Ai-105-Clp Sistemas Digitais (1)

8/19/2019 Ai-105-Clp Sistemas Digitais (1)

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CLP – Controlador Lógico Programável

O CLP, ou PLC (Controlador Lógico Programável), nasceu da necessidade daindústria automobilística de economizar tempo e dinheiro quando a mesma precisavamodificar a lógica de controle dos painéis de comando. Assim, em meados de 1968 nasciana General Motors o CLP, cuja especificação foi liderado pelo engenheiro Richard Morley.Esse CLP era um amontoado de relés colocados em placas que faziam conexão com outra placa maior através da fiação. O circuito de fiação era na verdade o software de programação.

Anos depois os relés eletromecânicos foram trocados por transistores e na metadedos anos setenta, os circuitos integrados já compunham as placas dos CLPs. Essa pode serconsiderada a primeira geração do CLP.

A segunda geração surge com o advento dos microprocessadores emicrocontroladores. Os CLPs de segunda geração se caracterizam pela programaçãointimamente ligada ao hardware do equipamento. A linguagem utilizada era o Assemblyque variava de acordo com o processador utilizado no projeto do CLP, ou seja, para poder programar era necessário conhecer a eletrônica do projeto do CLP.

A terceira geração se caracteriza pelo início da programação de alto nível, sendo os programas feitos em computadores pessoais (PC) e numa linguagem mais próxima dousuário.

Os CLPs oferecem as seguintes vantagens:- Ocupam menor espaço;- Exibem menor potência elétrica;- Podem ser reutilizados;- São programáveis, permitindo alterar os parâmetros de controle;-

Apresentam maior confiabilidade;-

Manutenção mais fácil e rápida;- Oferecem maior flexibilidade;- Apresentam interface de comunicação com outros CLPs e computadores de

controle;- Permitem maior rapidez na elaboração do projeto do sistema.

Estrutura do CLP

Um CLP pode ser dividido em 6 partes:

-

Entradas-

Saídas- Unidade Central de Processamento (CPU)- Memória de programa e de dados-

Unidade de comunicação- Fonte de alimentação


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saber quantos pontos de entrada e quantos pontos de saída serão utilizados. Além disso,essas entradas e saídas podem ser digitais ou analógicas. As entradas analógicas sãoconversores A/D normalmente de 12 bits e as saídas analógicas são conversores D/A.

Na figura anterior, nota-se que entre a CPU e os módulos de entrada ou de saídaexiste um isolamento óptico. Este isolamento, existente nas entradas e saídas digitais, serve para proteger a CPU e para eliminar ruídos elétricos. As figuras seguintes mostram

circuitos de entradas e saídas típicas de um CLP.

Entrada Digital:

Saída Digital:

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Entrada Analógica:

As grandezas analógicas normalmente tratadas por este módulo são correntes etensões. As tensões utilizadas estão na seguintes faixas:

0 a 10 vcc0 a 5 Vcc1 a 5 Vcc-5 a +5 Vcc (Entradas diferenciais)

-10 a +10 Vcc (Entradas diferenciais) No caso das correntes, as faixas são:

0 a 20 mA4 a 20 mA.

Saída Analógica:

Os módulos ou interfaces de saída analógica converte valores numéricos, em sinaisde saída em tensão ou corrente. No caso de tensão normalmente a faixa são de:0 à 10 VCC0 à 5 VCC

No caso de corrente, as faixas são: de 0 à 20 mA ou 4 à 20 mA.

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PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DO CLP

Os sinais dos sensores são aplicados na entrada do CLP e a cada ciclo (varredura do programa) esses sinais são lidos e transferidos para a unidade de memória internadenominada de memória imagem de entrada. Esses sinais são processados pelo programaaplicativo e ao término de cada ciclo os resultados são atualizados na memória imagem eentão aplicados aos terminais de saída. A figura abaixo mostra esse processo.

Inicialização

Leitura das entradas

Atualização da memória

imagem

Processamento pelo

programa aplicativo

Atualização das saídas

PROGRAMAÇÃO DO CLP

O padrão IEC 1131-3 define 5 linguagens na tentativa de padronizar a linguagem de programação dos CLPs:

Structured Text (ST) Textuais

Instruction List (IL) Function Block Diagram (FBD)

Gráficas Ladder Diagram (LD)

Sequential Function Charts (SFC)

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As linguagens Texto Estruturado (ST), Lista de Instruções (IL), Diagrama de Bloco

de Funções (FBD) e Diagrama de Contatos (LD) podem ser utilizadas dentro dos blocos deações e transições para construir o Diagrama Seqüencial de Funções (SFC).

A linguagem de Texto Estruturado (ST) é uma linguagem de programação tipo pascal, C, Basic. O Diagrama Seqüencial de Funções (SFC) descreve o comportamentoseqüencial de um processo particionando o problema através de um modelo top-down. Umexemplo dessa linguagem é o Grafcet. Essas duas linguagens não serão abordadas neste

tutorial.Dentre as três linguagens restantes [Lista de Instruções (IL), Diagrama de Bloco deFunções (FBD) e Diagrama de Contatos (LD)] a mais importante é o Diagrama de Contatosque doravante será denominado de Linguagem Ladder. A linguagem ladder é substitutadireta dos antigos painéis controlados por relés.

A figura abaixo mostra o circuito elétrica para ligar uma lâmpada(L1) utilizandouma botoeira (B1). A figura também mostra o mesmo circuito numa linguagem de relés.

Na figura acima note os símbolos utilizados para o os contatos abertos da botoeira edo relé. O mesmo circuito é mostrado na figura abaixo montado no CLP e no diagramaladder:

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A botoeira B1, normalmente aberta, esta ligada na entrada I00.0 do CLP. A lâmpada

foi ligada na saída Q50.0. Quando a botoeira for acionada a entrada I00.0 recebe aalimentação fechando seu contato, o que irá energizar a saída Q50.0 que acende a luz.

Os CLPs podem possuir vários módulos de entradas e saídas tanto analógicasquanto digitais, além de outros módulos especiais. Além disso, cada placa geralmente temmais de uma entrada ou saída. Portanto, a CPU do CLP necessita saber qual o endereço decada módulo e qual entrada ou saída esta conectada. Um exemplo de endereçamento é

mostrado abaixo:

Palavra de Endereçamento da Placa

I00.0 Q50.0

Número do Bit na Palavra de Endereçamento

Entrada Saída

Levando em consideração o exemplo anterior de acender a luz, isto poderia dizerque temos uma placa de entrada digital no endereço 00 e uma placa de saída digital noendereço 50. A placa de entrada digital e a de saída digital poderia ter 8 entradas cada uma,sendo seus bits numerados de 0 a 7. Portanto, teríamos no exemplo anterior um botoeiraligada no bit 0 da placa de entrada localizada no endereço 00 e uma lâmpada ligada no bit 0da placa de saída localizada no endereço 50.

A programação por lista de instruções seria:

LD I00.0 carrega acumulador com valor de entrada A = I00.0ST Q50.0 Armazena valor do acumulador na saída Q50.0 = A

Tabela 01 - Lista de instruções:

Operador Modificador Operando Comentário

Operações ADD ( Qualquer AdiçãoDIV ( Qualquer Divisão

Básicas MUL ( Qualquer MultiplicaçãoSUB ( Qualquer Subtração

Funções LD N Qualquer Carrega operando no acumuladorST N Qualquer Armazena acumulador no operando& N, ( BOOL E lógico

Funções AND N, ( BOOL E lógicoOR N, ( BOOL OU lógico

Lógicas XOR N, ( BOOL OU – ExclusivoR BOOL Reseta operando para FalseS BOOL Seta operando para True

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Modificadores:

N – nega um valor booleanoC – denota jump condicional (só pode ser usado com JUMP).

Exemplo: ANDN – equivale à porta NAND.

Tabela 02 - Desvios e comparações:

Operado Modificador Operando Comentário EQ ( Qualquer Comparação de igualGE ( Qualquer Comparação maior ou igualGT ( Qualquer Comparação maior queLE ( Qualquer Comparação menor ou igualLT ( Qualquer Comparação menor que NE ( Qualquer Comparação se diferenteJMP C, N Label SaltoCALL C, N Nome Chamada de funçãoRET C, N Retorno da função( ) Prioridade

Tabela 03 – Operadores de Blocos de FunçãoOperador Bloco de Função Comentário S1, R Biestável SR Seta e Reseta o Biestável SRS, R1 Biestável RS Seta e Reseta o Biestável RSCLK R_Trig, detector de Entrada de clock de borda de subida do bloco lógico

borda de subidaCLK F_Trig, detector de Entrada de clock de borda de descida do bloco

borda de descida lógicoCU, R, PV CTU, contador Parâmetros de controle para o contador incremental

incremental CTU; CU incrementa, R reset e PV carregacontador.

CD, LD, PV CTD, contador Parâmetros de controle para o contador decrementaldecremental CTD; CD decrementa, LD carrega; e PV carrega

contagem mínima.CU, CD, R, CTUD, contador Parâmetros de controle para o contador universalLD, PV universal CTUD.IN, PT TP, temporizador Paramentos de controle para o timer de pulso. IN

de pulso inicia temporização; PT seta o tempo de pulso.IN, PT TON, temporizador Paramentos de controle para o timer de atraso de

de atraso de subida. subida. IN inicia temporização; PT seta o tempo de pulso.

IN, PT TOF, temporizador Paramentos de controle para o timer de atraso dede atraso de descida descida. IN inicia temporização; PT seta o tempo de

pulso.

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O circuito para a porta AND é mostrado na figura abaixo, bem como seu diagramaladder e a conexão no CLP:

Na listra de instruções, teríamos:

LD I00.0 A = I00.0AND I00.1 A = A & I00.1ST Q50.0 Q50.0 = A

O circuito para a porta OU é mostrado na figura seguinte. Note a diferença entre asduas portas (AND e OU). Note que não há diferença nas conexões dos componentes noCLP. A diferença esta na programação (diagrama ladder, ou lista de intruções).

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Na lista deinstruções:

LD I00.0

OR I00.1ST Q50.0

Na lista de

intruções:

LDN I00.0ST Q50.0

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No diagrama de relés, muitas vezes há a necessidade de se utilizar relé auxiliar para

desenvolver uma aplicação. Este relé auxiliar pode ser utilizado ou não na linguagemladder, dependendo da complexidade da aplicação. Na figura abaixo é mostrada aconstrução de uma porta OU-Exclusivo. Notar a diferença entre o diagrama de relé e amesma aplicação na linguagem ladder:

A lista de instrução seria:

LD I00.0 * carrega a entrada I00.0ANDN I00.1 * faz um and lógico entre I00.0 e I00.1 invertido OR(LDN I00.0 * carrega a entrada I00.0 invertidaAND I00.1 * faz um and lógico entre I00.0 invertido e I00.1 ) * faz o OU lógico entre as duas expressõesST Q50.0 * carrega a saída Q50.0

Notar no diagrama ladder a última linha possui um bloco de finalização (END). Istoé necessário para indicar para a CPU do término lógico do programa.

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Exercício 1) A figura abaixo mostra um sistema para lubrificar a superfície de placasmetálicas para melhorar o desempenho do sistema de estampagem e de corte. Os sistemasde estampagem e de corte são muito utilizados nas indústrias de metal-mecânica.

O sistema possui um sensor de proximidade para detectar se há chapa sobre a esteiraou não. Caso haja chapa na esteira, o sistema deve acionar o ar comprimido e a névoalubrificante. Assim que a chapa sair da proximidade do sensor, o sistema deve desligar o arcomprimido e a névoa lubrificante.

O sistema possui, também um “start-up” (ligar o sistema). Esse sistema é controlado por dois botões no painel de controle. O botão de “Start” deve ligar o motor e habilitar o

funcionamento do ar comprimido e da névoa lubrificante. O botão de “Stop” deve ser usado para desligar todo o sistema. Considere que estes dois botões sejam pulsantes, ou seja, nãoretentivo. Projete este sistema em linguagem ladder e lista de instruções.

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Exercício 2) Um sistema para encher garrafas de refrigerantes é mostrado na figura abaixo:

O sistema possui um “start-up” idêntico ao exemplo anterior. Uma vez ligado osistema, as garrafas são conduzidas por uma esteira rolante. Quando a garrafa atinge osensor S1, o motor da esteira rolante deve ser desligado e a válvula solenóide deve serenergizada até que o líquido atinja o sensor S2. Quando o líquido atinge este sensor, alémda válvula solenóide ser desligada, o motor da esteira deve ser ligado novamente.

Considere que os sensores S1 e S2 estão em nível lógico alto enquanto o feixeóptico não for interrompido. Projete o sistema em linguagem ladder e em lista deinstruções.

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CIRCUITOS DE INTERTRAVAMENTO

O circuito abaixo mostra como implementar um circuito para ligar e desligar umamáquina. Um contato da bobina Q50.0 é utilizado para realizar o intertravamento damáquina, mantendo-a ligada. É importante notar que podem ser utilizados tantos contatosquantos forem necessários de uma mesma bobina.

Lista de Instruções

LD I00.0OR Q50.0 AND I00.1ST Q50.0

Outra maneira de implementar o circuito de intertravamento é a utilização dasinstruções de memorização (flip-flops).

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Lista de instruções

LD I00.0S Q50.0 ; energiza a bobina Q50.0 caso a botoeira I00.0 seja pressionadaLD I00.1

R Q50.0 ; desliga a bobina Q50.0 se a botoeira I00.1 for pressionada.

CIRCUITO PARA DETECÇÃO DE BORDA

São circuitos que respondem na subida ou descida de um pulso. Existem osseguintes componentes:

Exercício 3: Programe em Ladder um sistema utilizando uma bobina sensível a borda desubida que, assim que o operador pressiona uma botoeira um motor é ligado e quando ooperador pressionar a botoeira de novo o motor é desligado.

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CONTADORES

Os contadores são componentes que a partir do sinal de pulso na sua entrada,efetuam contagens crescentes ou decrescentes.

CONTADORES CRESCENTES:


LD I00.0R C00LD I00.1CU C00LD C00.D ST Q50.0

Onde;R – entrada de reset do contador S – entrada de preset do contadorPV – Valor predefinido. CU – entrada da contagem crescente (counter – up)E – saída acionada quando ocorre o overflow (de 9999 para 0000)D – saída acionada quando o valor do contador for igual ao valor da contagem

predefinida.

CONTADOR DECRESCENTES:


LD I00.0R C00LD I00.1CD C00LD C00.D ST Q50.0

Onde: CD – entrada da contagem decrescente.

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TEMPORIZADORES

São componentes utilizados quando há a necessidade de um tempo fixo. Podem serusados para acionar uma saída após um certo tempo, ou manter uma saída ativa por umdeterminado tempo.

Temporizador de Pulso (TP) com pulso definido:

Neste temporizador a saída será energizada por um período de tempo constante.

O diagrama abaixo mostra este temporizador. Assim que o contato I00.0 forfechado, a saída Q50.0 ficará acionada por 100 s. Funciona como um monoestável.

Lista de instruções:

LD I00.0IN TM00LD TM00.Q ST Q50.0

Temporizador com retardo na ligação (TON):

Neste temporizador após a entrada ser ativada, a saída espera um certo período detempo para ser energizada. A saída permanecerá ativa até a entrada ser desativada.

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O diagrama abaixo mostra este temporizador. Assim que o contato I00.0 forfechado, a saída Q50.0 espera por 100 s para ser ativada.



Temporizador com retardo no desligamento:

Neste temporizador a saída fica ativada assim que a entrada for energizada. Após aentrada ser desativada, a saída ainda permanecerá energizada por um período de tempo Tdefinido.

O diagrama abaixo mostra este temporizador. Assim que o contato I00.0 forfechado, a saída Q50.0 é energizada e irá esperar por 100 s após a entrada ser desernegizada para ser desativada.

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Exercício 4) Projete um controlador automático para uma máquina de lavar roupas quefuncione da seguinte maneira:- quando for pressionado o botão LIGAR, se a porta da lavadora estiver fechada, é iniciado

o ciclo de lavagem com a seguinte seqüência (ou estados):1º. Encher o tambor de água (acionar a válvula V1)Colocar detergente (válvula V2) por 10 segundos

2º. Rodar no sentido inverso (M3) enquanto:Aquece a água (resistência R) até o sensor de temperatura (T) ser acionadoContinuar a encher o tambor de água até o sensor de pressão (P) ser acionado

3º. Descansar por 5 segundos4º. Rodar em velocidade normal (M1) por 30 segundos 5º.Evacuar a água por 10 segundos6º. Rodar no sentido inverso (M3) e evacuar o restante da água até P=0 7º.Parar por 5 segundos

8º. Centrifugar por 20 segundos (acionar motor M2-velocidade rápida). 9º.Voltar ao passo por durante 3 vezes.10º. Desligar.

- Caso seja pressionado o botão PARAR, a máquina deverá ser desligada.

ATURADORES SENSORES Motor do Normal M1 Botões do Ligar Ltambor Rápido M2 painel de Parar ST

controleSentido Inverso M3 Abrir a porta APEletro- Entrada gua V1 Sensor Temperatura T

válvulas Mist.Detergente V2 Sensor de Pressão PEvacuação V3 Sensor de porta fechada PFBomba de Evacuação BResistência de Aquecimento RFechadura Elétrica FE Temporizador/Contador TC

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5) Projetar um sistema que carregue cubos de madeiras para um forno. Devem sercarregados 4 cubos de cada vez.

Os cubos chegam através de uma esteira rolante. Um sensor de proximidade (P)acusa a presença de um cubo que deve ser empurrado pelo cilindro A para o cilindro B.Quando houver 4 peças alinhadas, o cilindro C deve abrir a porta do forno e o conjunto de 4 peças é empurrado pelo cilindro B para dentro do forno. Para permitir o recuo do cilindro Ba porta do forno deve ser mantida aberta durante 5 segundos.

No painel de controle existem os botões para iniciar e para parar o processo.

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5) Projete um sistema para fazer a orientação de caixas de papelão que são transportadas por uma esteira rolante. Um sensor colocado na esteira indica se a caixa deve serrotacionada a 180º, a 90º ou se a orientação está correta.O sistema possui um sistema pneumático composto por dois cilindros A e B que realizam arotação das caixas como indicado na figura abaixo:

Esse sistema pneumático possui 4 chaves fim-de-curso (a0, a1, b0 e b1) que indicam a

posição do cilindro.Além disso, o sistema ainda possui 3 outros cilindros pneumáticos de efeito único:Cilindro D para desviar a caixa para a rotação de 180ºCilindro E para desviar a caixa para a rotação de90º Cilindro C para devolver a caixa para a esteira.

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