma desvantagem, que estes terminais no so intercambiveis entre dif e-rentes fabricantes de CPs.

1.1.8.2 MICROCOMPUTADORES

Com o advento dos microcomputadores pessoais (PCs) e com a crescente ut i-lizao dos mesmos em ambientes industriais, a grande maioria dos fabricantes de s-envolveram software especiais que possibilitaram utiliz-los tambm como programa-dores tanto on line como off line. A grande maioria destes software foram desenvo l-vidos com base na linha de micros compatveis com os IBM-PCs, facilitando inclusive acompilao de programas em linguagens de alto nvel (BASIC, C, PASCAL, etc.).



H atualmente uma acentuada utilizao destes equipamentos com CPs, pri n-cipalmente como Interface Homem-Mquina/Processo no nvel de Superviso do co n-trole de processos, tema este que abordaremos no captulo 6.

1.1.8.3 MINI-PROGRAMADORES (TERMINAIS DE BOLSO)

So bastante compactos, assemelhando-se em muito com as calculadoras demo. Este equipamento preferencialmente utilizado para aplicao no campo, paratestes e parametrizao.

1.1.8.4 OUTROS PERIFRICOS

Ainda dentro da famlia de equipamentos perifricos aos CPs podemos dest a-car os seguintes:

INTERFACE HOMEM/MQUINA: Com dimenses reduzidas, so utilizadosprincipalmente para introduo e visualizao de dados e mensagens. So compostosde um teclado numrico-funcional, muitas vezes do tipo membrana, e de display alf a-numrico, sendo gerenciados por um microprocessador.

IMPRESSORAS: So utilizadas normalmente para prover cpia do programade controle e gerao de relatrios e mensagens ao operador. A comunicao feitanormalmente atravs de interfaces de comunicao serial padro RS 232C.

1.1.9 INTERFACEAMENTO DE PERIFRICOS

COMUNICAO SERIAL: a mais comumente utilizada para a maioria dosperifricos e feita utilizando-se simples cabos de par traado. Os padres mais util i-zados so o RS 232C, loop de corrente 20mA, e o RS-422/RS-485 em alguns casos.

RS-232C: Este padro define basicamente as caractersticas dos sinais eltr i-cos, bem como os detalhes mecnicos (pinagem) da interface.

empregada para velocidades de transmisso de at 20k baud (bits/seg) edistncia mxima de 15 metros. (Com a utilizao dos modems esta distncia pode serampliada).

RS-422/RS-485: uma verso melhorada do padro RS-232C. Ela possibilita,principalmente, o emprego de velocidade de transmisso de at 100k baud para di s-tncia de at 1200m, podendo alcanar velocidades da ordem de MBaud para distnc i-as menores.

LOOP DE CORRENTE 20mA: A interface de loop de corrente idntica a RS-232C e, evidentemente como baseada em nveis de corrente em vez de tenso, pos-



sibilita o emprego em distncias bem maiores. Muitos CPs oferecem ambos os pa-dres, RS-232C e loop de corrente.

ASPECTOS DE SOFTWARE

Alm do nmero de pontos de E/S, o que determina a utilizao de um CP soos recursos de software disponveis, isto , que funes ele pode executar. Todos osCPs possuem as seguintes funes bsicas de software :

- Lgica E, OU e XOR;- SET e RESET- Temporizao e contagem;- Clculos com aritmtica bsica (+,-,x,? );- Parnteses ( para associao de lgicas);- Comparao de valores;- Registrador de deslocamento;- Salto.

A medida que os CPs tem sua capacidade de processamento aumentada, su r-ge a necessidade de funes de software mais avanadas, tais como:

- Clculos com ponto flutuante;- Clculos integrais e trigonomtricos;- Malhas de controle PID;- Posicionamento;- Contagem rpida;- Leitura de sinais analgicos;- Leitura de sinais de temperatura;- Linearizao de sinais analgicos;- Lgica fuzzi;- Outros.

1.1.10 LINGUAGENS DE PROGRAMAO

A programao traduz as funes a serem executadas; para tanto ela deve sera mais simples possvel. Utilizando-se de linguagem especfica, baseando-se na me-motcnica, a linguagem de programao usa abreviaes, figuras e nmeros de talforma a formar-se acessvel a todos os nveis tecnolgicos.

Os tipos de funes so associaes lgicas ( E, OU, etc), funes de me-mria ( SET, RESET, etc), funes de contagem, temporizao, aritmticas e outrasmais especficas. A forma visual que a instruo se apresenta depende unicamente dotipo de sistema utilizado pelo programador. Seja por exemplo, a associao lgica OUentre duas informaes que chamaremos de entradas por traduzirem informaes doprocesso. O resultado desta associao ser armazenado em uma memria para d e-



pois ser utilizado, na dependncia da ordem de operao. Podemos representar essaassociao na forma de diagrama de contatos (Ladder).

Podemos ainda representar a associao atravs de um esquema de funci o-namento ou diagrama lgico.

As vantagens e desvantagens de cada uma das formas de linguagem de pr o-gramao so dependentes dos conhecimentos do programador.

A linguagem mais difundida at agora tem sido o diagrama de contatos (L A-DDER), devido a semelhana com os esquemas eltricos usados para o comando co n-vencional e a facilidade de visualizao nas telas de vdeo dos programadores (CRT).

As funes aplicadas aos processadores de palavra (byte processor) so ba-seadas na mesma filosofia, porm as operaes so de uma gama mais variada.

O Software pode apresentar-se de forma linear, onde o programa varridodesde a primeira instruo at a ltima no importando-se com a necessidade ou node ser executada parte do programa.

Essa programao linear caracterstica dos processadores mais simples (BitProcessor).

Outra forma de programao a programao estruturada onde um programaprincipal lido e, conforme a seqncia dos eventos, os blocos de programa e funesso executados.

A programao estruturada permite a otimizao do Software adaptando assimas necessidades de cada comando, oferecendo ainda a possibilidade de utilizao desubrotinas e subprogramas.

Alguns Softwares de programao permitem migrar de uma linguagem paraoutra. Como por exemplo, de Ladder para lista de instruo, de Ladder para diagramalgico e vice versa.

Listas de instrues

A lista ao lado mostra um exemplo dalinguagem escrita na forma de mnemnicosbooleanos (TP-02 - Weg).

.......0001 STR X0010002 OR X0020003 AND NOT X0030004 AND NOT C0200005 OUT C0010006 STR C0010007 TMR V001 V0020008 OUT C050................



Diagrama de contatos

Ao lado apresentamos um exemplo deinstrues escritas na forma de diagrama decontatos ou Ladder (TP-02 Weg).

Diagrama de blocos

Ao lado temos umexemplo de instrues escri-tas em diagrama de blocos oublocos funcionais.

SISTEMAS ASSOCIADOS

Atualmente os controladores programveis trabalham isoladamente, exceto emaplicaes muito pequenas, e de maneira geral eles compem com outros equip a-mentos um sistema integrado de controle. A seguir abordaremos algumas questesinteressantes com relao a este aspecto.

1.1.11 REDES DE COMUNICAO

A necessidade de interligao de vrios equipamentos inteligentes, sejameles CPs ou computadores, fez desenvolver-se o conceito de redes locais.

As mesmas tem aplicaes em diversas reas como automao de escritrios,comercial, bancria e industrial, com requisitos prprios para cada rea.

Uma rede local industrial deve possuir as seguintes caractersticas:

- Capacidade para suportar controle em tempo real.

TMR V001 V002

C001 C050

X002

X001 X003 C020 C001

OR

AND

I 1.1

I 1.2

I 2.3M 100

O 3.2



- Alta integridade dos dados atravs de deteco de erro.- Alta imunidade rudo.- Alta confiabilidade em ambiente desfavorvel.- Adequao a grandes instalaes.

A fim de permitir processamento de dados (aquisio) centralizado e controledistribudo, adequando desta forma os tempos de varredura e capacidade de memriados vrios integrantes da rede, a mesma, bem como, os CPs a ela acoplados, devemprover as seguintes funes:

- Comunicao entre CPs e outros centralizadores (um outro CP, computador, etc.).

- Transferncia de dados de um terminal ou computador a qualquer CP.- Transferncia de dados de qualquer CP a um terminal ou computador.- Operao de leitura/escrita de valores de registros de E/S de qualquer CP.- Monitorao de estado do CP e controle de sua operao.

As redes de comunicao de CPs existentes no mercado caracterizam-se peladiversidade das tcnicas adotadas ( topologias, mtodos de acesso, protocolos, etc.) ecapacidade de transmisso, com velocidades de 19.2 KBaud at 2M baud.

A topologia de uma rede define como os ns (no caso, os CPs, computadores,terminais, etc.) esto conectados mesma, e pode configurar-se basicamente de 3formas: Estrela, Barramento Anel, onde os fatores desempenho do fluxo de dados,custos de implementao e confiabilidade, variam com o uso de uma ou outra config u-rao, sendo muitas vezes utilizada uma composio das mesmas.

Como j mencionado anteriormente, a topologia tipo barramento requer queseja definido o mtodo no qual um CP possa acessar a rede para a transmisso deuma informao.

Os mtodos mais comumente utilizados so:

POLLING (ELEIO), DETEO DE COLISO e TOKEN PASSING (PAS-SAGEM DE FICHAS)

Os tipos atualmente mais utilizados em CPs so os cabos de par tranado ecoaxiais. Os primeiros, bem mais baratos, em aplicaes ponto-a-ponto podem cobrirdistncias de at 1200 metros, com velocidades de at 250k baud. Todavia, em aplic a-es com topologia de barramento comum, a velocidade mxima de transmisso r e-comendada de 19.2 kBaud.

Em algumas aplicaes j utiliza-se fibra tica, porm os custos envolvidoscom esta tecnologia ainda so elevados.

Podemos dizer que, basicamente, um protocolo um conjunto de regras quedevem ser atendidas para que dois ou mais equipamentos inteligentes possam se



comunicar, e cada fabricante de CP possui a sua regra, ou seja, seu protocolo de co-municao.

Esta incompatibilidade nos protocolos dos diversos fabricantes tem dificultado anecessidade crescente de interconexo de seus equipamentos, de diferentes tecnol o-gias, nos projetos de automao integrada de uma indstria.

Com o propsito de se criarem padres, vrias entidades e organizaes inter-nacionais, tais como a ISO, IEC, IEEE,ANSI, entre outras, tem apresentado propo s-ta/modelos de padronizao.

FIELD BUS, que objetiva interligar equipamentos primrios localizados nocampo, ou seja, junto ao processo, com o nvel superior de controle e superviso. Soconsiderados equipamentos primrios, transdutores e atuadores inteligentes, incluin-do controladores de motores, e at pequenos CPs ou remotas de E/S.

Um dos padres que est sendo adotado de forma mais veemente o PROF I-BUS (norma DIN 19245 partes 1 e 2). Os grandes fabricantes europeus adotaram estepadro e j possuem equipamentos que se comunicam nesta rede.

Para comunicao do CP com E/S remotas foi criado o PROFIBUS-DP (normaDIN 19245 parte 3).

1.1.12 SUPERVISO E CONTROLE

Um sistema de controle de um mquina, conjunto de mquinas ou processo,pode configurar-se de diversas formas: individualmente, centralizado ou distribudo.

A definio e adoo da forma mais adequada, vai depender, tambm, de umaavaliao dos diversos aspectos envolvidos, tais como, complexidade do sistema, flexi-bilidade desejada, nvel de redundncia, integrao, manutenabilidade, custo, etc. Oque vale a pena destacar, que o controlador programvel, independentemente daconfigurao adotada, aparece como uma excelente opo, como equipamento decontrole. Os recursos de software para funes de sequenciamento e intertravamento,controle de malha aberta e fechada, bem como, a disponibilidade de distribuio docontrole, atravs das redes de comunicao e dos seus mdulos especiais inteligentes,permitindo, desta forma, a implementao parcial ou total da redundncia no sistema,confirmam nossa afirmao.

Os sistemas modernos de automao industrial esto sendo baseados em a r-quiteturas verticalmente distribudas, conforme a figura 3.

A implementao do nvel de superviso do controle do processo, ou seja, dainterface homem-processo, assume, tambm, papel muito importante dentro desta e s-trutura hierrquica de controle. Evidentemente, existem vrias maneiras de imple-mentao, e a utilizao de CPs, no nvel de controle, possibilita tais opes. A utiliza-



Processo

Controle

Superviso

Coordenao ougerenciamento

Comando global ouplanejamento

Nvel 1

Nvel 2

Nvel 3

Nvel 4

o dos tradicionais painis sinpticos de controle, em funo da ocupao em dem a-sia, muitas vezes, do espao disponvel, bem como, pela pouca flexibilidade para pos-sveis alteraes, tem sido preterida.

A opo que vem se apresentando como bastante atraente, sendo cada vezmais empregada, tanto no mercado internacional como brasileiro, a utilizao dosmicrocomputadores e seus perifricos, como interface homem-processo.

O xito da utilizao deste equipamento em conjunto com CPs, decorrenteda sua srie de vantagens proporcionadas:

- ambiente de hardware e software propcio para o desenvolvimento de pro-gramas dedicados s funes de superviso, tendo em vista, o bom suporte de softw a-re, especificamente linguagens de programao de alto nvel;

- capacidade de memria e velocidade de processamento adequadas maioriadas aplicaes;

- modularidade e portabilidade dos programas;- facilidade de acrscimo de novas funes e de manuteno das j existentes;- linguagem grfica de fcil manuseio para construo de telas de sinpticos de

processos, etc.;- custo relativamente baixo.

A tendncia verificada a da utilizao de microcomputadores compatveiscom o IBM-PC. A forma construtiva destes microcomputadores depende basicamentedo local onde ser instalado. Podendo ser um micro industrial de mesa, uma worksta-tion com monitor e teclado incorporado, ou uma placa que pode ser conectada no pr -prio Rack do CP.

As principais funes implementadas pelo microcomputador so as seguintes:

- Apresentao de sinpticos do processo, com atualizao dinmica dos valo-res reais e tericos das variveis controladas;

Figura 3 - Arquitetura de um sistema de automao



- Apresentao de frontais de instrumentos, com informaes relativas a cadamalha, tais como, limites de alarme, ponto de ajuste (set-point), parmetros de controle(ganhos), etc.;

- Registro de tendncia (representao grfica x tempo), em tempo real, dasvariveis controladas;

- Registro de tendncia histrica, atravs da armazenagem das informaesanteriores, com apresentao sob solicitao ou freqncia pr-determinada;

- Registros de alarmes ( ocorrncias, conhecimento e retorno ao normal), eeventos (troca de estado das malhas, alterao de set-points, limites de alarmes, etc),com indicao da data, hora e descrio do evento ou alarme;

- Hard-copy das telas em impressoras;- Manuteno de biblioteca de procedimentos padro, para ser consultada pelo

operador em caso de tomadas de deciso;- entre outras.

A adoo de dois microcomputadores acoplados rede de comunicao, comsubdiviso de atribuies, bem como, a possibilidade de operao backup de cada umdeles, ou seja, o controle integral de um no caso de uma falha do outro, uma prticalargamente empregada.

Figura 4 - Exemplo de tela utilizada em um sistema de superviso



TERMINOLOGIA

A terminologia apresentada abaixo normalmente utilizada com ControladoresProgramveis.

ACOPLADOR PTICO - Dispositivo que acopla os sinais de um circuito eletrnico aum outro atravs de radiao eletromagntica (luz).

ALFANUMRICO - Informaes que consiste em caracteres alfabticos, numricos ouespeciais.

ALGORITMO - Um procedimento passo a passo para resolver um problema, as vezesusado com relao a um programa de software.

AND ou E - Operao que gera um 1" lgico se e somente se todas as entradas forem1". Na programao em diagramas de contatos, representa-se a operao E como umcircuito em srie.

ASSINCRONO - No ligado a um clock ( funciona fora das restries do clock da CPU).

AUTODIAGNSTICO - O hardware e firmware dentro de um controlador, permitem queele monitore seu prprio estado e indique qualquer falha que possa ocorrer dentro dele.

BAUD RATE - Uma medida de comunicao de transmisso serial de dados. o n -mero de bits transmitidos por segundo, incluindo bits de partida e parada.

BACKUP - Fonte de energia adicional cuja finalidade reter as informaes contidasem memrias volteis (RAM), em caso de falha na alimentao do CP.

BCD - Valor decimal codificado em binrio. Um sistema de codificao em que cadadgito decimal de 0 a 9 representado por quatro dgitos binrios (bits).

BINRIO - Um sistema de numerao que usa somente os algarismos 0" e 1". Tam-bm chamado base 2".

BIT -Um dgito binrio; o menor elemento de dados digitais que pode ter o valor 0"u1"

BIT DE PARIDADE - Um bit adicional acrescentado a uma palavra de memria paratornar a soma do nmero de 1" em palavra de paridade par ou impar.

BUFFER - Registro para armazenamento temporrio de dados que pode permitir queos dados saiam em tempos ou taxas diferentes dos dados de entrada.

BURN - Operar um dispositivo a uma temperatura elevada para aumentar a probabil i-dade de que qualquer defeito do dispositivo cause uma falha. Utiliza-se no controle dequalidade de equipamentos eletrnicos.



BUS - Grupo de linhas para transmisso ou recepo de um grupo de bits associadospara transferncia ou controle de dados.

BYTE - Um grupo de 8 dgitos binrios (bits) operados como uma unidade.

CANAL DE E/S - um nico circuito de entrada ou sada de uma unidade de E/S.Cada dispositivo de entrada ou sada do usurio conectado a um canal de E/S.

CAPACIDADE ARITMTICA - A capacidade de executar operaes aritmticas com oprocessador.

CARACTERE - Um smbolo de um conjunto de smbolos elementares, tais como umaletra do alfabeto ou um nmero decimal. Os caracteres podem ser expressos em mu i-tos cdigos binrios.

CHAVE THUMBWHEEL - Uma chave numrica rotativa , usada para introduzir info r-maes numricas em um controlador.

CHECKSUM - (verificao de soma) Faz a auto-diagnose de toda memria do sistema.

CLOCK - Sinal bsico para marcar o tempo. Os pulsos de clock so gerados period i-camente atravs do sistema e so usados para sincronizar a operao do equipame n-to.

CDIGO ASCII - (Cdigo Padro de Intercmbio de Informaes). Cdigo Padro us a-do em transmisso de dados, em que cada um dos 128 nmeros, letras, smbolos ecdigos de controle especiais, representado por um nmero binrio de 7 bits.

CDIGOS MNEMONICOS - Nomes simblicos para instrues, registros, endereos,etc.

COMPLEMENTO - mudana de 1" para 0" e 0" para 1".

CONTATO - Uma das partes que transmitem corrente de um rel chave ou um cone c-tor que so acoplados ou deslocados para abrir ou fechar circuitos eltricos.

CONTATO NORMALMENTE ABERTO - Um par de contatos que fica aberto quando abobina de um rel no estiver energizada.

CONTROLE DISTRIBUDO - Um sistema de diviso de controle do processo ou dafbrica em diversas reas de responsabilidade, cada uma administrada pelo seu pr-prio Controlador Programvel, estando o conjunto todo interconectado atravs de busde comunicao.

CONVERSOR DIGITAL/ANALGICO (D/A) - Dispositivo para converter uma palavradigital em sinal de tenso ou corrente analgica equivalente.



CP - Abreviao de Controlador Programvel.

CPU -(Unidade Central de Processamento) - A parte de um Controlador programvelque controla a interpretao e execuo de instrues.

DIAGRAMA DE CONTATOS - Um diagrama que mostra os smbolos dos componentesreais e a configurao bsica de fiao de um circuito lgico a rel.

DIAGRAMA LGICO - Um desenho que representa graficamente as funes lgicas E,OU, NO, etc. ...

DIGITAL - Uma referncia para representao de dados por sinais discretos, como apresena ou ausncia de um nvel de sinal para indicar 1" ou 0" (dados binrios). tambm um tipo de alfanumricos discretos e de forma completa.

DIGITO SIGNIFICATIVO - Um dgito que contribui para a preciso de um nmero.

DISQUETE - Placa circular fina e flexvel de Mylar com uma superfcie de xido mag-ntico na qual os dados so gravados em trilhas e da qual se pode ler os dados.

DISPLAY DE SETE SEGMENTOS -Um formato de display que consiste em sete barrasdispostas de forma tal que cada dgito de 0 a 9 pode ser mostrado energizando-se d u-as ou mais barras.

DISPOSITIVO DIGITAL - Um dispositivo eletrnico que processa os sinais eltricosque tem apenas dois estados, como ligado ou desligado, tenses alta ou ba ixa.

DISPOSITIVO DE SADA - Dispositivos como solenides, partidas eltricas, lmpada,etc... que recebem dados do Controlador Programvel.

DOCUMENTAO - Uma coleo ordenada de dados gravados sobre hardware esoftware, tais como: esquemas, listagens, diagramas, etc ... para oferecer informaesde referncia para aplicao, operao e manuteno do CP.

E/S (I/0) - Abreviao de entrada/sada (input/output)

EDITAR - Modificar deliberadamente o programa armazenado do usurio.

EEPROM ou E2PROM - Memria apenas de leitura, programvel, no voltil, que podeser apagada eletricamente e reprogramada.

EPROM - Memria apenas de leitura, programvel, no voltil, que pode ser apagadaatravs de exposio da memria a uma fonte de luz ultravioleta e reprogramada.



EQUIPAMENTO PERIFRICO - Equipamentos que podem se comunicar com o CP.EX. Terminal de vdeo, microcomputador, impressora, gravador k-7, unidade de pro-gramao, etc...

EXECUO - A realizao de uma operao especfica tal como seria realizada atra-vs do processamento de uma instruo, de uma srie de instrues ou de um pr o-grama completo.

EXCLUSIVE OR ou OU EXCLUSIVO (XOR) - Operao lgica entre dois dgitos bin-rios que gera um resultado 1" se somente se um dos dois dgitos tiver o valor 1" e,caso contrrio, gera um resultado 0".

FIRMWARE - Software que foi tornado parte do hardware e transparente para o usu -rio. Ex.:Colocando-se o mesmo na ROM.

FLOPPY DISK - Vide Disquete.

FORAMENTO DE E/S - O processo de ultrapassar o estado verdadeiro de uma en-trada ou sada. Essas funes normalmente usada como uma ferramenta na depur a-o durante a partida (startup) do CP.

HAND SHAKING - Comunicao nos dois sentidos entre dois dispositivos para efetuaruma transparncia de dados (isto entre dois CPs).

HARDWARE - Os dispositivos mecnicos, eltricos e eletrnicos que compem um CPe os componentes aplicativos.

INSTRUO - Um comando que far um CP executar uma certa operao prescrita.

INTERFACE - Unidade para conectar um CP aos dispositivos de aplicao do usurio.

ISOLAMENTO ELTRICO DE E/S - Separao dos circuitos de campo dos circuitosde nvel lgico do CP, normalmente feito com isolamento ptico.

JUMP - Mudana na seqncia da execuo das instrues do programa, alterando ocontador do programa.

LCD - (Display de cristal lquido). Um display que consiste basicamente de um cristallquido hermeticamente vedado entre duas placas de vidro.

LINGUAGEM DE ALTO NVEL - Linguagem poderosa orientada para o usurio, talcomo uma linguagem compiladora ou interpretador altamente capaz.Ex.: Fortran, BASIC, C, Pascal, etc.

LINGUAGEM - Um conjunto de smbolos e regras para representar e comunicar infor-maes (dados) entre as pessoas, ou entre pessoas e mquinas.



LINGUAGEM - Uma documentao impressa, tal como uma linguagem de contatos,lista de instruo, ou outro tipo de material impresso pelo programa.

LOCALIZAO (REA) - Em relao a memria, em uma posio de armazenamentoou registro especificado por um endereo.

LGICA - Um processo de resolver problemas complicados atravs do uso repetido defunes simples que definem conceitos bsicos. Trs funes lgicas bsicas so: E,OU e NO.

LGICA COMBINACIONAL - Circuito em que as sadas digitais dependem da combi-nao das entradas.

LOOP DE CORRENTE OU ELO DE CORRENTE - Uma interface de transmis-so/recepo a dois fios na qual a presena de um nvel de corrente de 20 mA indicadados (1") e sua ausncia indica nenhum dado (0").

MARCADOR - Sada interna do CP que no usada para acionar diretamente um di s-positivo externo. Cada marcador identificado por um nico endereo atribudo pelousurio. Tambm conhecido como bobina interna ou flag.

MEMRIA - Memria um agrupamento de elementos de circuito que tem capacidadede armazenamento e recuperao. Ela fornece localizaes para armazenamento te m-porrio ou permanente de dados digitais.

MEMRIA DE DADOS OU MEMRIA DE RASCUNHO - Uma memria de alta veloci-dade usada pela CPU para armazenar temporariamente uma pequena quantidade dedados de forma que os dados possam ser recuperados rapidamente quando necess -rio.

MEMRIA NO VOLTIL - Uma memria cujos dados armazenados no se apagampela interrupo de energia durante a operao.

MEMRIA VOLTIL - Uma memria cujo contedo se perde irrecuperavelmente qua n-do acaba a energia de operao.

MICROCONTROLADORES - Um pacote de lgica eletrnica digital, em geral em umanica pastilha (chip), capaz de efetuar a execuo da instruo, controle e processa-mento de dados associados com a CPU do CP.

MICROSSEGUNDO (?s) - Um milionsimo de segundo (0,000001 s).

MILISSEGUNDO (ms) - Um milsimo de segundo (0,001 s)

NAND ou NO E - Operao lgica que gera 0" se e somente se todas as entradasforem 1" (verdadeiras). Uma operao E negada.



NIBBLE - Grupo de 4 dgitos binrios (bits).

NVEL LGICO - A grandeza de tenso associada com pulsos de sinal que represen-tam os uns ou zeros (1" e 0").

NOR ou NO OU - Operao lgica que gera 1" se e somente se todas as entradasforem 0" (falsas). Uma operao OU negada.

NOT OU NO - Operao lgica que gera 1" se e somente se a entrada for 0" egera 0" se a entrada for 1".

NVRAM - (Memria de Acesso Aleatrio No Voltil). Um tipo especial de memriaRAM que no perde seu contedo devido a perda de alimentao. No preciso bat e-ria com esse tipo de memria.

OPERAO SERIAL - Tipo de transferncia de informao pelo qual os bits so man i-pulados seqencialmente e no simultaneamente como ocorre em uma operao p a-ralela.

OPERAO ON-LINE - Operao em que o CP est controlando diretamente a m-quina ou processo na fase de edio e depurao do programa.

OPERAO PARALELA - Tipo de transferncia de informaes em que todos os dg i-tos de uma palavra so manipulados simultaneamente.

OPERAO BOOLEANAS - Operaes lgicas tais como E, OU, NO, ou EXCLUSI-VO ( baseado em lgica de dois estados, 1" ou 0" ).

OR ou OU - Operao lgica que gera 1" se qualquer uma das entradas for 1" (ver-dadeira).

PALAVRA BINRIA - Um agrupamento de uns e zeros que tem significado por posio,ou valor numrico no sistema binrio de nmeros. Ex.: 10010011 uma palavra binriade oito bits.

PALAVRA - O nmero de bits necessrios para representar uma instruo do CP, ou onmero de bits necessrios para representar o maior elemento de dados processadospelo CP.

PROCESSAMENTO DISTRIBUDO - O fornecimento de responsabilidades a diversosprocessadores que trabalham dentro de um mesmo sistema, e que operam ou mesmonvel de responsabilidade de controle ou como parte de um esquema hierrquico decontrole.

PROGRAMA - Uma seqncia de instrues a serem executadas pelo processadorpara controlar uma mquina ou processo.



PROGRAMA DE DIAGNSTICO - Programa especial para verificar a operao ade-quada do CP.

PROGRAMADOR - Um dispositivo para inserir, monitorar, editar um programa ou pa-rametrizar dados em um CP.

RAM - (Memria de Acesso Randmico). Memria de leitura/escrita.

RECONHECIMENTO (ACKNOWLEDGE) - Sinal de controle para indicar a aceitaode dados de um processo de E/S. Este sinal pode ser feito via Software ou Hardware.

REGISTRADOR DE DESLOCAMENTO - Memria de armazenamento temporrio naqual os dados de informao so deslocados uma ou mais posies de maneira cont -nua.

REGISTRADOR DE DESLOCAMENTO ASSINCRONO - Um registrador de desloca-mento que no exige clock. Os segmentos de registrador so carregados e deslocadossomente na entrada de dados.

REGISTRO - Um dispositivo de armazenamento para armazenar temporariamente umgrupo de bits.

REL - Um dispositivo operado eletricamente que comuta mecanicamente circuitoseltricos.

ROM - Memria apenas de leitura. Uma memria em que a informao armazenadapermanentemente durante sua fabricao.

RS-232C - Uma norma para a transmisso de dados atravs de um par de fios tran a-dos; ela define atribuies de pinos, nveis de sinal, etc...

SADA - Informao transferida do CP atravs dos mdulos de sada para controlardispositivos de sada.

SIMBOLOGIA DE CONTATO - Tambm conhecida como de escada, ela expressa algica do controlador, programada pelo usurio.

SOFTWARE - Programas de instrues, incluindo os programas operacionais do si s-tema ( executivos) e programas introduzidos na memria pelo usurio (aplicat ivos).

SOFTWARE APLICATIVO - Programa desenvolvido pelo usurio o qual responsvelpelas operaes e controle da mquina e/ou processo. Este programa normalmente armazenado em memria no voltil e est disponvel ao usurio para modificaes.

SOFTWARE OPERACIONAL OU SISTEMA OPERACIONAL - Programa responsvelpelo gerenciamento das funes internas de controle de um CP. Este programa a r-mazenado em memria no voltil e no est disponvel ao usurio.



TEMPO DE EXECUO - O tempo total exigido para a execuo de uma operaoespecfica.

TEMPO DE VARREDURA - O tempo necessrio para executar completamente o pr o-grama do CP uma vez, incluindo atualizao de E/S.

UNIDADES DE ENTRADA/SADA - Interface entre o processador do CP e os disposit i-vos externos conectados pelo usurio para comunicao de dados de entrada e sadado processador.

UNIDADE LGICA ARITMTICA - Circuito para combinar operados e operadores a fimde executar, por exemplo: adio, subtrao, diviso, multiplicao, operaes lgicas,deslocamento e complementao.

VARREDURA DE E/S - O tempo necessrio para que o processador do CP monitoretodas as entradas e controle todas as sadas.

VARREDURA DE PROGRAMA - O tempo necessrio para que o processador executeuma vez todas as instrues no programa.

WATCHDOG - Uma combinao de Hardware e Software que age como um esquemade intertravamento, desligando as sadas do CP do processo, na hiptese de um malfuncionamento do sistema.

Apostila CLP Completa Weg

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