Evoluo histrica dos PLCs

Evoluo histrica dos PLCs

Os PLCs (Programmable Logic Controllers, ou controladores lgicos programveis) so elementos fundamentais dos modernos sistemas de automao industrial.

Hoje em dia os PLCs podem desempenhar funes de controle local de baixo nvel de vrios subsistemas, coordenao geral do sistema de automao industrial, aquisio e processamento de dados, gesto de comunicaes, etc.

No incio, entretanto, os PLCs pretendiam ser uma alternativa mais flexvel lgica eltrica e baseada em temporizadores, que era vulgar nos painis de controle.

O PLC foi inicialmente concebido em 1968. O trabalho foi iniciado por um grupo de engenheiros pertencentes diviso Hydramatic da General Motors (GM).

Os seguintes critrios foram inicialmente estabelecidos pela GM para a primeira gerao de PLCs:

- A mquina deveria ser facilmente programada.

- A aplicao de software deveria poder ser modificada facilmente, de preferncia na fbrica.

- Deveria ser constituda por mdulos, de fcil substituio, com o objetivo de aumentar a fiabilidade, a manuteno e a funcionalidade.

- O espao ocupado por um destes aparelhos deveria ser reduzido.

- O aparelho deveria poder ser capaz de comunicar com uma central remota.

- O custo final deveria ser competitivo com a tecnologia em uso na poca (controle por rel).

Os PLCs foram, portanto originalmente concebidos para providenciarem uma maior flexibilidade no controle baseado na execuo de instrues lgicas. Alm disso, maiores vantagens foram possveis adotando a linguagem de programao Ladder, simplificando a manuteno, reduzindo os custos de concretizao, e simplificando a introduo de alteraes.

Existe um conjunto de vantagens, introduzidas pela utilizao de PLC, que podemos resumir nos pontos seguintes:

- Os PLC so fceis de programar e instalar;

- A velocidade de funcionamento, a que normalmente operam, em muito superior de qualquer sistema de controle eletromecnico;

- O acesso aos PLC, com o objetivo de proceder a alteraes, pode ser vedado utilizando quer uma chave quer passwords;

- Suporta sistemas paralelos de monitorizao do estado de funcionamento do controlador ou do processo;

- A capacidade para suportar ambientes agressivos, como altas temperaturas ou umidades, proporcionadas por revestimentos especiais muito superior dos sistemas eletromecnicos.

Com a sua popularidade e facilidade de programao, os PLCs evoluram muito da dcada de 1970 at o momento. Hoje existem vrios tipos de PLCs, dimensionado para aplicaes diferentes, sendo os mais poderosos verdadeiros computadores industriais.Constituio e princpio de funcionamento dos PLCs

Independentemente do fabricante, do peso, da complexidade, ou dos custos, todos os PLCs possuem algumas componentes comuns. Alguns destes itens so exclusivamente concretizados em hardware, outros, podem representar caractersticas funcionais ou software.

Todos os PLC possuem interfaces de sada e entrada de dados, memria, uma fonte de alimentao, e alguma forma expedita de construir a aplicao de software. Estas funes esto representadas esquematicamente na Fig. 3.2.

Entradas

A interface de entrada fornece uma ligao ao processo a ser controlado. A funo principal deste mdulo receber e converter os sinais recebidos do processo num formato que possa ser usado pelo processador (CPU). Esta tarefa consiste em converter sinais de diferentes tipos (corrente, tenso) e diferentes amplitudes num formato discreto nico. Este mdulo como regra geral, expansvel adicionando mais mdulos para aumentar o nmero de entradas medida das necessidades do processo. O nmero de entradas suportadas est limitado pelo processador (CPU) e pela quantidade de memria disponvel.Sadas

A interface de sada executa a tarefa contrria da interface de entrada. Este mdulo recebe sinais do processador (CPU), transformando-os num formato apropriado a executar as aes de controle no processo.

Processador (CPU)

O processador e as memrias fornecem a inteligncia central do PLC. A informao fundamental armazenada na memria, formando conjuntos de bits, designados por palavras. Cada palavra armazenada na memria um pedao de dados, uma instruo, ou parte de uma instruo.

Os dados vm do mdulo de entrada e, baseando-se no programa armazenado, o processador executa decises lgicas atuando as sadas.

O processador continuamente procura no programa armazenado a ao executar. A memria tambm utilizada para armazenar informao temporria e necessria apenas durante a execuo de algumas instrues.Memria Flash

A memria flash a memria no voltil onde reside o sistema operativo do PLC. O contedo da memria flash no voltil, logo no requer qualquer tipo de componente, ou alimentao externa.

O sistema operativo residente na memria flash , na realidade, formado por um conjunto de programas supervisores que fornecem ao PLC identidade prpria.

As tarefas executadas normalmente por este sistema operativo so as seguintes:

- Definem a linguagem em que a aplicao escrita;

- A memria para fins especficos;

- Determinam a estrutura na qual o PLC armazena e trata toda a informao.Programao

As linguagens de programao merecem uma referncia especial. Elas podem apresentar formas diferentes. Como todas as linguagens, a linguagem de programao de um PLC possui uma gramtica, uma sintaxe, e um vocabulrio prprio que permite ao utilizador escrever um programa que indica ao processador qual a tarefa a desempenhar.

Cada fabricante de PLC pode usar uma linguagem prpria para realizar esta tarefa, mas como regra geral so respeitadas certas semelhanas entre elas. Muitas das linguagens de programao de PLC so baseadas na linguagem Ladder que tem as suas razes na lgica de rel. Esta linguagem, para alm dos contactos normais, permite a introduo de funes matemticas, de controle analgico, operaes de contagem e temporizao, etc.

Outras linguagens alternativas usam representaes Booleanas como base da programao. Temos tambm, de uso muito corrente, a utilizao de linguagens de programao onde, atravs da construo de um fluxograma, se representa a interligao existente entre as variveis do processo e a sua evoluo.

A programao do PLC pode ser realizada normalmente atravs de uma de duas formas alternativas:

- Na primeira utilizado um software especfico, a ser executado no computador pessoal, que permite comunicar com o PLC por intermdio de uma ligao srie.

- Na segunda forma alternativa utilizada uma pequena consola com capacidade de comunicao e que inclui funcionalidades que permitem programar o PLC.

A primeira soluo mais agradvel de utilizar, no entanto, obriga a ligar o PLC ao computador pessoal, o que nem sempre possvel, nomeadamente em instalaes fabris.

Entretanto, quando se deseja programar o PLC sem o retirar da instalao utilizada a segunda alternativa, ou seja, a consola de programao.Tempo de varrimento (scan time)

Para que a CPU possa executar a aplicao de software desenvolvida pelo utilizador, ela deve poder examinar o que ocorre nas diversas memrias do sistema.

A este procedimento de avaliar o estado de todas as entradas e sadas, cruzando essa informao com a aplicao de software, d-se a designao de funo de varrimento do PLC.

Este parmetro muito importante num PLC. Por exemplo, se uma entrada alterar o seu estado duas vezes durante um varrimento, o PLC nunca poder detectar essa ocorrncia.Esta situao sucede sempre que a comutao de estado seja mais rpida do que a seqncia de varrimento.

Se por exemplo, a CPU demorar 7 milissegundos no varrimento de um programa, e uma entrada comutar o seu estado com uma periodicidade de 3 milissegundos, a CPU no ir detectar estas ocorrncias. Para resolver esta situao muitos PLC possuem tempos de varrimento ajustveis. Cada instruo que d entrada num programa requer certo tempo para que seja devidamente processada. Esta quantidade de tempo ir depender da instruo em causa.

Um dos fatores que mais condiciona o tempo de varrimento a dimenso do programa, quanto maior este for mais tempo o PLC demora a executar a funo de varrimento.

Tambm o fato de o PLC poder estar ligado a um terminal de programao pode aumentar o tempo de varrimento. Nesta parcela de tempo podemos distinguir diferentes tarefas com tempos de execuo prprios, tais como:

- Tempo de resoluo do programa lgico. - Atualizao das entradas e sadas do PLC.- Gesto do sistema operativo.

O tempo mximo que a famlia de PLCs AEG-Modicon pode demorar a varrer um programa de 250 milissegundos. Se isso no acontecer, um watchdog timer interno ativado, dando origem a um erro interno de timeout, sinalizado no painel de programao. Evita-se assim que o PLC entre num estado de funcionamento instvel.

Por necessidade de demonstrao utilizou-se aqui, a ttulo de exemplo, os PLCs da famlia AEG-Modicon. H, entretanto opes equivalentes no mercado de outras marcas como: SIEMENS, Omron, Beck, Telemecanique, GE, Allen-Bradley, etc. e para os quais se aplicam todos os conceitos apresentados aqui.

Os editores de Ladder e os smbolos usados pelos PLCs so muito parecidos de fabricante para fabricante, com poucas diferenas em alguns pormenores que no so significativas.Alocao de memria

O sistema operativo do PLC divide a memria disponvel nas seguintes classes funcionais:

- User data memory Memria disponvel para as variveis que armazenam a informao necessria execuo do programa desenvolvido pelo utilizador.

- System configuration memory Memria onde so armazenados os parmetros de configurao do sistema, tais como: os endereos de memria correspondentes s entradas e s sadas; a quantidade de memria disponvel; a localizao de endereos especficos; etc.

- User programan memory Espao de memria reservado aplicao de software desenvolvida pelo utilizador.O PLC usa um sistema de referncia numrica para lidar com os endereos de memria. Cada endereo de memria tem um dgito que identifica o tipo a que diz respeito, seguido por mais quatro dgitos que definem a sua localizao. Esta organizao pode ser observada na Tab. 3.1.

A memria de dados do utilizador, a memria de programa do utilizador, e a configurao do sistema podem ser mantidas de trs formas diferentes sempre que ocorrer uma falha de energia, a saber:- Pilhas de ltio durao de um ano aproximadamente.

- Bateria capacitiva Setenta e duas horas aproximadamente.

- Gravao prvia na rea reservada da memria flash do PLC.Seqncia de configurao da memria

No arrancar, o PLC necessita de possuir informao vlida sobre a sua configurao. Existem diferentes alternativas para a origem desses dados, tal como est representado no diagrama da Fig. 3.5.

Processo de arranque e configurao

A seqncia de arranque de um PLC em tudo semelhante de um computador pessoal. O diagrama da Fig. 3.6 demonstra os passos percorridos na configurao

do dispositivo.

PLC status display

O PLC possui um conjunto de LED que permite a um utilizador avaliar localmente o estado de funcionamento da mquina, sem necessidade de qualquer tipo de equipamento extra. Introduo linguagem Ladder

A programao em linguagem Ladder uma ferramenta usada para descrever o formato de diagramas esquemticos introduzidos num PLC. A linguagem usa dois elementos bsicos: instrues lgicas de rel e instrues para transferncia de dados.

Nesta seco ser examinada a utilizao de instrues lgicas de rel discretas. Este conjunto de instrues lgicas permite que a linguagem Ladder possa substituir, de uma forma eficaz, o controle realizado exclusivamente com rels.

Um circuito de lgica Ladder consiste numa rede formada por linhas, nas quais deve existir continuidade para que se possa ativar a respectiva sada. Estas sadas so controladas pela combinao de estados das entradas e sadas.

As condies podem ser ligadas em srie, paralelo, ou srie-paralelo, a fim de construir a lgica necessria.

Desta forma, uma rede Ladder define a estratgia de comando que controla as sadas do PLC. Ao contrrio da lgica de rel, uma rede Ladder no representa ligaes fsicas.

Como exemplo, o circuito representado na Fig. 3.7 um diagrama que utiliza rels para concretizar uma seqncia de paragem e arranque de um rel CR1, a que corresponde o diagrama da Ladder da Fig. 3.8. Neste novo esquema cada uma das entradas e sadas est identificada por um endereo de memria prprio.

Alguns princpios bsicos relativos lgica Ladder devem ser referidos:

- Todos os smbolos que denotem sadas devem estar localizados o mais direita possvel.

- Todos os smbolos que denotem contactos devem estar localizados do lado esquerdo.

- possvel ligar por intermdio de caminhos horizontais e caminhos verticais os diversos componentes.

- Todos os smbolos so representados no seu estado normal. Ou seja, os contactos normalmente abertos encontram-se abertos; e os contactos normalmente fechados encontram-se fechados. S ocorrem comutaes de estado quando o contacto for alimentado.

Conjunto de Instrues em Ladder

Lgica de rel

Estas funes permitem manipular a informao.

Contadores

Os contadores so elementos bsicos de qualquer PLC. Contar eventos lgicos,de IO, etc. uma das atividades de rotina de um programa de PLC.

Temporizadores (timers)

Todos os PLCs possuem vrios tipos de temporizadores diferentes, adaptados a vrias situaes de utilizao e que permitem rotinas temporizadas fundamentais em qualquer aplicao industrial.

Matemtica InteiraFunes matemticas para lgebra de inteiros.