APOSTILA. Teoria de CLP. Prof. Maycon Max Kopelvski. Mar/2010. rev.00

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1 APOSTILA Teoria de CLP Prof. Maycon Max Kopelvski Mar/2010 rev.00

2 SUMÁRIO 1. Um pouco da história CLPs Definições Hardware Software Arquitetura Básica UCP (Unidade Central de Processamento) Estrutura da UCP Entradas e Saídas Entradas Entradas Digitais Entradas Analógicas Saídas Saídas Digitais Saídas Analógicas Periferia inteligente Segurança nas entradas e saídas Características Construtivas Glossário Referências:... 24

3 1. Um pouco da história O Controlador Lógico Programável (CLP) nasceu da indústria automobilística norte americana, especificamente na divisão hidramática da GM em Sob a liderança do engenheiro Richard Morley, foi preparada uma especificação que refletia os sentimentos de muitos usuários de comandos de relês, não só da indústria automobilística como da indústria em geral. Este sentimento resultou da grande dificuldade de alterar o processo usando comandos a relê. Cada alteração significativa no modelo de um carro exigia alterações que acrescentavam, retiravam ou modificavam alguns passos do processo e para isso era necessário alterar todos os painéis e fiação de campo. Além disso, a complexidade e grande tamanho de painéis de relês dificultava a manutenção. Objetivos do projeto especificado: Permitir facilidade e flexibilidade de montagem em máquinas; Ser totalmente programável (projeto reutilizável); Adaptação total ao ambiente industrial; Manutenção facilitada. Esta especificação despertou o interesse de algumas empresas como a Reliance Electric, Shuthers-Dunn. Modicon, Digital e outras que começaram a desenvolver protótipos de controladores programáveis. Os primeiros resultados apareceram no final de 1969 e início de A empresa ganhadora da concorrência da GM foi a Modicon, mas a ideia já havia mobilizado o mercado e vários outros fabricantes passaram a produzir CLPs nos anos seguintes. Nos anos de 1970 a 1974, tais equipamentos ganharam grande impulso com a aceleração de tecnologias eletrônicas: Microprocessador, que facilitou a tarefa de projeto, pois todas as funções lógicas, aritméticas, acumuladores e registradores que antes eram feitos com lógica discreta. passaram a estar em um único chip. facilitando o projeto e reduzindo o tamanho dos aparelhos. Circuitos integrados em larga escala, dando aos CLPs maior confiabilidade, menor tamanho e principalmente, diminuição de custos. Foi possível então, que estes equipamentos passassem a ser utilizados em muitas aplicações industriais, limitando-se ainda a funções antes realizadas por painéis eletromecânicos. Maior maturidade de aplicação que gerava novos tipos de entradas e saídas, além de funções cada vez mais avançadas, utilizando plenamente os recursos oferecidos pelos microprocessadores. Durante a década de 70 os CLPs foram evoluindo à medida em que era necessária uma maior velocidade de integração e desenvolvimento de novos

4 componentes no mercado, fechando a década com recursos e confiabilidade bastante atrativos. Foi na década de 80 que os CLPs tiveram sua utilização altamente difundida, principalmente pelo alto grau de funcionalidade de aplicações anteriores, que agora já podiam ser analisadas, discutidas e relatadas, isso fez com as empresas preocupadas com qualidade, produtividade, flexibilidade, e competitividade, adotassem de vez esta tecnologia e consagrassem definitivamente o equipamento, juntamente com CNCs e SDCDs como as melhores soluções para automação de "Chão de Fábrica". CNCs - sistemas de controle numérico - utilizados em usinagem mecânica em conjunto com sistemas CAD/CAM. SDCDs - sistemas digitais de controle distribuído - constituídos principalmente por controladores digitais single loop / multi loop interligados entre si por uma rede digital. Utilizados principalmente em indústrias de processo (indústrias químicas e petroquímicas, papeleiras, etc.) Seu principal inconveniente é que tratam-se de equipamentos e redes dedicadas, ou seja. uma vez comprado um SDCD de um determinado fabricante torna-se necessário comprar componentes do mesmo fabricante sempre que houver uma ampliação ou modificação no sistema. Na década de 90 novas tecnologias vieram juntar-se aos CLPs, ao mesmo tempo em que os SDCDs passaram a ser cada vez menos utilizados. Com a popularização e redução de custo dos microcomputadores pessoais, vários softwares de controle em PC passaram a ser comercializados e sistemas baseados nesta tecnologia começaram a ser utilizados no lugar dos CLPs. Junto com isso foram criadas redes padronizadas não proprietárias que possibilitam a distribuição do controle pela planta, colocando o elemento de controle próximo ao elemento inicial e final. Além disso, todos os segmentos mais importantes da automação industrial possuem iniciativas de padronização, por organismos normalizadores nacionais e internacionais ou por consórcios independentes.

5 2. CLPs 2.1. Definições O conceito de controlador programável é bastante amplo. Um controlador programável nada mais é que um computador com uma construção física que atende os requisitos de operação em ambientes industriais. Além disso, ele possui um software específico para automação e controle e muitas vezes possui um sistema operacional de tempo real e com configuração fixa de memória. No entanto nos últimos anos têm se tornado cada vez mais populares os controladores baseados em barramentos padronizados, sistemas operacionais de uso generalizado e estrutura de memória aberta. A norma Nema (National Electrical Manufacturers Association), ICS3-1978, parte ICS3-304, define um controlador programável como: "Aparelho eletrônico digital que utiliza uma memória programável para o armazenamento interno de instruções para implementação de funções específicas, tais como lógica, seqilenciamento. temporização, contagem e aritmética para controlar, através de módulos de entradas e saídas, vários tipos de máquinas ou processos. Um computador digital que é utilizado para desempenhar as funções de um controlador programável é considerado dentro deste escopo. Estão excluídas as chaves tambores e outros tipos de seqilenciadores mecânicos ". As características mais importantes dos CLPs são descritas a seguir: Hardware alta confiabilidade (alto MTBF - tempo médio entre falhas); imunidade a ruídos eletromagnéticos; isolação galvânica de entradas e saídas: facilmente configurável com montagem em trilhos padronizados ou racks com módulos extraíveis; instalação facilitada, com conectores extraíveis; manutenção simples, com ajuda de autodiagnose Software programação simples através de linguagens de fácil aprendizagem; recursos para processamento em tempo real e multitarefa. monitoração de dados "on-line": alta velocidade de processamento. Estes tópicos serão discutidos detalhadamente mais adiante Arquitetura Básica Qualquer controlador programável apresentará em sua estrutura:

6 UCP - (Unidade Central de Processamento) - é a responsável pela tomada de decisões. Através do programa ela analisa o estado das entradas e altera o estado das saídas, de acordo com a lógica programada. Memória - é responsável pelo armazenamento de todas as informações necessárias ao funcionamento do CLP. Entradas e saídas - são os meios de comunicação do CLP com o processo a ser controlado. As entradas recebem os sinais do campo e os transformam em sinais digitais para serem processados pela UCP. Após o processamento, os dados enviados pela UCP (digitais) são convertidos pelas saídas em sinais que possam acionar cargas externas (sinais elétricos) UCP (Unidade Central de Processamento) Como já dissemos, a UCP é responsável pelo processamento de todas as informações existentes no Controlador Programável. Portanto, todo o sistema depende muito dessa unidade. É a UCP quem determina as seguintes características do controlador: Confiabilidade O controlador deve funcionar em qualquer situação, sem interrupções e sem falhas, sejam elas de máquina ou de programa. Quanto mais recursos de tolerância a falhas, mais confiável será o controlador.

7 Disponibilidade A disponibilidade é uma consequência da confiabilidade. Pode ser definida como o tempo durante o qual o controlador estará disponível e ativo para realizar sua função. Para aumentar a disponibilidade é comum instalar-se configurações redundantes, o que significa que um ou mais módulos são duplicados e ficam permanentemente monitorando um ao outro. No momento em que um dos módulos falha, o módulo redundante assume as suas funções. A redundância pode ser do processador ou dos módulos de entrada e saída. Segurança Existem dois aspectos quando se fala em segurança de um controlador e, conseqiientemente, de um sistema: segurança de Hardware: é a proteção da máquina contra intempéries (descargas atmosféricas, umidade, poeira), surtos de tensão, explosão, isolação da carcaça e outras. segurança de software: é a proteção do programa contra o uso indevido e ainda contra a perda do programa por falta de energia ou apagamento acidental. A proteção é feita através de senhas para o controle de acesso e do uso de um backup do programa em uma área especial da memória do controlador. Velocidade de leitura / tempo de resposta O programa do CLP é estruturado de forma que o processador leia as entradas, percorra todo o programa, rotina a rotina, atualize as saídas de acordo com as fases anteriores e repita D processo. Quanto mais entradas e saídas e quanto maior o programa, maior é o tempo de duração deste ciclo. A velocidade do CLP é dada com base neste conceito através do tempo de varredura para cada 1000 instruções. Se, por exemplo o CLP tem uma velocidade de Ims para cada 1000 instruções e o programa tiver 2000 instruções, isto significa que as entradas serão lidas e as saídas atualizadas a cada 2 ms. Daí se conclui que um pulso de duração menor que 2 ms não terá resposta do CLP. Recursos de Software (espectro de aplicação) Esta não é uma característica do Hardware, mas sim da linguagem de programação do CLP. É a possibilidade de executar tarefas especiais, como cálculos matemáticos, controle analógico em malha fechada, manipulação direta da memória por recursos disponíveis na linguagem de programação e outras funções.

8 Recursos de diagnose É a possibilidade de a própria UCP detectar falhas de Hardware e sinalizar esta falha. Pode ser um simples LED de falha ou um recurso mais completo que indique o ponto exato do defeito. Possibilidade de recursos avançados Por recursos avançados podemos entender a possibilidade de interligação de módulos especiais, como módulos de controle PID dedicados, módulos processadores de entradas rápidas, possibilidade de execução de cálculos complexos e outros recursos semelhantes. Possibilidade de Conexão à rede de CLPs/outros equipamentos (Integração) Esta característica é muito importante se o CLP não for visto isoladamente, mas se pensarmos na automação como grupos de máquinas operando em conjunto. Neste sentido, é muito importante que o CLP possa comunicar-se com outros CLPs, computadores, módulos inteligentes de aquisição e exibição de dados e qualquer outro equipamento que também tenha capacidade de comunicação. Este assunto será discutido com mais detalhes no capítulo Estrutura da UCP A UCP compõe-se basicamente de um processador e componentes auxiliares, fonte de alimentação, barramento de comunicação e memória de trabalho. Processador É a unidade principal de todo o sistema. Nos primeiros CLPs o processador era composto por componentes discretos (transistores e circuitos integrados com pequeno número de portas lógicas). Após a década de 70 o desenvolvimento dos métodos de fabricação de circuitos integrados permitiu a integração em larga escala e os processadores passaram a ser um componente único conhecido como microprocessador ou microcontrolador. Um microprocessador é um componente que possui basicamente uma unidade lógica/aritmética (ULA) e necessita de um conjunto de circuitos auxiliares (chipset) para funcionar corretamente. Os microcomputadores utilizam este tipo de arquitetura. Um microcontrolador possui além da ULA, uma memória e um gerenciador de entradas e saídas no mesmo circuito integrado, dispensando circuitos auxiliares. Por este motivo um microcontrolador normalmente é desenvolvido para aplicações específicas. Grande parte dos CLPs possui microcontroladores como o principal componente de

9 suas UCPs. É oportuno salientar que a tecnologia utilizada influi diretamente em recursos, velocidade de processamento e até mesmo confiabilidade e facilidade de manutenção. Existem atualmente CLPs que utilizam mais de um processador, conseguindo assim, dividir tarefas e com isso ganhar maior velocidade de processamento e facilidade de programação. Desta forma, enquanto um processador executa as tarefas básicas do CLP, gerenciando a varredura do programa e as entradas e saídas digitais, um segundo processador pode executar as tarefas mais complexas, como cálculos matemáticos, processamento de controle analógico e algoritmos especiais. Um terceiro processador pode gerenciar a periferia do CLP, ou seja. as comunicações com outros CLPs, saídas para vídeo e impressora e entrada para teclado. Os processadores ficam ligados entre si através do barramento de comunicação do CLP e trocam informações entre si, partilhando as memórias. Com a crescente utilização de controle baseado em PC, a arquitetura dos controladores programáveis tende a tornar-se cada vez mais próxima a de um computador pessoal, com processadores da família Intel, Motorola ou equivalente e barramentos padronizados tais como PCI, CompactPCI e VMEBUS. além de utilizar sistemas operacionais de mercado tais como Windows NT, Windows CE, Linux, QNX, OS9. Portanto, diante da enorme gama de modelos e configurações possíveis, é necessária uma análise profunda e detalhada da aplicação (máquina ou processo a ser automatizado), tendências e implantações futuras para a escolha correta do Controlador Programável a ser utilizado. Fonte de alimentação A fonte alimenta a UCP e as entradas e saídas. Normalmente as fontes são projetadas para fornecer várias tensões de alimentação para os módulos. O processador normalmente necessita de uma alimentação de 5 Vcc. Cartões de entradas e saídas digitais precisam de alimentação auxiliar para os elementos de chaveamento e conversão, normalmente de 12 Vcc ou 24 Vcc. Cartões de entradas e saídas analógicas necessitam de alimentação 24 Vcc. Os fabricantes especificam a capacidade máxima da fonte em Watts ou Amperes. Deve-se dimensionar a fonte para alimentar todos os cartões com folga de pelo menos 20%. Caso seja necessário pode-se usar fontes externas para complementar a capacidade da fonte. Atualmente a grande maioria dos CLPs são alimentados com tensão de HOVca / 220Vca, entretanto alguns modelos, principalmente os de pequeno porte necessitam de alimentação já rebaixada, por fonte externa, operando com 12 Vca ou Vcc e 24 Vca ou Vcc. Memória de Trabalho Pequena quantidade de memória que normalmente localiza-se no mesmo Cl do microprocessador e serve para que o processador armazene valores temporariamente durante o processamento do programa.

10 Normalmente é uma RAM de alta velocidade. Também conhecida como cache. Barramento de Comunicação Conjunto de condutores utilizado pelo processador para trocar dados com a memória e dispositivos de entrada e saída. É dividido em barramento de dados e barramento de endereços. O barramento de endereços é utilizado para transmitir ao chipset o endereço de memória ou de entrada e saída onde o processador irá ler ou escrever um dado. O barramento de dados é utilizado para transmitir o próprio dado entre o processador e a memória, entradas e saídas. O tamanho do barramento de dados é correspondente ao tamanho da palavra do processador, ou seja, se o processador possui palavra de 32 bits, o barramento de dados possuirá 32 condutores.

11 3. Entradas e Saídas 3.1. Entradas Os pontos de entradas são aqueles através dos quais a UCP busca informações do processo comandado. Estas informações podem vir de um termostato, pressostato, chaves fím-de-curso, botoeiras, termo-elementos, medidores de pressão, vazão, etc. Pelos exemplos citados podemos distinguir dois tipos básicos de entradas - digitais e analógicas. As entradas digitais informam à UCP um nível lógico (por exemplo, se a temperatura está correta. se uma determinada posição foi atingida, etc.) Já as analógicas informam um valor de temperatura, uma determinada posição, um valor de pressão etc. A UCP só consegue trabalhar com sinais digitais que são sequências de bits ligados e desligados. Isto é representado por O para um bit desligado e l para um bit ligado. Através destes dois estados pode-se, com o uso de codificação, representar qualquer número, caractere ou função. É desta forma que os programas e dados são armazenados na memória. Também é assim que a UCP aciona e interpreta os estados das entradas e saídas. O processador não pode trabalhar diretamente com os pontos físicos de entrada e saída, por isso os cartões de entrada e saída lêem e escrevem valores numa área da memória chamada imagem de entradas e saídas. Por exemplo, podemos representar 8 entradas por uma sequência de 8 bits. Desta forma se tivermos as entradas 2 e 6 acionadas a imagem de entradas e saídas será: bit mais significativo bit menos significativo Normalmente o bit menos significativo (menor n ) fica à direita. Para que a UCP entenda o estado da entrada precisamos converter os nossos sinais de campo (chaves, pressostatos, botoeiras, transmissores analógicos) em sinais digitais Entradas Digitais As entradas digitais convertem cada elemento do campo em um bit. Existem entradas digitais de dois tipos: com alimentação interna e externa. As entradas com alimentação interna fornecem uma tensão de alimentação que deve passar pelo elemento do processo e retornar à entrada. Para acionar este tipo de entrada basta um contato seco (não alimentado).

12 Normalmente o bit menos significativo (menor n ) fica à direita. Para que a UCP entenda o estado da entrada precisamos converter os nossos sinais de campo (chaves, pressostatos, botoeiras, transmissores analógicos) em sinais digitais. As entradas digitais convertem cada elemento do campo em um bit. Existem entradas digitais de dois tipos: com alimentação interna e externa. As entradas com alimentação interna fornecem uma tensão de alimentação que deve passar pelo elemento do processo e retornar à entrada. Para acionar este tipo de entrada basta um contato seco (não alimentado). As entradas com alimentação externa recebem alimentação do processo. Para isso o elemento do processo deverá atuar como um interruptor para aalimentação da entrada. As entradas digitais podem trabalhar com diferentes níveis de alimentação: em regime de corrente contínua: TTL, 24 Vcc. 48 Vcc, 110 Vcc; ou em regime de corrente alternada: 110 Vca ou 220 Vca. Alguns CLPs já trazem entradas para pulsos capazes de manipular sinais gerados por encoders e tacogeradores com frequências de alguns khz. Como a Página 12 de 24

13 velocidade de processamento do programa não seria suficiente para utilizar estes sinais diretamente, as entradas de pulso contam o número de chaveamentos e transferem para a memória do CLP apenas os valores referentes à totalizacão ou à frequência Entradas Analógicas As entradas digitais são fáceis de manipular por possuírem apenas dois estados (ligado e desligado). As analógicas, no entanto podem ter infinitos estados dentro de uma faixa determinada. Existe uma grande gama de sinais de entradas padronizados: +/- 12,5 mv, +/- 50 mv, +/- 500 mv, +/- IV. +/- 5 V, +/- 10 V, l a 5V, O a 5 V, O a 10 V, O a 20 ma, 4 a 20 ma. Estes sinais são usados na medição linear de uma grandeza. Podemos por exemplo, associar uma destas faixas de sinal a uma medida de pressão. Podemos então escolher a faixa de 4 a 20 ma e associá-lo a um medidor de pressão que meça a faixa de O a 10 mca: Neste exemplo a relação entre pressão e corrente é linear, mas existem transdutores como termopares e Pt 100 que possuem uma relação não linear. Abaixo vemos a curva típica de um termopar: Como vemos a relação não é linear. Para usarmos este sinal em um controle de processo precisamos linearizar a curva, o que pode ser feito pela interface de entrada ou pelo programa do usuário. Isto exige uma certa quantidade de cálculos matemáticos, que gastam tempo e memória. Página 13 de 24

14 Como já dissemos, a UCP só consegue trabalhar com variáveis digitais e para conseguirmos manipular sinais analógicos precisamos convertê-lo para sinais digitais. Urna entrada analógica é, portanto, basicamente um conversor analógico/digital. Um sinal analógico é convertido da seguinte maneira: De acordo com a resolução, a faixa do sinal de entrada é dividida em um certo número de valores iguais. Por exemplo, para 8 bits o n de partes é igual a 2^ = 256 partes iguais; para 12 bits - 2^ = 4096 partes iguais. A seguir o conversor analógico digital associa a cada uma destas partes um código binário com o mesmo número de bits. Então o conversor lê o valor da entrada e associa ao valor binário mais próximo do valor da entrada em tempo real. Suponhamos um sinal de entrada de 4 a 20 ma Para converter este sinal com uma resolução de 3 bits devemos dividir a faixa de sinal (4 a 20 ma = intervalo de 16 ma) em l? partes, ou seja, 8 partes iguais de 2 ma cada. Convertendo estas faixas em valores digitais temos: 1 a faixa (4 a 6 m A) = a faixa (6 a 8 ma) = a faixa (8 a 10mA) = a faixa (10 a 12 ma) = a faixa (12 a 14 ma) = a faixa (14 a 16 ma) = 101 Página 14 de 24

15 7 a faixa (16 a 18mA)= a faixa (18 a 20 ma) = 111 Portanto, quando temos a menor faixa (4 a 6 ma) temos 000 na memória imagem da entrada analógica, ou seja: Se tivermos um sinal de 8,85 ma ele estará na 3 a faixa (8 a 10). Temos 010, ou seja: e assim por diante. Não é difícil perceber que a precisão obtida com 3 bits é muito pequena. No exemplo, a corrente era de 8,85 m A, mas a resolução de 3 bits só permite ao CLP saber que o sinal se encontra entre 8 e 10 ma. Se tivéssemos usado uma resolução de 10 bits teríamos dividido a faixa em 2*0 = 1024 partes iguais de 0,0156 ma cada. Usando o mesmo exemplo a corrente de 8,85 ma seria representada em valores binários por que seria a 312 a faixa (8,8516 a 8,8671 ma). A memória imagem dessa entrada seria: Quanto maior a resolução, maior a quantidade de memória necessária para armazená-la Saídas As saídas são os caminhos pelos quais a UCP envia uma informação ao processo, resultado do processamento do programa do usuário. Da mesma forma, as saídas também são divididas em duas categorias, de acordo com o tipo de sinais que manipulam: digitais e analógicas e também possuem uma representação na tabela imagem de entradas e saídas Saídas Digitais Os tipos e níveis de sinais das saídas digitais são os mesmos daqueles das entradas. Também existem saídas a relês. Página 15 de 24

16 As saídas digitais convertem os sinais digitais fornecidos pela UCP em sinais capazes de energizar cargas, tais como bobinas de relês, lâmpadas, alarmes, etc. As saídas digitais podem ser por tensão ou por relês. As saídas por tensão, alimentam diretamente a carga através de transistores ou tiristores. Os fabricantes especificam a máxima corrente que a saída pode chavear. Caso seja necessário comandar uma carga de potência superior à recomendada devem ser usados elementos de chaveamento externos (relês, contatores). As saídas a relê fornecem um contato de relê que pode chavear cargas com alimentação independente da fonte do CLP. Neste caso o limite de carga é dado pela capacidade do contato do relê Saídas Analógicas As saídas analógicas também seguem o mesmo princípio das entradas analógicas, mas fazem o contrário, ou seja, a UCP fornece uma palavra com um certo número de bits (da mesma forma que na entrada, este número influi na precisão do sinal de saída), que é convertido por um conversor digital/analógico em um sinal que geralmente está nas faixas de l a 5V, O a 10 V,+/-10V, O a 20 ma, 4 a 20 ma Periferia inteligente Página 16 de 24

17 Algumas tarefas não são executadas pela UCP pois isto demandaria muito tempo de processamento, o que a tqrnaria lenta para a execução do programa. Para estas tarefas os fabricantes de CLPs colocam à disposição uma considerável variedade de periféricos inteligentes. Módulos decodificadores Teclado; Chaves tumbwell; Geradores BCD, GRAY; Motor de Passo; Medidores Inteligentes de Energia; Módulos Geradores de Códigos Binários ASCII (geradores de relatório) Módulos "Inteligentes", para controle de malha fechada PID ( Controle proporcional, integral e derivativo); Posicionamento; Módulos Adaptadores de comunicação Para interligação em redes. Outros Relógios de tempo real; Adaptadores para sinóticos; Módulos processadores de vídeo (Interface Homem/Máquina); 3.4. Segurança nas entradas e saídas A separação de potenciais é uma característica importante tanto para as entradas como para as saídas, e significa que a alimentação da parte interna (eletrônica) da placa seja separada da alimentação da fonte externa que alimenta os sensores e atuadores conectados. Normalmente são utilizados fotoacopladores, ou seja, a ligação entre a parte interna e a externa é um feixe de luz o que garante que elas estão galvanicamente isoladas. Além disso os módulos de entrada/saída normalmente possuem outras formas de proteção, como fusível, varistores e filtros contra ruídos eletromagnéticos. Isso contribui para o aumento da vida útil e confiabilidade dos CLPs. Abaixo vemos um esquema típico de uma entrada digital com todas as proteções: Página 17 de 24

18 Na maioria dos casos somente o fotoacoplador está dentro do cartão de entradas. Os demais componentes normalmente são instalados na régua de bornes de entradas do painel. Outro fator importante é a proteção dos equipamentos em caso de falha da UCP. Para isso alguns CLPs já incorporam em seus módulos de saída a chamada "falha segura". Este recurso permite que as saídas sejam configuradas para assumir automaticamente um estado seguro (por exemplo, desligar os motores e acionar um alarme), em caso de falha do processador Características Construtivas Do ponto de vista construtivo, um CLP pode ser compacto ou modular. CLPs compactos possuem todos os componentes vistos anteriormente num único módulo. Normalmente tem um número fixo de entradas e saídas, todas funcionando na mesma tensão. Algumas possuem entradas e saídas analógicas e certos modelos possuem módulos de expansão, com entradas e saídas extras, mas normalmente o número de pontos de E/S da maior configuração possível não é muito grande. Abaixo vemos uma configuração típica: Página 18 de 24

19 Por suas características, este tipo de CLP é usado onde haja poucos pontos a controlar e pouco espaço. Também pelo seu tamanho, o preço costuma ser menor. Um CLP modular normalmente tem uma placa para cada elemento do sistema (UCP, entradas, saídas). Estas placas são montadas em racks. A capacidade de configuração é muito alta e o número de pontos total normalmente é grande. Este tipo de CLP é usado onde haja um grande número e variedade de pontos a serem controlados. Página 19 de 24

20 4. Glossário Apresentamos abaixo alguns termos que podem ser encontrados neste ou em outros textos referentes a automação. Argumento - elemento de dados atribuído a um parâmetro em uma unidade de organização de programa no momento da invocação. Ativo - diz-se do componente ou da parte de um todo ou de um sistema que está funcionando e comunicando corretamente, isto é, de forma válida. Atribuição - mecanismo que dá um valor a uma variável. Autodiagnose - é a propriedade de autoteste acrescentada da capacidade de identificação de falhas. Autoteste - é a propriedade que um CLP tem de, em operação normal, detectar a presença de falha através de circuitos próprios de hardware ou rotinas adequadas de software. Bit - abreviação de "Binary Digit", representa a mínima unidade de informação num sistema de numeração binário. Bloco de função - unidade de organização de programa que executa uma função lógica específica e que possui uma estrutura de memória própria. Um bloco de função é definido uma única vez e pode ser instanciado inúmeras vezes em outras unidades de organização de programa. Cada instância possui sua própria estrutura de memória independente das outras instâncias. Bobina - símbolo lógico de saída em um programa em Linguagem Ladder. Byte - conjunto de 8 bits. Canal - via de acesso para comunicação entre módulos ou com o processo. Ciclo de varredura - tempo gasto para executar um conjunto de instruções que realiza uma função específica. Colisão - interferência na comunicação em uma rede com topologia estrela ou barramento, causada pela transmissão simultânea de duas ou mais estacões da rede. Comentário - um elemento da linguagem para a inclusão de texto informativo em um programa e que não tem impacto sobre a execução. Configuração - esquema de blocos representativos do arranjo físico e composição do hardware de um sistema de controle. Contador - função lógica destinada a realizar contagem de eventos. Contato - símbolo lógico usado para verificar o estado de uma entrada, saída ou outro dado digital em um programa em Linguagem Ladder. Declaração - o mecanismo para estabelecer a definição de um elemento da linguagem. Uma declaração normalmente envolve a atribuição de um identificador ao elemento da linguagem e alocar nele atributos como tipos de dados e algoritmos. Diagrama lógico - representação de uma função lógica. Double word - vide palavra dupla. E/S - abreviatura utilizada para designar entradas e saídas. Endereço - é um identificador que especifica origem e/ou destino de uma informação. Entrada - sinal proveniente do processo, que fornece informações ao controlador programável. Escravo - é uma estação que inicia um intercâmbio de mensagem com outra Página 20 de 24

21 estação, somente quando solicitada por uma estação de nível hierárquico superior. Falha segura - é a propriedade que um módulo tem de, em caso de defeito, assumir um estado pré-determinado. FBD - vide Linguagem de Blocos Lógicos. Forçar - definir intencionalmente um estado lógico, independente do processamento. Função - unidade de organização de programa que, quando executada, devolve exatamente um elemento de saída e que pode ser invocada inúmeras vezes em um mesmo programa. Grafcet - gráfico de controle etapa/transição. Linguagem de estruturação de programa utilizada como auxiliar na programação de controladores. Na norma IEC é chamada Sequential Function Chart (SFC). Identificador - uma combinação de letras, números e o caracter "_", começando com uma letra ou "_", utilizado para nomear elementos de linguagem. IL - vide Lista de Instruções. Instância - uma cópia individual com referência e estrutura de dados própria, associada com uma definição de bloco de função, que persiste entre uma invocação e outra. Instanciar - criar uma instância. Instrução - comando que especifica uma funcionalidade, indicando seus parâmetros e operandos. Invocação - o processo de iniciar a execução das operações especificadas numa unidade de organização de programa. LD - vide Linguagem de relês. Linguagem de Blocos Lógicos - linguagem gráfica de programação cujas instruções se assemelham a portas lógicas. Na norma IEC é chamada Function Block Diagram (FBD) Linguagem de relês - linguagem de programação cujas instruções básicas têm a simbologia equivalente a esquemas elétricos de relês. Também chamada Linguagem Ladder. Na norma IEC é chamada Ladder Diagram (LD). Linguagem Ladder - vide Linguagem de relês. Lista de Instruções - linguagem de programação com instruções textuais semelhantes à linguagem de máquina. Na norma IEC é chamada Instruction List (IL). Malha lógica - um conjunto de instruções de programação em linguagem de relês ou de blocos lógicos que aciona uma saída. Memória apenas de leitura - memória cujo conteúdo de informações é destinado a ser apenas lido e não ser modificado em funcionamento normal. Memória não volátil - tipo de memória que retém os dados nela guardados mesmo na ausência de alimentação. Memória para leitura e escrita - memória cujo conteúdo de informações pode ser lido ou escrito em funcionamento normal. Memória volátil - memória que perde sua informação na ausência de alimentação. Mestre - é uma estação que tem uma capacidade de iniciar um intercâmbio de mensagens com outra estação, independente de qualquer ação tomada por qualquer outra estação, possuindo nível hierárquico superior. Modem - dispositivo usado para codificar sinais digitais de forma adequada Página 21 de 24

22 para serem transmitidos em uma via de dados mediante modulação e demodulação. Módulo - é um subsistema de hardware que pode ser facilmente substituído ou acrescentado. Módulo de entrada - é o módulo que contém os circuitos requeridos para converter os sinais de entrada a níveis compatíveis com o processador. Módulo de entrada/saída analógica - é o módulo de entrada/saída de sinais analógicos. Módulo de saídas - é o módulo que contém os circuitos requeridos para converter os sinais de saídas de processador a níveis compatíveis com o processo controlado. Módulos de entrada/saídas binárias - é o módulo de entrada/saída para sinais que podem assumir um de dois estados distintos. Também pode ser utilizado o termo módulo de E/S discretas. Multiplex - é um dispositivo que realiza uma varredura ou uma sequência ordenada no tempo de um determinado número de linhas de dados alimentando um único canal. Nó - ponto de interligação de uma estação de controle a uma rede. Palavra - (em inglês word) Este termo tem vários significados. Recomenda-se a leitura do item para explicação mais detalhada. Na IEC , WORD é um tipo de dados não numérico de 16 bits. Pode indicar também o tamanho do agrupamento de bits na estrutura da memória ou a quantidade de bits no barramento de dados de um processador. Palavra dupla - (em inglês double word) Na IEC é um tipo de dados não numérico de 32 bits Palavra longa - (em inglês long word) Na IEC é um tipo de dados não numérico de 64 bits. Parâmetro - variável de entrada ou variável de saída utilizada dentro de uma função ou bloco de função. Os parâmetros são declarados na definição da unidade de organi:ação de programa e devem ser substituídos por argumentos no momento da invocação. Programa - unidade de organização de programa executado ciclicamente e é responsável pelo fluxo principal de controle de um processo. Um programa pode invocar funções ou criar instâncias de blocos de função. Programa (do usuário) - conjunto de instruções que define as tarefas do controlador programável. Programa de diagnose -programa destinado a detectar e identificar defeitos. Programa fonte -programa gerado para implementar as funções do CLP. Protocolo - Conjunto de regras, mensagens, comandos e instruções necessários para estabelecer a comunicação serial entre dois equipamentos. Rede - um arranjo de nós e malhas interconectadas por um meio físico para troca de dados entre os nós. Redundância - é um recurso de hardware e software usado para aumentar a disponibilidade e confiabilidade através da utilização de dois ou mais controladores que executam a mesma função simultaneamente. Referência - são caracteres alfanuméricos em código específico, que identificam periféricos, entradas, saídas, endereços e passos de programação. Registro - elemento utilizado para armazenamento de dados acessíveis ao usuário. Retenção - característica associável a uma função ou registro que lhe Página 22 de 24

23 confere a capacidade de manter o último estado na falta de energia. RS-232C, RS-422, RS normas do "Eletronic Institute of America" (EIA) para comunicação serial de dados. Estabelecem padronização de pinos conectores, nível de sinal, etc. Saída - sinal enviado ao processo, que fornece informações provenientes do controlador programável. Serial - forma de representação de informações na qual os bits são transmitidos sequencialmente no tempo. SFC - vide Grafcet. Síncrono - protocolo de comunicação de dados, no qual o transmissor e o receptor são sincronizados por um sinal de relógio comum. ST - vide Texto Estruturado. Sub-rotina - parte do programa que pode ser usada várias vezes para realizar uma função específica. Tempo Real - forma de operação de um sistema que executa as tarefas num tempo de varredura fixo, de forma a manter constantes os intervalos de tempo utilizados em funções como integrações e derivações. Terminal de entrada ou saída de dados - dispositivo usado para comunicação com o controlador programável. Texto Estruturado - linguagem de programação textual com sintaxe semelhante ao Pascal. Na norma IEC é chamada Structured Text (ST). Tipo de dados - o conjunto de valores que uma variável pode assumir, consistindo dos elementos válidos (p.ex.: inteiros, reais, booleanos, caracteres, etc.) e da faixa de valores válidos (p.ex.: a para inteiros de 16 bits). UCP (Unidade Central de Processamento ou Processador) - é o módulo do CLP onde são tomadas as decisões lógicas que controlam o processo. Unidade de organização de programa (UOP) - termo genérico que define um programa, função ou bloco de função em um projeto. Vigia de tempo ou Watch Dog Timer - circuito temporizado de supervisão de funcionamento da UCP. Word - vide palavra. Página 23 de 24

24 5. Referências: RALIZE, CARLOS H. R.; MARQUES, RENATA S., AUTOMAÇÃO DE PROCESSOS MÓDULO I, Apostila, (2002); HERRMANN, JÜRGEN, LANGUEGE ELEMENTS FOR PS AND PS 4-200, USER GUIDE, 1 st EDITION, (1997); Página 24 de 24