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Apostila de CLPs - Ladder

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FUMEP Fundao Municipal de Ensino de Piracicaba EEP Escola de Engenharia de Piracicaba COTIP Colgio Tcnico Industrial de Piracicaba

CONTROLADORES LGICO PROGRAMVEIS - LADDER

Prof. Msc. Marcelo Eurpedes da Silva

Piracicaba, 15 de Fevereiro de 2007

1 - IntroduoO objetivo desta apostila o de apresentar a linguagem de programao de Controladores Lgico Programveis (CLPs) denominada de diagrama de contatos, ou Ladder. A palavra Ladder em ingls significa escada, nome este dado por causa da similaridade da linguagem com o objeto de uso dirio. Esta similaridade ser observada posteriormente, no decorrer do curso. A simbologia na linguagem de programao Ladder segue a padres e normas internacionais, apesar de h uma pequena variao em alguns smbolos dentre os diferentes fabricantes. Mais uma vez deve-se citar que o aluno no deve ficar preocupado com este detalhe, pois o que importa realmente, o raciocnio lgico que leva a programao, e no o smbolo propriamente dito. Nos prximos pargrafos tem-se a definio de CLP, mostrando um histrico da tecnologia. A partir do captulo 2 pode-se encontrar a parte prtica do curso. 1.1 - Definio dos CLPS

Os CLPs ou Controladores Lgico Programveis podem ser definidos, segundo a norma ABNT, como um equipamento eletrnico-digital compatvel com aplicaes industriais. Os CPLs tambm so conhecidos como PLCs, do ingls: Programmable Logic Controller. O primeiro CLP data de 1968 na diviso de hidramticos da General Motors. Surgiu como evoluo aos antigos painis eltricos, cuja lgica fixa tornava impraticvel qualquer mudana extra do processo. A tecnologia dos CLPs s foi possvel com o advento dos chamados Circuitos Integrados e da evoluo da lgica digital. Trouxe consigo as principais vantagens:

a) fcil diagnstico durante o projeto b) economia de espao devido ao seu tamanho reduzido c) no produzem fascas d) podem ser programados sem interromper o processo produtivo e) possibilidade de criar um banco de armazenamento de programas f) baixo consumo de energia g) necessita de uma reduzida equipe de manuteno

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h) tem a flexibilidade para expanso do nmero de entradas e sadas i) capacidade de comunicao com diversos outros equipamentos, entre outras

1.2 - Histrico da Tecnologia

Historicamente os CLPs podem ser classificados nas seguintes categorias: 1a GERAO: Programao em Assembly. Era necessrio conhecer o hardware do equipamento, ou seja, a eletrnica do projeto do CLP. 2a GERAO: Apareceram as linguagens de programao de nvel mdio. Foi desenvolvido o Programa monitor que transformava para linguagem de mquina o programa inserido pelo usurio. 3a GERAO: Os CLPs passam a ter uma entrada de programao que era feita atravs de um teclado, ou programador porttil, conectado ao mesmo. 4a GERAO: introduzida uma entrada para comunicao serial, e a programao passa a ser feita atravs de micro-computadores. Com este advento surgiu a possibilidade de testar o programa antes do mesmo ser transferido ao mdulo do CLP, propriamente dito. 5a GERAO: Os CLPs de quinta gerao vem com padres de protocolo de comunicao para facilitar a interface com equipamentos de outros fabricantes, e tambm com Sistemas Supervisrios e Redes Internas de comunicao.

1.3 - Principio de Funcionamento

Conforme a Figura 1.1 abaixo, o CLP funciona de forma seqencial, fazendo um ciclo de varredura em algumas etapas. importante observar que quando cada etapa do ciclo executada, as outras etapas ficam inativas. O tempo total para realizar o ciclo denominado CLOCK. Isso justifica a exigncia de processadores com velocidades cada vez mais altas. Incio: Verifica o funcionamento da C.P.U, memrias, circuitos auxiliares, estado das chaves, existncia de um programa de usurio, emite aviso de erro em caso de falha. Desativa todas as as sadas.

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INICIO

VERIFICA O ESTADO DAS ENTRADAS

TRANSFERE OS DADOS PARA MEMRIA

COMPARA COM O PROGRAMA DO USURIO

ATUALIZA AS SADAS

Figura 1.1 Ciclo de Varredura de um CLP Verifica o estado das entradas: L cada uma das entradas, verificando se houve acionamento. O processo chamado de ciclo de varredura.

Campara com o programa do usurio: Atravs das instrues do usurio sobre qual ao tomar em caso de acionamento das entradas o CLP atualiza a memria imagem das sadas. Atualiza as sadas: As sadas so acionadas ou desativadas conforme a determinao da CPU. Um novo ciclo iniciado. 1.4 - Estrutura Bsica de um CLP

Fonte de alimentao: Converte a tenso da rede de 110 ou 220 VCA em +5VCC, +12VCC ou +24VCC para alimentar os circuitos eletrnicos, as entradas e as as sadas.

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Unidade

de

processamento:

Tambm

conhecida

por

CPU,

composta

por

microcontroladores ou microprocessadores (Intel 80xx, motorola 68xx, PIC 16xx). Endereamento de memria de at 1Mega Byte, velocidades de clock de 4 a 30 MHz, manipulao de dados decimais, octais e hexadecimais. Bateria: Utilizada para manter o circuito do relgio em tempo real. Normalmente so utilizadas baterias recarregveis do tipo Ni - Ca. Memria do programa supervisor: O programa supervisor responsvel pelo gerenciamento de todas as atividades do CLP. No pode ser modificado pelo usurio e fica normalmente em memrias do tipo PROM, EPROM, EEPROM. Memria do usurio: Espao reservado ao programa do usurio. Constituda por memrias do tipo RAM, EEPROM ou FLASH-EPROM. Tambm pode-se utilizar cartuchos de memria, para proporcionar agilidade e flexibilidade. Memria de dados: Armazena valores do programa do usurio, tais como valores de temporizadores, contadores, cdigos de erros, senhas, etc. Nesta regio se encontra tambm a memria imagem das entradas a sadas. Esta funciona como uma tabela virtual onde a CPU busca informaes para o processo decisrio.

Os circuitos auxiliares atuam em caso de falha do CLP, so: POWER ON RESET: desliga todas as sadas assim que o equipamento ligado, isso evita que possveis danos venham a acontecer. POWER DOWN: monitora a tenso de alimentao salvando o contedo das memrias antes que alguma queda de energia possa acontecer. WATCH DOG TIMER: o co de guarda deve ser acionado em intervalos peridicos, isso evita que o programa entre em loop. 1.5 - Classificao dos CLPs

Os CLPs podem ser classificados segundo a sua capacidade:

Nano e micro CLPs: possuem at 16 entradas e a sadas. Normalmente so compostos por um nico mdulo com capacidade de memria mxima de 512 passos.

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CLPs de mdio porte: capacidade de entrada e sada em at 256 pontos, digitais e analgicas. Permitem at 2048 passos de memria. CLPs de grande porte: construo modular com CPU principal e auxiliares. Mdulos de entrada e sada digitais e analgicas, mdulos especializados, mdulos para redes locais. Permitem a utilizao de at 4096 pontos. A memria pode ser otimizada para o tamanho requerido pelo usurio. 1.6 - Tipos de Variveis

Durante o decorrer do curso sero utilizadas variveis discretas e analgicas, pois esta mixagem permitida neste tipo de linguagem. As variveis analgicas so aquelas que variam continuamente com o tempo, conforme mostra a figura 1.1(a). Elas so comumente encontradas em processos qumicos advindas de sensores de presso, temperatura e outras variveis fsicas. As variveis discretas, ou digitais, so aquelas que variam discretamente com o tempo, como pode ser visto na figura 1.1(b).

Figura 1.2 Variveis analgicas e digitais

Alguns tpicos do controle discreto, ou a automao com variveis discretas, j foi estudado pelo aluno na disciplina de comandos eltricos. Esta fundamental e bsica, pois a finalidade da automao de qualquer sistema est no acionamento de atuadores, que iro exercer um trabalho fsico no sistema controlado, evitando assim a interveno humana. As variveis controladas pelo CLP podem ser dividias em entradas, advindas dos sensores e sadas, correspondendo aos atuadores. Alguns exemplos so mostrados nos prximos pargrafos.

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1.7 - Entradas discretas

So aquelas que fornecem apenas um pulso ao controlador, ou seja, elas tm apenas um estado ligado ou desligado, nvel alto ou nvel baixo, remontando a lgebra boolena que trabalha com uns e zeros. Alguns exemplos so mostrados na figura 1.2, dentre elas: as botoeiras (1.2a), vlvulas eletro-pneumticas (1.2b) , os pressostatos (1.2c) e os termostatos (1.2d).

Figura 1.2 Entradas discretas

1.8 - Entradas analgicas:

Como o prprio nome j diz, elas medem as grandezas de forma analgica. Para trabalhar com este tipo de entrada os controladores tem conversores analgico-digitais (A/D). Atualmente no mercado os conversores de 10 bits so os mais populares. As principais medidas feitas de forma analgica so a temperatura e presso. Na figura 1.3 mostram-se, como exemplo, sensores de presso ou termopares.

Figura 1.3 Exemplos de entradas analgicas Termopares

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1.9 - Sadas discretas

So aquelas que exigem do controlador apenas um pulso que determinar o seu acionamento ou desacionamento. Como exemplo tm-se elementos mostrados na figura 1.4: Contatores (1.4a) que acionam os Motores de Induo (1.4b) e as Vlvulas Eletropneumticas (1.4c).

Figura 1.4 Exemplos de sadas discretas 1.10 - Sadas analgicas

Como dito anteriormente, de forma similar o controlador necessita de um conversor digital para analgico (D/A), para trabalhar com este tipo de sada. Os exemplos mais comuns so: vlvula proporcional, acionamento de motores DC, displays grficos, e

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