UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO ESCOLA DE MINAS COLEGIADO DO CURSO DE ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO - CECAU HELI RICARDO TADASHI NAKAGAWA

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO ESCOLA DE MINAS COLEGIADO DO CURSO DE ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO - CECAU HELI RICARDO TADASHI NAKAGAWA CONTROLE DE VAZÃO DE LÍQUIDO UTILIZANDO SOFTWARE DE PROGRAMAÇÃO DE CLP MONOGRAFGIA DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO Ouro Preto, 2009

2 2 Heli Ricardo Tadashi Nakagawa CONTROLE DE VAZÃO DE LÍQUIDO UTILIZANDO SOFTWARE DE PROGRAMAÇÃO DE CLP Monografia apresentada ao Curso de Engenharia de Controle e Automação da Universidade Federal de Ouro Preto como parte dos requisitos para obtenção do Grau de Engenheiro de Controle e Automação. Orientador: Prof a. Dr a. Karla Boaventura Pimenta Ouro Preto Escola de Minas UFOP Dezembro/2009

3 3 N163c Nakagawa, Heli Ricardo Tadashi. Controle de vazão de líquido utilizando software de programação de CLP [manuscrito] / Heli Ricardo Tadashi Nakagawa f. : il. ; col. ; tab. Orientadora: Profª Karla Boaventura Pimenta. Monografia (Graduação) Universidade Federal de Ouro Preto. Escola de Minas. Departamento de Engenharia de Controle e Automação. Área de concentração: Automação industrial. 1. CLP (Controlador lógico programável). 2. Vazão Medidores. 3. Informática industrial. 4. Automação. I. Universidade Federal de Ouro Preto. II. Título. CDU: Fonte de catalogação: sisbin@sisbin.ufop.br

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5 5 AGRADECIMENTOS Aos meus pais Adelia e Kiyoshi pelo apoio, suporte e amor incondicional. Aos meus irmãos Agnes e Heitor que sempre me ajudaram em todas as horas que eu precisei. A todos meus familiares, em especial minha tia Helvécia. À minha orientadora Prof a. Dr a. Karla Boaventura Pimenta pelo aprendizado, motivação e paciência. Aos professores e funcionários que colaboraram nesta trajetória. Ao Muriçoka, pela amizade, ajuda e convivência. Aos meus grandes amigos André e Leonardo. À querida Arianne, pelo carinho e apoio. À eterna e amada República Pulgatório pelos melhores momentos da minha vida. À República Cantinho do Céu, pelo carinho, amizade e rocks. A todos os amigos que fiz em Ouro Preto. Ao Centro Acadêmico de Engenharia de Controle e Automação. À gloriosa Escola de Minas de Ouro Preto.

6 6 CONTROLE DE VAZÃO DE LÍQUIDO UTILIZANDO SOFTWARE DE PROGRAMAÇÃO DE CLP RESUMO Com aplicações nos mais variados ramos industriais, tais como o alimentício, o químico, o farmacêutico e o de bebidas, entre outros, a operação de controle de vazão de líquido desempenha importante papel nos processos industriais. Os controladores de vazão constituem uma alternativa aos mecanismos manuais tradicionais, sendo aplicados em processos contínuos. Em muitos casos um controle preciso e eficiente é fator determinante para o sucesso produtivo. Dessa forma, obter modelos de controle automáticos é muito interessante, pois além das indústrias, outros setores como o do agropecuário e comercial, podem ser beneficiados com sistemas que reduzem os possíveis erros causados por um controle manual dos processos que envolvam líquidos. Partindo deste princípio, nesta monografia é apresentado um estudo do Controlador Lógico Programável, um estudo da Linguagem de Programação Ladder e um modelo de controle de vazão de líquido utilizando um software de programação de CLP chamado XSoft. O controle de vazão é realizado controlando o fluxo de saída dos líquidos em dois tanques distintos, onde estes líquidos são misturados em um terceiro tanque. Após os líquidos serem misturados no terceiro tanque, a mistura é escoada para que o ciclo recomece. O controle da vazão proporciona uma relação estequiométrica entre os líquidos, visando uma mistura característica de acordo com as especificações do produto final. PALAVRAS-CHAVE: CLP, controle de vazão, automação, informática industrial, LADDER e XSoft.

7 7 ABSTRACT With applications in the most different industries, such as the food, the chemicals, the beverages and others, the operation of flow control plays an important part in the industrial processes. The flow controllers are an alternative to the traditional mechanisms, being applied on continuous processes. In a lot of cases a precise and efficient control is an important factor to the productive success. So, obtain models of automatic control is very interesting, because not just the industrial sector, but others such as cattleman, agricultural and commercial, can be benefited with systems that reduces possible mistakes caused by a manual control of the processes that involves liquids. Assuming this, in this monograph is presented a study of a programmable logic controller, a study about Ladder programming language and a model of liquid flow control using a PLC programming software called XSoft. The flow control is made controlling the exit liquid flow in two different tanks, in witch these liquids are mixed in a third tank. After the liquids have been mixed in the third tank, the resulting mixture is drained away from this tank so the cycle may restart. The flow control allows us to have a stoichiometric relation between these liquids, in order to have a mixture that matches with the specifications of the final product. KEY-WORDS: PLC, flow control, automation, industrial data processing, LADDER and XSoft.

8 8 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO Objetivo REVISÃO DE LITERATURA Automação Industrial Controle de Vazão de Líquidos Controlador Lógico Programável (CLP) Componentes de um CLP Unidade Central de Processamento Memória do CLP Módulos e Dispositivos de Entrada e Saída Base e Fonte de Alimentação Funcionamento do CLP Terminal de Programação do CLP LINGUAGENS DE PROGRAMAÇÃO Grafcet Ladder Conceitos Básicos Circuitos Elétricos Equivalentes em Ladder Instruções Avançadas APLICAÇÃO Seqüência de Operações Programação Simulação Gráfica CONCLUSÃO Trabalhos Futuros REFERÊNCIAS... 48

9 9 ABREVIATURAS E SÍMBOLOS NEMA ABNT IEC CLP PLC UCP A/D - D/A E/S VCC VCA NA NF A B Y R V1 V2 V3 TA TB TC M B_Liga B_Desliga Aux_Liga_V1 Aux_Liga_V2 Aux_Liga_V3 Abre_V1 Abre_V2 Abre_V3 National Electrical Manufacturers Association Associação Brasileira de Normas Técnicas International Electrotechnical Commission Controlador Lógico Programável Programmable Logic Controller Unidade Central de Processamento Analógico/Digital - Digital/Analógico Entrada e Saída Volts Corrente Contínua Volts Corrente Alternada Normalmente Aberto Normalmente Fechado Variável que representa um contato do circuito Variável que representa um contato do circuito Variável que representa um equipamento ligado ao circuito Variável que representa um resistor do circuito Válvula que controla a vazão do Tanque A Válvula que controla a vazão do Tanque B Válvula que controla a vazão do Tanque C Tanque A Tanque B Tanque C Misturador que atua no Tanque C Contato do botão B_Liga que inicia o processo Contato do botão B_Desliga que interrompe o processo Bobina que representa uma variável interna do programa Bobina que representa uma variável interna do programa Bobina que representa uma variável interna do programa Variável que indica a Válvula V1 Variável que indica a Válvula V2 Variável que indica a Válvula V3

10 10 Tempo_V1 Temporizador que fecha a Válvula V1 Tempo_V2 Temporizador que fecha a Válvula V2 Tempo_V3 Temporizador que fecha a Válvula V3 Aux_Liga_Misturador Bobina que representa uma variável interna do programa Liga_Misturador Variável que indica o funcionamento do Misturador Tempo_Misturador Temporizador que desliga o Misturador reset_sequencia Variável que reinicia o processo

11 11 LISTA DE FIGURAS FIGURA 1 Controle em malha fechada FIGURA 2 Aplicação Genérica do CLP FIGURA 3 Estrutura Básica do Sistema de Memória FIGURA 4 Fluxograma Básico do Sistema de Operação de um CLP FIGURA 5 Componentes da Programação em Linguagem Ladder FIGURA 6 Corrente Lógica fictícia FIGURA 7 Instrução END Incondicional FIGURA 8 Circuito equivalente SIM e sua representação em Ladder FIGURA 9 Circuito equivalente NÃO e suas representações em Ladder FIGURA 10 Circuito equivalente E e sua representação em Ladder FIGURA 11 Circuito equivalente OU e sua representação em Ladder FIGURA 12 Circuito equivalente NÃO OU e sua representação em Ladder FIGURA 13 Circuito equivalente NÃO E e sua representação em Ladder FIGURA 14 Contatos que iniciam ou interrompem o processo FIGURA 15 Temporizador da Válvula V FIGURA 16 Bobina representativa da Válvula V FIGURA 17 Lógica de controle da Válvula V FIGURA 18 Lógica do acionamento do Misturador FIGURA 19 Temporizador do Misturador FIGURA 20 Lógica de controle da Válvula FIGURA 21 Lógica do ciclo do processo FIGURA 22 Sistema desligado FIGURA 23 Sistema ligado com as válvulas V1 e V2 abertas FIGURA 24 Válvula V1 fechada e temporizador parado FIGURA 25 Válvulas V1 e V2 desligadas e Misturador acionado FIGURA 26 Válvula 3 acionada escoando a mistura... 46

12 12 LISTA DE TABELAS TABELA 1 Dispositivos de entradas e saídas discretas TABELA 2 Dispositivos de entradas e saídas numéricas TABELA 3 Relação Dispositivo de Entrada x Elemento da Lógica de Controle... 31

13 13 1 INTRODUÇÃO A necessidade pela qualidade de produtos decorre do aumento da concorrência de várias naturezas, motivando transformações radicais nas indústrias, sobretudo em determinados instantes em que a busca de melhorias envolvem eficiência e eficácia. Este processo requer adequação do produto ao uso dos consumidores, onde as indústrias deverão estar instaladas em ambientes essencialmente dinâmicos e com produtos diferenciados. A Automação Industrial entra no processo de adequação da indústria, pois tem evoluído com grande velocidade devido à constante evolução e aprimoramento das tecnologias. Utiliza de técnicas, softwares ou equipamentos específicos em um processo industrial com o objetivo de aumentar sua eficiência, maximizar a produção com o menor consumo de energia e/ou matérias primas, menor emissão de resíduos de qualquer espécie, melhores condições de segurança, seja material, humana ou das informações referentes a esse processo, ou ainda, de reduzir o esforço ou a interferência humana sobre esse processo ou máquina. Com isso, o Controlador Lógico Programável - CLP tornou-se a ferramenta básica desta automação, pois substitui os antigos painéis de relés dando maior dinamismo no controle de processos industriais. O CLP é um dispositivo eletrônico digital que usa uma memória interna programável para armazenar instruções e para implementar funções específicas, tais como sequenciamento, temporização, lógica, contagem e aritmética, controlando, por meio de módulos de entradas e saídas, vários tipos de equipamentos ou processos. A organização normativa internacional, a IEC - International Electrotechnical Commission, formada por representantes de todo o mundo, criou a norma IEC 61131, com o objetivo de padronizar diversos aspectos relacionados aos Controladores Lógicos Programáveis facilitando a utilização das técnicas e linguagens de programação para o desenvolvimento de software para estes sistemas. 1.1 Objetivo Com base na Automação Industrial e com a utilização de um software de programação de CLP s, realizar um estudo sobre o Controlador Lógico Programável e desenvolver um sistema de controle de vazão de líquidos no ambiente do software XSoft, utilizando dois tanques

14 14 distintos, cada um contendo um tipo de líquido onde estes líquidos serão misturados em um terceiro tanque visando uma mistura específica do produto final.

15 15 2 REVISÃO DE LITERATURA Nas últimas décadas tem-se observado que um grande número de indústrias está utilizando sistemas cada vez mais automatizados, na confecção de seus produtos. O benefício obtido pelo uso da automação, não só tem simplificado vários processos, promovendo uma diminuição no tempo de trabalho, mas também uma melhora considerável na qualidade e quantidade do produto final. 2.1 Controle de Vazão de Líquidos O controle de vazão de líquidos é indicado para indústrias que necessitem realizar dosagens de líquidos ou de produtos químicos em fase líquida, assim como para a transferência e transporte de líquidos e em empresas que compram e vendem líquidos a granel, etc. Uma situação muito comum em unidades de processo é a necessidade de manter uma relação entre quantidades. Em unidades com escoamento contínuo, isto se traduz na necessidade de manter uma razão entre vazões de correntes distintas. O controle da vazão de líquidos é fundamental para processos que necessitam de uma razão especificas de seus componentes na mistura final do produto, como em indústrias químicas ou farmacêuticas, onde se deseja manter uma relação estequiométrica entre reagentes. O controle de vazão de líquidos diminui o desperdício de matéria-prima e deixa a produção mais homogênea, além de ser importante para verificação do rendimento dos processos. Outro beneficio do controle automático de vazão é poder substituir o homem em processos que envolvam substâncias nocivas a saúde ou em locais insalubres onde a permanência de trabalhadores seja perigosa. Pode-se citar também outro tipo de aplicação fora do contexto industrial, como no setor agrônomo, onde pode ser feito o controle da irrigação das plantações em fazendas, sendo uma irrigação inteligente quando se maneja a água disponível de modo a manter a umidade do solo em um nível ótimo, sem agredir o meio ambiente.

16 16 Deste modo, o controle de vazão de líquidos traz diversos benefícios nos processos industriais, justificando um estudo elaborado de suas aplicações pra reduzir seu custo de implementação e manutenção para as empresas. 2.2 Automação Industrial e Regulação Automática A automação industrial pode ser definida como um conjunto de técnicas específicas aplicada a um processo industrial com o objetivo de torná-lo mais eficiente, com mais qualidade, com menor desperdício e com um menor custo possível. Deste modo a interferência humana no processo é reduzida, gerando uma maior segurança aos trabalhadores, aos materiais ou as informações envolvidas no processo. De acordo com Rosário (2005), a automação industrial pode ser entendida como uma tecnologia integradora de três áreas: a eletrônica responsável pelo hardware, a mecânica na forma de dispositivos mecânicos (atuadores) e a informática responsável pelo software que irá controlar todo o sistema. A regulação automática trata apenas da parte de controle de processos, onde através de dispositivos automáticos e variáveis físicas e/ou químicas medidas por meio de sensores, aciona atuadores que podem regular o processo de acordo com um objetivo pré-determinado. Algumas vantagens da regulação automática podem ser descritas, sendo: o mecanismo automático não está sujeito a erros provenientes da distração ou do cansaço físico e/ou mental que os homens são suscetíveis, tornando a produção mais uniforme; diminui a perda por falhas humanas, economizando matéria prima, tempo de mão de obra e energia, maximizando a produtividade; e torna o processo mais seguro devidas as razões mencionadas acima. Na automação de um processo industrial, são utilizados dispositivos mecânicos, elétricos e eletrônicos que desempenhem funções nas atividades de supervisão e controle, tais como coleta e análise de dados e correção de parâmetros. Com isso foram desenvolvidos os sensores ou instrumentos de medição, que medem e informam os dados sobre o andamento do processo. Foram criados também dispositivos denominados controladores, que recebem e processam as informações fornecidas pelos sensores, calculando as medidas a adotar e emitindo instruções para os atuadores. Estes são os dispositivos que executam as ações que

17 17 corrigem as variações detectadas pelos outros dispositivos ou alteram as respostas do processo. Nesse caso onde a variável de saída é realimentada ao controlador temos um sistema com controle de malha fechada apresentado na figura 1, ou seja, o sistema compara o valor da saída com um valor de referência pré-determinado (set-point) e, em função da diferença entre eles (erro), diminui ou aumenta o valor da entrada, até que o valor da saída fique igual ao valor pré-determinado. FIGURA 1 Controle em malha fechada. Fonte: MENEGALDO, Em resumo, a utilização da realimentação e, portanto, do controle em malha fechada, permite entre outros: aumentar a precisão do sistema; rejeitar o efeito de perturbações externas; melhorar a dinâmica do sistema e, eventualmente, estabilizar um sistema naturalmente instável em malha aberta; diminuir a sensibilidade do sistema a variações dos parâmetros do processo, ou seja, tornar o sistema robusto. Os principais instrumentos que compõem uma malha de controle estejam eles no campo ou em uma sala de controle, são apresentados a seguir:

18 18 Controlador - é um dispositivo que monitora e pode alterar as variáveis de saída de um sistema dinâmico por meio do ajuste das variáveis de entrada do sistema. Por essa razão, as variáveis de saída recebem o nome de controladas e as variáveis de entrada são chamadas de manipuladas. Podem ser variáveis, seja de entrada ou de saída, temperatura, pressão, nível, vazão, densidade, tempo, velocidade, potência, tensão (elétrica), corrente, freqüência, estado (ligado ou desligado), peso, dimensão e posição. Atuador - é o dispositivo que, recebendo o comando do controlador, o converte em uma ação física no sentido de alterar a variável que está sendo manipulada. Os atuadores mais utilizados na indústria são aqueles associados a válvulas de controle e a motores. No caso das válvulas o sinal recebido do controlador é convertido pelo posicionador da válvula em uma grandeza hidráulica, pneumática ou elétrica capaz de movimentá-la de forma adequada à ação pretendida. Já no caso dos motores, o sinal recebido do controlador comanda a ação dos acionadores dos motores, equipamentos eletrônicos capazes de alterar a freqüência e/ou a tensão de alimentação dos motores, de forma a produzir movimento na velocidade e torque desejados. Sensor - é um instrumento cuja função é medir o valor de uma variável. É composto por dois elementos com funções diferentes: o primeiro de detecção é a parte do instrumento que sofre uma alteração física proporcional à variação do fenômeno que está sendo medido e o segundo é a parte do instrumento que converte a variação física sofrida pelo elemento de detecção em outra grandeza física mais adequada à medição e à leitura, também chamado de transdutor. Transmissor - é um dispositivo que converte o sinal oriundo do sensor em um sinal compatível com o padrão da rede de comunicação. Pode incorporar ou não a função de um sensor. Comercialmente, o termo transmissor é utilizado para designar dispositivos que incorporam as três funções sensor, transdutor e transmissor em um único produto. Registrador - é um dispositivo que armazena os valores assumidos pela variável controlada, seja através da impressão de um gráfico, seja pela gravação digital dos dados.

19 19 Adaptador - é um dispositivo utilizado para permitir a comunicação entre redes. Estão incluídos nesta categoria o gateway, ou porta de ligação, e o linking device, que viabilizam a troca de dados entre redes diferentes. 2.3 Controlador Lógico Programável - CLP O controlador lógico programável - CLP, também conhecido por PLC do inglês Programmable Logic Controller, é o tipo de controlador mais aplicado na indústria. O CLP surgiu na indústria automobilística na década de 1960 para substituir os antigos painéis de controle a relés que realizavam a lógica sequencial do controle das máquinas. De acordo com a Associação Brasileira de Normas Técnicas - ABNT, o CLP pode ser definido como um equipamento eletrônico digital com hardware e software compatíveis com aplicações industriais e segundo a National Electrical Manufacturers Association - NEMA, o CLP é um aparelho eletrônico digital que utiliza uma memória programável para armazenar internamente instruções e para implementar funções específicas, tais como lógica, sequenciamento, temporização, contagem e aritmética, controlando, por meio de módulos de entradas e saídas, vários tipos de máquinas ou processos. O CLP opera em tempo real e pode ser utilizado para controle de uma ou mais entradas e saídas ao mesmo tempo, sendo ideal para as indústrias, que possuem cada vez mais processos dinâmicos e flexíveis. Outra característica do CLP é poder operar em ambientes com grandes variações de temperatura, alta umidade, vibração, poeira e ruídos extremos. É um equipamento voltado para necessidades específicas dentro de um processo, pois possibilita ao usuário utilizar um software de programação e desenvolver programas para serem aplicados em todo o processo ou em apenas algumas partes deste processo. Geralmente estes programas são feitos em um microcomputador e depois carregados na memória do CLP. A figura 2 apresenta uma aplicação genérica de um CLP.

20 20 FIGURA 2 Aplicação Genérica do CLP. Fonte: GEORGINI, Componentes de um CLP Atualmente, encontra-se no mercado, CLP s que possuem praticamente os mesmos componentes. Eles são constituídos de uma Unidade Central de Processamento UCP, Circuitos ou Módulos de entrada e saída E/S, uma Fonte de Alimentação e um Rack, ou Base Unidade Central de Processamento A UCP é a parte do CLP que compreende o processador (micro-processador, microcontrolador ou processador dedicado), o sistema de memória ROM e RAM e os circuitos auxiliares de controle. O processador interage de forma continua com o sistema de memória por meio do programa de execução desenvolvido pelo fabricante do CLP, analisa e executa o programa de aplicação desenvolvido pelo usuário, e gerencia todo o sistema. Os circuitos auxiliares de controle operam sobre os barramentos de dados, de controle e de endereços, de acordo com o que o processador requer, de forma análoga a um sistema convencional de microprocessadores.

21 21 Algumas UCP s possuem dois ou mais processadores, formando um sistema de redundância, onde fazem um processamento paralelo confrontando os resultados obtidos após o termino de cada execução do programa de aplicação. Independente da sua tecnologia, o Processador é responsável pelo gerenciamento de todo o sistema. Pode trabalhar com registros e palavras de instrução, ou de dados, de tamanhos distintos, determinado pelo tamanho do seu acumulador e pela lista de instruções disponíveis para cada UCP Memória do CLP O sistema de Memória da UCP mostrada na figura 3 é constituído pela Memória do Sistema de Operação, que é subdividido em Programa de Execução e Rascunho do Sistema e pela Memória de Aplicação ou Memória do Usuário que é subdividida em Programa de Aplicação e Tabela de Dados. FIGURA 3 Estrutura Básica do Sistema de Memória. Fonte: GEORGINI, O Programa de Execução é formado pelo programa desenvolvido pelo fabricante do CLP, que define como o sistema deve operar, sendo responsável pela tradução do Programa de Aplicação desenvolvido pelo usuário e escrito em linguagem de alto nível, para instruções que o CLP possa entender em linguagem de máquina. É armazenado em memória não volátil tipo ROM, geralmente EPROM. O Rascunho do Sistema é uma área da memória empregada para armazenar temporariamente uma pequena quantidade de dados, que são usados pelo Sistema de Operação para cálculos ou controle. Uma característica dessa área da memória é o acesso rápido, sendo do tipo RAM.

22 22 O Programa de Aplicação é a área onde fica armazenado o programa desenvolvido pelo usuário para execução do controle desejado. Normalmente é uma memória EEPROM, mas pode ser também do tipo EPROM ou ainda do tipo RAM com uma bateria de segurança. A Tabela de Dados armazena dados que são usados pelo Programa de Aplicação, como valores atuais e de preset (pré-configurado) de temporizadores/contadores e variáveis do programa, alem dos status dos Pontos de Entrada e Saída que são lidas e escritas pelo Programa de Aplicação. A atualização desses status é realizada constantemente, refletindo as mudanças ocorridas nos Pontos de Entrada, e as atualizações das saídas são efetuadas pelo Programa de Aplicação. Essa memória é do tipo RAM, podendo ser alimentada com bateria de lítio. As memórias são divididas de acordo com suas características e funções e podem ser do tipo: RAM: (Random Access Memory) é um tipo de memória volátil, ou seja, perde os dados com a falta de alimentação. Sua principal característica reside no fato de que os dados podem ser gravados e alterados rapidamente e facilmente. No CLP, acompanhada de uma bateria ou um capacitor, é utilizada para armazenar dados temporariamente. ROM: (Read Only Memory) são memórias especialmente projetadas para manter armazenadas informações, que, sob hipótese alguma, poderão ser alteradas. Desta forma, é uma memória somente para leitura e seus dados não se perdem caso ocorra falta de energia. Nesse elemento são armazenados os dados do programa de controle do funcionamento do CLP, gravados pelo fabricante. PROM: (Programmable Read Only Memory) é tipo de memória similar à ROM, porém permite a gravação, uma única vez, de dados pelo próprio usuário. EEPROM: (Erasable Electrical Programable Read Only Memory) são dispositivos de memória que, apesar de não voláteis, oferecem a mesma flexibilidade de reprogramação existente nas RAM. Elas apresentam duas limitações: o processo de regravação de seus dados que só pode ser efetuado após a limpeza da célula; a vida útil de uma EEPROM é limitada pelo número de reprogramações.

23 Módulos e Dispositivos de Entrada e Saída Os módulos de entrada e saída fazem a interface entre o ambiente externo e a UCP, garantindo isolamento e proteção. Normalmente, as UCP s são divididas em Módulo de Entrada e o Módulo de Saída, mas existem CLP s modulares que possuem módulos combinados, ou seja, possuem pontos de entrada e saída no mesmo módulo. Os Módulos de Entrada fazem a interface entre os dispositivos de entrada, tais como: sensores, chaves e transdutores, e a lógica de controle do CLP, ou seja, o Módulo de Entrada recebe um sinal de entrada e converte em níveis adequados para serem processados pela UCP. Os Módulos de Saída fazem a interface entre o processador e os dispositivos de saída, tais como: atuadores, motores ou sinalizadores. O Módulo de Saída envia um sinal que pode ser resultante do processamento da lógica de controle efetuada pelo Programa de Aplicação ou pode ter sido forçado pelo usuário, independente da lógica de controle. Tanto os Módulos de Entrada como os Módulos de Saída podem ser classificados como Discretos ou Analógicos, existindo também os Especiais em algumas famílias de CLP s. Os Módulos Discretos tratam sinais digitais (on/off). São utilizados em sistemas sequenciais e na maioria das aplicações com CLP s, mesmo como parte de sistemas contínuos. Cada Ponto, de Entrada ou Saída, dos Módulos Discretos referencia um bit de um determinado endereço da Tabela de Dados, a qual é acessada durante a execução do Programa de Aplicação. Alguns exemplos de interface discreta podem ser vistos na tabela 1.

24 24 TABELA 1 - Dispositivos de entradas e saídas discretas. Fonte: MAASS, Os Módulos Analógicos tratam sinais analógicos como: tensão, corrente, temperatura, são utilizados em sistemas contínuos ou como parte de sistemas sequenciais. Os Módulos Analógicos de Entrada convertem sinais analógicos, provenientes dos dispositivos de entrada em sinais digitais por meio de Conversor AD/DA (analógico-digital e digital-analógico), disponibilizando-os adequadamente ao barramento da UCP. Desse modo, o Módulo Analógico de Saída necessita converter esse sinal digital por meio de conversor AD/DA em sinais analógicos para enviar aos dispositivos de saída. No caso dos Módulos Analógicos, cada entrada ou saída é denominada de Canal, em vez de Ponto, como nos Módulos Discretos. Neste caso, mais de um bit deverão ser manipulados, seja para a conversão ou para acionamento de equipamentos multbits como motores de passo. Na tabela 2 são apresentados alguns dispositivos de interface numérica.

25 25 TABELA 2 - Dispositivos de entradas e saídas numéricas Fonte: MAASS, Base e Fonte de Alimentação A Base de um CLP é responsável pela sustentação mecânica de todos os componentes que constituem o CLP. Nela encontra-se o barramento que faz a conexão elétrica entre os componentes, no qual fazem parte os sinais de dados, endereço e controle que são necessários para a comunicação entre a UCP e os Módulos de Entrada e Saída, além dos níveis de tensão fornecidos pela Fonte de Alimentação, necessários para que a UCP e os Módulos de E/S possam funcionar. A Fonte de Alimentação é responsável por converter a rede elétrica de 127 ou 220 VCA, para a tensão de alimentação dos circuitos eletrônicos que é +5 VCC para microprocessador, memórias e circuitos auxiliares e +12 VCC para a comunicação com o programador ou computador, manter a carga da bateria nos sistemas que utilizam relógio em tempo real e memória do tipo RAM e fornecer tensão para as Entradas e Saídas de 12 ou 24 VCC. 2.5 Funcionamento do CLP O principio de funcionamento de um CLP é igual para praticamente todos os CLP s encontrados no mercado, diferenciando uns dos outros por algum incremento a mais na tecnologia empregada.

26 26 O CLP executa a leitura dos estados de cada uma das entradas, verificando se alguma foi acionada. Este processo de leitura recebe o nome de Ciclo de Varredura (Scanning), demonstrado na figura 4. Após o Ciclo de Varredura, o CLP armazena os resultados obtidos em uma região da memória chamada de Tabela de Imagem das Entradas. Esta memória é consultada pelo CLP no decorrer do processamento do Programa de Aplicação. O CLP ao executar o Programa de Aplicação, após consultar a Tabela de Imagem das Entradas, atualiza o estado da Tabela de Imagem das Saídas, de acordo com as instruções definidas pelo usuário em seu programa, realizando a lógica de controle. Então o CLP escreve o valor contido na Memória das Saídas, atualizando as interfaces ou módulos de saída. Inicia - se então, um novo ciclo de varredura. O ciclo de varredura, e o tempo desse ciclo dependem da velocidade e características do processador utilizado, do tamanho do programa de aplicação do usuário, além da quantidade e tipo de pontos de entrada/saída. Geralmente esse tempo está na faixa de milisegundos. FIGURA 4 Fluxograma Básico do Sistema de Operação de um CLP. Fonte: GEORGINI, De maneira geral, as UCP s apresentam dois Modos de Operação, sendo o Modo de Programação, onde a UCP não efetua o Programa de Aplicação e não atualiza os Pontos de Saída, porém permite ao usuário que transfira ou altere o Programa de Aplicação além de configurar parâmetros da UCP e o Modo de Execução (RUN) onde a UCP executa o