DESENVOLVIMENTO DE UM SIMULADOR DE CLP COMO UM COMPILADOR

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1 Anais do XIX Congresso Brasileiro de Automática, CBA DESENVOLVIMENTO DE UM SIMULADOR DE CLP COMO UM COMPILADOR FELIPE NUNES, MARCELO DA S. HOUNSELL, ROBERTO S. U. ROSSO JR. LAboratory for Research on Visual Applications (LARVA), Depto. De Ciência da Computação (DCC), Universidade do Estado de Santa Catarina (UDESC). Rua Paulo Malschitzki, S/N - Campus Universitário Prof. Avelino Marcante - Bairro Zona Industrial Norte Joinville-SC - Brasil. CEP s: fnunes14@hotmail.com,{marcelo,rosso}@joinville.udesc.br Abstract - The Programmable Logic Controller (PLC) is an equipment broadly used for factory floor automation. Most simulators are proprietary solutions and allow the control logic to be defined using the IEC standard. This standard was used to develop an open source freeware simulator, called PLC4u, implemented in Java that interprets "Instructions List" which is the text version of Ladder language (programming via visual interface). PLC4u allows cycle-by-cycle and multiple entries to be simulated and visualized using a separate but compatible module, called I / O. The PLC4u and I / O modules allow a control logic to be tested in lexical, syntactic (thanks to the use of a parser generator) and semantic (through the display of events generated) levels. This paper describes the advantages PLC4u and its development. The PLC4u can be used as an aid for teaching PLC programming. Keywords - PLC, IEC , Simulator, Compiler. Resumo - O Controlador Lógico Programável (CLP) é um equipamento largamente utilizado na automação do chão de fabrica. A maioria dos simuladores existentes são soluções proprietárias e permitem a lógica de controle a ser definida usando a norma IEC E com isso foi desenvolvido um simulador de código aberto freeware chamado PLC4u, implementado na linguagem Java, usado para interpretar uma Instructions List que é a versão textual da linguagem Ladder (programação via interface visual). O PLC4u permite a simulação ciclo-a-ciclo e múltiplas entradas a serem simuladas e visualizadas através de um módulo desacoplado, mas compatível chamado Módulo I/O. O PLC4u e o Módulo I/O, permitem que um programa de controle seja testado em nível léxico, sintático (graças ao uso de um gerador de parser) e semântico (graças a visualização dos eventos gerados). O PLC4u pode ser usado como um recurso auxiliar para ensino de programação de CLPs. Este texto descreve o PLC4u, suas vantagens e desenvolvimento. Palavras-chave - CLP, Norma IEC , Simulador, Compilador. 1 Introdução As indústrias de bens de produção e de bens de consumo são caracterizadas pelo crescente nível de automação e utilização de máquinas, sendo gerenciados pelos Controladores Lógicos Programáveis (CLP), cuja programação controla as ações que devem ocorrer em nível de chão de fábrica (PLCMANUAL, 2011). Segundo a definição NEMA ICS (2011), o CLP é um aparelho eletrônico digital que utiliza uma memória programável para o armazenamento interno de instruções para implementações específicas, tais como lógica, sequenciamento, temporização, contagem e aritmética, para controlar através de módulos de entradas e saídas, vários tipos de máquinas ou processos. Foi criada a norma IEC 61131, com o intuito de padronizar a linguagem de programação do CLP e promover sua portabilidade. Todavia, apesar do CLP ter normas, estas deixam margens para que os fabricantes as interpretem e/ou a implementem de formas diferentes, implicando na incompatibilidade entre os CLP s (FONSECA, 2007). Estudar todas as variantes de linguagens de CLP em cada um dos equipamentos tem um custo (tendo em vista o seu preço) que pode oscilar muito dependendo da variedade e quantidade de tipos de entradas/saídas, número de pontos de entrada/saída, velocidade e características do processador do CLP. O uso de simuladores possui um custo menor que os equipamentos físicos, não tem custo de manutenção e têm boa interatividade. Entretanto, existem muitos fabricantes de CLPs e muita variação nas características das linguagens (apesar de existir uma norma para isso) o que requereria grande flexibilidade dos simuladores para que estas variantes fossem acomodadas. Mas isso não é o que se verifica. É neste sentido que foi desenvolvido um simulador de CLP denominado PLC4u (Programmable Logic Controller for you), que simula conceitos básicos de um CLP físico, utilizando um gerador de compilador, (tecnologia que permite analisar diversas gramáticas de linguagens, desde que previamente definidas) e portanto, permite acomodar uma grande variedade de linguagens textuais. Na seção 2 serão apresentados o CLP e sua forma programação. Na seção 3 serão apresentados alguns simuladores existentes e suas características. Na seção 4 serão apresentados a tecnologias que viabilizaram este projeto, em especial o gerador de compilador. Na seção 5 será apresentado o simulador que foi implementado com a forma de implantar as limitações identificadas. Na seção 6, o simulador é colocado em teste para verificar se 3945

2 realmente se comporta como o equipamento real e, finalmente, a seção 7 conclui este texto, 2 Estruturas Básicas do CLP O CLP possui como componentes integrantes o processador, interfaces de entrada/saída, memória, barramento, terminal de programação e fonte de alimentação, (ver Figura 1), sendo esses os elementos básicos de um CLP, independente da sua complexidade ou tamanho (BOLTON, 2006). O CLP realiza a leitura dos sinais de entrada. Esses sinais enviam informações sobre as condições e estados dos dispositivos (como por exemplo, os sensores). As informações recebidas são armazenadas em uma memória e, em seguida, são tratadas de acordo com a programação inserida no CLP. Diagram ou Diagrama Ladder; FBD - Function Block Diagram ou Diagrama de blocos de funções; IL - Instructions List ou Lista de Instruções; ST - Structured Text ou Texto Estruturado, e; SFC Sequential Function Chart ou Diagramas de Funções Sequenciais. 2.1 Diagrama Ladder A linguagem de Diagrama Ladder, ou diagrama de relés, é uma linguagem gráfica muito utilizada devido ao fácil aprendizado, por usar esquemas elétricos conforme demonstrado na Figura 2. O Diagrama Ladder possui duas barras de energização que alimentam os contatos e as bobinas de ligações. A execução da programação se faz sempre da esquerda para direita, de cima para baixo, partindo da barra de energização, para direita (IEC, 2003). Figura 1: Componentes de um CLP. Após o processamento, o CLP atualiza suas saídas, com a finalidade de controlar equipamentos que estão conectados a ele, realizando assim a lógica de controle, garantindo desta maneira o ciclo de varredura, controlando um sistema automatizado. A varredura das entradas do CLP, normalmente demanda cerca de 2 milissegundos e o tempo de processamento das instruções depende da quantidade de passos do programa, que pode demandar de 1 a 80 ms em alguns modelos. Já o tempo da escrita das saídas do CLP é em torno de 3 milissegundos (BOLTON, 2006). Por mais que um CLP possa parecer com um computador ele tem comportamento muito particular em função de sua arquitetura: As entradas são avaliadas (lidas) periodicamente e seus valores são usados na lógica de controle programada que é executada sequencialmente, alterando valores de saída e/ou de estados de memória interna. Estes valores podem ser usados imediatamente em seguida a sua alteração. Mas uma sequencia rígida do programa tem que ser seguida. Somente ao final de toda a execução do programa é que as variáveis de saída alteram o seu estado elétrico dos bornes de saída. As entradas, portanto não geram uma resposta imediata na execução do programa do CLP, assim como as saídas não são usados imediatamente nas saídas. Todas estas características conferem um modo de funcionamento diferenciado ao CLP em relação a uma CLP convencional. A norma IEC visa unificar as linguagens de programação entre diferentes CLP s, sendo um padrão internacional. Como tal, especifica a sintaxe, semântica, utilizada nas linguagens de programação do CLP. Essas linguagens são: LD - Ladder Figura 2: Exemplo da linguagem Ladder Adaptado da (IEC, 2003). Na Figura 2, a bobina C só será energizada, quando um dos contatos A ou B estiver ligado, ou seja, tiverem valor lógico 1. O Ladder utiliza os operadores booleanos AND, OR e NOT, NAND (NOT AND), NOR (NOT OR) e XOR (exclusive OR) (IEC, 2003). 2.2 Lista de Instruções A linguagem denominada Lista de Instruções (IL) é uma linguagem textual de baixo nível constituída por instruções semelhante à linguagem assembly, conforme mostra a Tabela 1. Cada instrução começa em uma linha e conterá um operador com modificadores (IEC, 2003). Tabela 1: Operadores da Lista de Instruções Fonte: (IEC, 2003). 3946

3 A IL é executada com maior rapidez no CLP, do que o Ladder. Ela é também mais compacta e consumirá um espaço menor da memória do CLP e é menos visual que o Ladder e isso faz com que seja mais difícil adquirir um senso do programa que está sendo executado e quais erros estão ocorrendo (IEC, 2003). A Figura 3 mostra o equivalente da linguagem Ladder da Figura 2, porém escrito em Lista de Instruções (IL). Esta linguagem de programação resulta em algumas linhas de código, com cada linha representando exatamente uma operação. de entradas e saídas e utiliza a linguagem Ladder (ver Figura 6). Figura 3: Programação em Lista de instruções. 3 Análise de Simuladores de CLP Existem vários simuladores de CLP, alguns dos quais são analisados a seguir: O simulador de CLP Trilogi (TRIANGLE, 2011) é um software desenvolvido na linguagem Java. Utiliza linguagem Ladder em sua programação, como mostra a Figura 4, sendo esta programação e verifica a procura de erros antes de sua execução. Caso um erro seja encontrado este será realçado e a sua localização será informada. Figura 6: simulador CLIC (WEG, 2011). Após inserir a lógica programação no CLP, deve verificar-se o seu status no modo de operação. Na Figura 7, ao selecionar o modo RUN, o simulador inicia seu processo de simulação, destacando as cores de entrada e saída, quando elas são ativadas. A interface mostrada na Figura 7 é uma replica da interface do CLP real denominado CLIC. Figura 4: Simulador Trilogi (TRIANGLE, 2011). O Trilogi possui uma tela que simula as 256 interfaces de entrada e saída como mostra a Figura 5, porém, o Trilogi não possui nenhuma planta virtual para ser utilizada em sua simulação. Figura 5: Interface de simulação (TRIANGLE, 2011). O CLIC é um simulador de CLP da WEG Automação (WEG, 2011). Possui de 10 a 20 pontos Figura 7: CLIC no modo RUN (WEG, 2011). Este simulador tem o monitoramento dos parâmetros do programa on-line, permitindo simular seu funcionamento off-line, inclusive sinais analógicos, sendo possível visualizar o processo de simulação mostrando suas entradas e saídas e seu atual estado, mas não apresenta nenhuma célula virtual associada à sua visualização. Existem simuladores ( que facilitam a edição de programas de CLP sendo abertos e gratuitos mas, usam FB (IEC 61499), ao invés de LD ou IL, não tem sido atualizado recentemente e não tem recursos de simulação gráfica. Também existem simuladores ( com editor gráfico de LD com vários recursos implementados e um simulador gráfico de algumas tarefas para automação, permite acoplar uma placa para conectar com dispositivos externos mas, as tarefas são prédeterminadas num total de 8, a apresentação das 3947

4 tarefas são todas em 2D e o código é fechado, pago e com hardlock. Nos simuladores apresentados algumas características se destacam como o fato de que há uma clara preferência pelo uso de Diagrama Ladder, mesmo que isto seja de fato, armazenado de forma textual; as formas de apresentação das saídas são graficamente simples e; a simulação se restringe a possibilidade do usuário atuar em determinadas entradas individuais e verificar o resultado na saída, e; as formas de visualização estão integradas ao simulador. O simulador CLP4u, que será detalhado adiante, resolve estas limitações. 4 O Processo de Compilação Nesse projeto foi implementada a parte da Lista de Instruções (IL) (ver tabela 1), referente aos operadores booleanos e foram deixados de lado os operadores aritméticos, pois se utilizam apenas sinais digitais (ligar/desligar). A interpretação da IL, foi feita, com o auxilio da ferramenta JavaCC (Java Compiler Compiler), seguindo a estrutura da linguagem IL, que se organiza da seguinte forma: Cada instrução (instrução = operador + operando) ocupa uma linha; Cada instrução usa ou muda o valor de um único registrador denominado registro de resultado ou acumulador. O JavaCC é uma ferramenta que lê uma especificação formal de gramática através de uma especificação Backus-Naur Form (BNF), que é usada para expressar gramáticas livres de contexto: isto é, um modo formal de descrever linguagens formais (DELAMARO, 2004). Essa BNF é convertida em um programa Java que reconhece a gramática. Isto é um diferencial, pois facilita a mudança da linguagem de programação para qualquer fabricante de CLP, sendo necessária apenas a alteração da especificação. 4.1 Compiladores e Interpretadores Um compilador é um programa que traduz um código-fonte descrito em outra linguagem de alto nível para um equivalente em baixo nível (código de máquina), para que este possa ser executado por um processador (DELAMARO, 2004). O processo de compilação pode ser divido nas seguintes partes: Análise: decompõe o código-fonte em suas partes básicas. Essa fase pode ser subdividida nas seguintes partes: o Análise léxica: recebe como entrada o próprio código-fonte e o lê linearmente, fazendo a identificação dos elementos mais básicos (tokens), como nomes de variáveis, constantes, etc; o Análise sintática: recebe o conjunto de tokens gerado pelo analisador léxico, agrupando-os de maneira hierárquica, resultando em uma árvore sintática para identificar, por exemplo, se a sequencia está correta; o Análise semântica: recebe a árvore sintática gerada pelo analisador sintático, e faz a verificação do significado do códigofonte. O resultado deste processo é um código intermediário. Síntese: utiliza o resultado das análises para gerar o código objeto. A síntese pode ser dividida da seguinte forma: o Geração de código: onde o código intermediário gera um código de máquina; o Otimização de código: recebe o código de máquina e faz otimizações nesse código para torná-lo mais eficiente. O interpretador ao contrário do compilador executa o código-fonte e o converte em um código executável, onde traduz linha a linha um programa e o converte à medida que vai sendo executado. Cada vez que um programa for executado ele precisa ser interpretado (DELAMARO, 2004). O interpretador realiza uma análise sintática e semântica do programa, e se não houver nenhum erro nestas analises, o programa poderá ser executado. Essa forma de execução tem a vantagem de permitir realizar correções e alterações mais facilmente, e consome menos memória do computador, porém a execução do programa é mais lenta se comparado com um compilado (DELAMARO, 2004). 4.2 JavaCC (Java Compiler Compiler) O JavaCC é um gerador de analisador sintático (parser) de uma gramática a partir de um BNF, que a partir de sua descrição gera programa em Java. Todavia, o JavaCC gera analisadores sintáticos descendentes, chamado top-down (analisando um código fonte de "cima para baixo", de acordo com a ordem que os códigos vão aparecendo) onde é construída uma árvore de derivação sintática em préordem (da esquerda para a direita) para a sentença em questão (DELAMARO, 2004). Para geração do analisador é necessário criar um arquivo com extensão.jj. Dentro de um mesmo arquivo é permitido definir o Analisador Léxico e o Sintático, e ainda a construção da árvore sintática (DELAMARO, 2004). No arquivo.jj, deve ser definida uma classe parser entre os marcadores PARSER_BEGIN e PARSER_END, especificando um token (conjunto de caracteres de um alfabeto, por exemplo) com um significado coletivo que pode ser manipulado por um PARSER. Nessa parte se faz necessário nomear a 3948

5 classe que irá abrigar o analisador sintático, como por exemplo, um PARSER_BEGIN (simulador), como mostra a Listagem 1. Listagem 1: Nomeação PARSER. Essa nomeação dá origem a uma classe simulador, que será a classe do analisador sintático, e um arquivo simulador.java que contém essa classe, e ainda é criada a classe simuladortokenmanager.java responsável por administrar os tokens que a linguagem contém. Em seguida, o próximo passo na construção do arquivo.jj, é indicar ao JavaCC, quais caracteres do código-fone devem ser ignorados. Esses caracteres são definidos no skip, como mostrado na Listagem 2. 5 PLC4u: Um Simulador de CLP para você 5.1 Arquitetura do PLC4u A arquitetura do PLC4u foi implementada em módulos, como mostrado na Figura 8, constituído pelo módulo Lógico, como mostrado no destaque A, cuja interface é feita por arquivos texto mostrados no destaque B e também, pelo módulo I/O como mostrado no destaque C responsável por visualizar entrada e saída. Listagem 2: skip - Caracteres que devem ser ignorados. Após definido os skip, será necessário estabelecer as palavras reservadas, ou seja, o conjunto de tokens, que será utilizado para definir quais as cadeias a serem reconhecidas e quais os tipos de tokens que elas correspondem. Quando o JavaCC faz a análise léxica e reconhece os tokens na ordem que forem estruturados no arquivo.jj, a primeira situação que for compatível será utilizada na interpretação. Quando há associação de uma cadeia de entrada com um dos tokens definidos, o analisador léxico reconhece a cadeia e produz um arquivo Token.java. Também, uma classe em Java chamada TokenMsgError é criada para tratar os erros léxicos que por ventura ocorram. O arquivo de extensão.jj criado, contém toda a descrição dos tokens a serem reconhecidos pelo simulador que segue a estrutura da IL. Esse arquivo é analisado pelo JavaCC e ao término são geradas classes Java, responsáveis por ler a lógica de programação e fazer seu tratamento léxico e sintático da IL, gerando assim um interpretador. Essa lógica é tratada junto com os sinais de entrada do PLC4u, onde ao final do ciclo de processamento geram os sinais de saída, gerando então o simulador. Resumindo, o arquivo.jj contém toda a especificação para fazer a análise léxica e sintática de uma lógica descrita em IL que é analisada e gera um programa em Java que efetivamente é um interpretador cuja execução leva ao simulador CLP4u Figura 8: Arquitetura do PLC4u. O módulo Lógico fica responsável por fazer o tratamento da IL iniciando o ciclo de processamento, e o módulo I/O é responsável por visualizar os sinais de entrada e saída utilizados pelo CLP. Fazendo uso de conceito de modularização, o PLC4u destaca-se por possuir as seguintes vantagens (SAID, 2007): Cada módulo está separado no sistema, realizando funções completas e independentes de outros módulos; Facilita a implementação, testes e o tratamento de erros; Viabiliza o acréscimo de novas funcionalidades; Reduz a complexidade do sistema, dividindo-o em partes mais simples; Possibilita a reutilização de código. 3949

6 5.2 Módulo Lógico O módulo Lógico se refere a parte onde será tratada a lógica utilizada no controle da célula fabril. Nesse módulo apenas as instruções booleanas, listadas na Tabela 1, passarão pelo processo de tratamento léxico e sintático. Caso as instruções não possuam nenhum erro léxico nem sintático, inicia-se o ciclo de processamento, onde são lidas as entradas, que são processadas junto com as instruções, e por fim resultando nas saídas. O módulo Lógico está divido em duas partes como mostrado na Figura 9: uma responsável por interpretar a programação do CLP como mostrado no destaque A, e a outra responsável pelo controle do CLP e pelo ciclo de processamento, como mostrado no destaque B. Ao iniciar o processo de simulação, deve-se entrar com uma programação utilizando a IL no editor de texto, e em seguida acionar o botão play na interface do PLC4u. O botão play, faz o PLC4u enviar o programa ao interpretador para serem feitos os tratamentos léxico e sintático. Sendo feito ainda o tratamento dos arquivos de entrada e saída que representam os sinais digitais. Esse tratamento dos arquivos de entrada e saída se faz necessário como forma de padronizar os arquivos utilizados na simulação. A interface do PLC4u possui as funcionalidades listadas a seguir conforme os botões que aparecem na parte superior da tela aparecem da esquerda para a direita: Abrir uma programação em IL; Salvar a IL inserida na textarea; Iniciar o processo de simulação, onde é feita a análise léxica e sintática, das instruções; Pausar o processo de simulação; Executar ciclo a ciclo, utilizado na visualização do processo de simulação um ciclo por vez. Esta forma de visualização ajuda detectar erros na lógica programação; Abrir a interface do Módulo I/O, lembrando que para cada módulo existe um executável.jar separado. Estabelecer intervalo de processamento (o default é 200 milissegundos) que é o tempo é satisfatório para visualizar a modificação dos sinais digitais nas portas de entrada e saída do simulador. Ao iniciar o processo de simulação é feita uma análise da IL e se houver um erro nesta analise, irá aparecer uma mensagem de erro na textarea abaixo do editor e em seguida é encerrando a simulação. Isso porque a string ANDE não é um operador da IL. Nessa tela de mensagem irá aparecer a linha e a coluna em que ocorreu o erro. O usuário poderá identificá-lo seguindo a numeração de borda contida na tela de instruções. Mostra ainda quais as possíveis instruções que o CLP estava esperando. Para dar continuidade na simulação, basta clicar no botão stop, corrigir o erro apresentado, e clicar novamente no botão play. 5.4 Módulo I/O Figura 9: Estrutura do Módulo Lógico. Após o tratamento, e se não houver nenhum erro, inicia-se o ciclo de processamento do CLP: os sinais contidos nos arquivos de entrada (rever destaque B na Figura 8) simulam os sinais aplicados às entradas de um CLP físico e a cada ciclo (varredura) todos esses sinais são lidos. Ao término do ciclo de varredura, os resultados são transferidos para um arquivo de saída simulando desta maneira, a atribuição dos sinais aos terminais de saída de um CLP físico. 5.3 Tela/Interface A interface do simulador PLC4u, foi implementada de modo a facilitar sua usabilidade, como mostrado no destaque A da Figura 8. O Módulo de I/O é responsável pela visualização dos sinais manipulados pelo Módulo Lógico que simula o CLP. Porém, é independente deles para o seu funcionamento. Este módulo além de visualizar os sinais de entrada e saída, permite alterar os sinais de cada porta de entrada do CLP. A tela mostrada no destaque C da Figura 8 é utilizada para leitura e escrita dos sinais de entrada, e apenas para leitura dos sinais de saída. Para alterar o nível lógico de uma entrada, basta acionar o radio button Input respectivo. Estes sinais são guardados em arquivos em formato.txt, como mostrado no destaque B da Figura 8. O arquivo de entrada (IN.txt) vai ser processado pelo simulador, junto com as instruções de programação do CLP e em seguida escreve em um arquivo de saída (OUT.txt) o nível lógico resultante da programação do simulador (lembrando que ao iniciar o CLP, todas as saídas são atribuídas com nível lógico 0). 3950

7 Esses formatos de arquivo são fixos/obrigatórios, pois também passarão por processos de tratamentos léxico e sintático, e se estes arquivos estiverem em um formato diferente, não serão reconhecidos pelo Módulo Lógico e nem pelo Módulo I/O. As verificações dos arquivos de entrada e saída são realizadas em um intervalo de tempo, definido na tela da janela I/O. Por default, essa verificação é realizada em 200 milissegundos, porém poderá ser alterada pelo usuário, entrando com um novo valor de tempo no campo intervals. O usuário pode ainda selecionar individualmente uma entrada por vez clicando no radio button especifico, ou um grupo de entradas, mas para isso precisa selecionar o radio button Hold Input, selecionar as entradas que desejar e em seguida clicar novamente no radio button Hold Input, para dar continuidade à simulação. Essa funcionalidade facilita a visualização de saída em diferentes combinações de entrada. Como o ciclo de processamento do CLP implementado, trabalha na casa dos milissegundos, se torna quase impossível o usuário que queira entrar com grupo de entradas ao mesmo tempo, pois parte das entradas seriam processadas pelo CLP em um ciclo, e a outra parte das entradas em outro ciclo, a menos que coloque no CLP, um ciclo de varredura muito grande, lembrando que o simulador tem que ler todas as entradas, atualizar o mapa de memória das entradas, executar o programa, atualizar o mapa de memória das saídas e por fim atualizar as saídas. 6 Testes e Resultados Foram implementadas cerca de 50% das instruções da linguagem de programação que está na Tabela 1, tendo em vista, que não foram utilizados os operadores aritméticos, uma vez que as variáveis em uso são digitais. O simulador de CLP implementado faz uso de 10 entradas e 10 saídas e variáveis auxiliares, que poderão ser utilizadas juntas com as instruções de programação do CLP. Porém, este número de entradas e saídas é facilmente extensível, basta alterar o PARSER que trata das entradas e saídas no arquivo de definição da linguagem e recompilar. Com a possibilidade de alterar o tempo do ciclo de varredura e atualização do Módulo I/O é possível simular problemas de falta de sincronismo entre planta e CLP, o que pode ocorrer com processos muito rápidos ou CLPs muito simples. O primeiro teste realizado foi utilizando parênteses, fazendo uso de uma porta ANDN, como mostra a Figura 10, onde foi mostrada a programação em DL do lado esquerdo e a mesma em IL do lado direito. O PLC4u permite quantos níveis de aninhamento o usuário quiser e o uso de todos os operadores booleanos. Figura 10: Teste utilizando a porta ANDN e parênteses. O segundo teste foi o de Contato Selo (JACK, 2011), exemplificado na Figura 11, uma situação bastante usual na prática. Como se pode observar, a entrada I1 dá condição ligar a saída Q5. Nesse caso, Q5 só depende de I0 para ligar. Observe que em paralelo com I0 existe o contato do próprio Q5, fazendo a função de selo, que mesmo que I0 fique aberto, o selo manterá a saída Q5 ligada, mantendo assim a saída do CLP também ligada. Figura 11: Teste de Contato Selo. Observe que o contato I1 está dando condição de ligar Q5 e quando tiver alterado esse contato perderá essa condição, interrompendo a ligação de Q5 que se desliga, perdendo também a condição de contato selo, voltando em seu estado normal aberto. O PLC4u executou corretamente esta situação. O terceiro teste realizado utilizou-se sub-rotinas, que servem para armazenar seções da lógica do programa que devem ser executadas a partir de diversos pontos dentro de um projeto, como mostra a Figura 12, onde dentro de um programa principal foram feitas as chamadas das sub-rotinas. Subrotinas são pequenos programas dentro de programas maiores, cuja finalidade é simplificar a resolução de problemas, dividindo-os em partes menores. O PLC4u permite a criação de quantas sub-rotinas o programa quiser. Figura 12: Chamadas de sub-rotinas. Isso possibilita utilizar essas mesmas sub-rotinas em outros programas. Para fazer as chamadas das sub- 3951

8 rotinas é usada a função CALL seguida do nome, permitindo o desvio do fluxo normal do programa para execução das instruções contidas no arquivo. Quando a sub-rotina encontra o token RET, retorna ao ponto de interrupção no programa inicial. O PLC4u é de código aberto e livre e está disponível em www2.joinville.udesc.br/~larva/plc4u/plc4u.php, onde poderá ser feito download e obter informações necessárias para executar o simulador. 7 Conclusão Neste trabalho foi realizado um levantamento de simuladores de CLP, onde foi possível identificar lacunas como: Falta de simuladores de código aberto e gratuito; Ausência de implementação formal e flexível (compilador), necessária devido a variedades de linguagens/fabricantes; Necessidade de ferramenta de auxílio na aprendizagem (educação e/ou treinamento) sobre CLP. Então, foi usada a ferramenta JavaCC, que permite a reutilização das classes construídas e que simplifica futuras adaptações, nomeadamente a adição de novas instruções ou até mesmo a implementação de outra linguagem de programação de CLP bastando para tal alterar o arquivo de definição da linguagem (arquivo.jj) e recompilar. A implementação usou como base a norma IEC , de modo a simular algumas características e conceitos fundamentais dos CLPs, visto que o simulador executa operações lógicas para o controle de um sistema de automação. As principais características do PLC4u são: O desenvolvimento do simulador como um interpretador permite que extensões ou outras linguagens possam ser feitas de forma mais facilitada; A interface do PLC4u dispõe de vários controles que permitem a execução de programas de controle de forma a facilitar o desenvolvimento e aprendizagem; Possui a função ciclo a ciclo, que permite a visualização da execução/teste da Lista de Instruções (IL), desta forma podendo detectar erros na lógica programação; O Módulo I/O permite que, independente do tempo do ciclo, possam ser gerados mais de um evento/sinal ao mesmo tempo, além da visualização do estado de todos os sinais/testes. economia de tempo e dinheiro, pois não é preciso ter laboratórios com equipamentos físicos. Agradecimentos Os autores gostariam de agradecer aos professores Nazareno de O. Pacheco e André B. Leal, pelas sugestões e contribuições sobre o funcionamento de um Controlador Lógico Programável. Referências BOLTON, W. Programmable Logic Controllers. Burlington, MA: Elsevier, 4ªed. p.p DELAMARO, M. E. Como Construir um Compilador Utilizando Ferramentas Java. São Paulo: Novatec, FONSECA, M. O.; SEIXAS, C. F.; BOTTURA, J. A. F.. Padrão de CLPs através da IEC Revista Mecatrônica Atual, IEC: International Electrotechnical Commission. International standard IEC , Programmable Controllers, Part 3: Programming Languages. Geneva, second edition, JACK, H. Automating Manufacturing Systems with PLCs. WebBook. Version 4.7, p.p Disponível em: acessado em: 19 nov KARL, H. J.; TIEGELKAMP, M.. IEC : Programming Industrial Automation Systems NATIONAL ELECTRICAL MANUFACTURERS ASSOCIATION. NEMA ICS Disponível em: < acessado em: 19 nov PLCMANUAL. PLC History. Disponível em: < acessado em: 19 nov SAID, R. Curso de Lógica de Programação. Editora Digerati TRIANGLE RESEARCH INTERNATIONAL. Trilogi. Disponível em: < acessado em: 19 de nov WEG. Clic WEG. Disponível em: < acessado em: 19 nov Sendo assim, a principal vantagem ao utilizar o PLC4u, é permitir errar ao aprender sem sofrer as consequências danosas de um erro real, podendo ser utilizado não apenas para treinamento, mas também para o ensino técnico. Lembrando ainda que leva à 3952