CLP- CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER

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1 CLP- CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER Resumo: Este artigo tem por objetivo descrever funcionalidade do CLP (Controlador Lógico Programável.) um dispositivo eletrônico digital. Palavra - Chave: Controlador Lógico Programável Abstract: The objective of this article is to describe functionality of CLP (programmable logic controller.) an electronic device. Keyword: programmable logic controller. Autora: Marilourdes da Silva Mello

2 INTRODUÇÃO Globalização versos Tecnologia, Industrialização versos Produção em grande escala; estes são os fatores que levaram a necessidade de desenvolver um dispositivo que substituísse os painéis de controle a reles e que fosse possível alterar uma produção sem ter que refazer toda a lógica dos reles, e contadores. Assim sendo, foi desenvolvido um sistema que desenvolvesse tais funções, e que desde então, ganha mais funções e aplicações, e que hoje é conhecido como controlador lógico programável (CLP). O dispositivo mais utilizado que tornou possível este tipo de sistema foi o CLP. O CLP surgiu na década de 60, e ainda existem muitas empresas do ramo da indústria, que envolve a automação, que possuem poucas experiências com eles. A grande vantagem desse dispositivo esta na possibilidade de reprogramação, sem necessidade de realizar modificações de hardware. Mais o que impulsionou a saída da automação das indústrias, para os prédios e residências, foi à popularização e o desenvolvimento dos computadores pessoais. De fato, atualmente o que se busca é a conectividade entre os diversos dispositivos, que integram um sistema automatizado e os computadores pessoais. FUNCIONALIDADE DO CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL. Controlador Lógico Programável ou Controlador Programável, conhecido também por suas siglas CLP ou CP e pela sigla de expressão inglesa PLC (Programmable Logic Controller), é um computador especializado, baseado num microprocessador que desempenha funções de controle - controle de diversos tipos e níveis de complexidade. Geralmente as famílias de Controladores Lógicos Programáveis são definidas pela capacidade de processamento de um determinado numero de pontos de Entradas e/ou Saídas (E/S). Controlador Lógico Programável é um equipamento eletrônico digital com hardware e software compatíveis com aplicações industriais. Segundo a NEMA (National Electrical Manufacturers Association), é um aparelho eletrônico digital que utiliza uma memória programável para armazenar internamente instruções e para implementar funções específicas, tais como lógica, seqüenciamento, temporização, contagem e aritmética, controlando, por meio de módulos de entradas e saídas, vários tipos de máquinas ou processos. Segundo MORAES e CASTRUCCI (p.31, 2001), é responsável pela execução do programa do usuário, atualização da memória de dados e memória de imagem. I/O(módulos de entrada e saídas), onde se comunica com os sensores e contadores. Interface Homem Maquina (IHM), Memória (para armazenamento de dados).clp é o controlador indicado para lidar com sistemas caracterizados por eventos discretos (SEDs), ou seja, com processos em que as variáveis assumem valores zero ou um (ou variáveis ditas digitais, ou seja, que só assumem valores dentro de um conjunto finito). Podem ainda lidar com variáveis analógicas definidas por intervalos de valores de corrente ou tensão elétrica. As entradas e/ou saídas digitais são os elementos discretos, as entradas e/ou saídas analógicas são os elementos variáveis entre valores conhecidos de tensão ou corrente.os CLP's estão muito difundidos nas áreas de controle de processos ou de automação industrial. No primeiro caso a aplicação se dá nas industrias do tipo contínuo, produtoras de líquidos, materiais gasosos e outros produtos, no outro caso a aplicação se dá nas áreas relacionadas com a produção em linhas de montagem, por exemplo na indústria do automóvel.num sistema típico, toda a informação dos sensores é concentrada no controlador (CLP) que de acordo com o programa em memória define o estado dos pontos de saída conectados a atuadores.os CLPs tem capacidade de comunicação de dados via canais seriais. Com isto podem ser supervisionados por computadores formando sistemas de controle integrados. Softwares de supervisão controlam redes de Controladores Lógicos Programáveis.Os canais de comunicação nos CLP s permitem conectar à interface de operação (IHM), computadores, outros CLP s e até mesmo com unidades de entradas e saídas remotas. Cada fabricante estabelece um protocolo para fazer com seus equipamentos troquem informações entre si. Os protocolos mais comuns são Modbus (Modicon - Schneider Eletric), Profibus (Siemens), Unitelway (Telemecanique - Schneider Eletric) e DeviceNet (Allen Bradley), entre muitos outros.redes de campo abertas como PROFIBUS-DP são de uso muito comum com CLPs permitindo aplicações complexas na indústria automobilística, siderurgica, de papel e celulose, e outras.o CLP foi idealizado pela necessidade de poder se alterar uma linha de montagem sem que tenha de fazer grandes modificações mecânicas e elétricas.o CLP nasceu praticamente dentro da industria automobilística, especificamente na Hydronic Division da

3 General Motors, em 1968, sob o comando do engenheiro Richard Morley e seguindo uma especificação que refletia as necessidades de muitas indústrias manufatureiras.a idéia inicial do CLP foi de um equipamento com as seguintes características resumidas: Facilidade de programação, Facilidade de manutenção com conceito plug-in, Alta confiabilidade, Dimensões menores que painéis de Relês, para redução de custos, Envio de dados para processamento centralizado, Preço competitivo, Expansão em módulos;mínimo de 4000 palavras na memória.podemos didaticamente dividir os CLP's historicamente de acordo com o sistema de programação por ele utilizado: 1ª Geração: Os CLP's de primeira geração se caracterizam pela programação intimamente ligada ao hardware do equipamento. A linguagem utilizada era o Assembly que variava de acordo com o processador utilizado no projeto do CLP, ou seja, para poder programar era necessário conhecer a eletrônica do projeto do CLP. Assim a tarefa de programação era desenvolvida por uma equipe técnica altamente qualificada, gravando-se o programa em memória EPROM, sendo realizada normalmente no laboratório junto com a construção do CLP. 2ª Geração: Aparecem as primeiras Linguagens de Programação não tão dependentes do hardware do equipamento, possíveis pela inclusão de um Programa Monitor no CLP, o qual converte (no jargão técnico, compila ), as instruções do programa, verifica o estado das entradas, compara com as instruções do programa do usuário e altera o estados das saídas. Os Terminais de Programação (ou maletas, como eram conhecidas) eram na verdade Programadores de Memória EPROM. As memórias depois de programadas eram colocadas no CLP para que o programa do usuário fosse executado. 3ª Geração: Os CLP's passam a ter uma Entrada de Programação, onde um Teclado ou Programador Portátil é conectado, podendo alterar, apagar, gravar o programa do usuário, além de realizar testes (Debug) no equipamento e no programa. A estrutura física também sofre alterações sendo a tendência para os Sistemas Modulares com Bastidores ou Racks.4ª Geração: Com a popularização e a diminuição dos preços dos microcomputadores (normalmente clones do IBM PC), os CLP's passaram a incluir uma entrada para a comunicação serial. Com o auxílio dos microcomputadores a tarefa de programação passou a ser realizada nestes. As vantagens eram a utilização de várias representações das linguagens, possibilidade de simulações e testes, treinamento e ajuda por parte do software de programação, possibilidade de armazenamento de vários programas no micro, etc.5ª Geração: Atualmente existe uma preocupação em padronizar protocolos de comunicação para os CLP's, de modo a proporcionar que o equipamento de um fabricante converse com o equipamento outro fabricante, não só CLP's, como Controladores de Processos, Sistemas Supervisórios, Redes Internas de Comunicação e etc., proporcionando uma integração a fim de facilitar a automação, gerenciamento e desenvolvimento de plantas industriais mais flexíveis e normalizadas, fruto da chamada Globalização. Existem Fundações Mundiais para o estabelecimento de normas e protocolos de comunicação. A grande dificuldade tem sido uma padronização por parte dos fabricantes.com o avanço da tecnologia e consolidação da aplicação dos CLPs no controle de sistemas automatizados, é frequente o desenvolvimento de novos recursos dos mesmos.o CLP monitora o estado das entradas e saídas, em resposta às instruções programadas na memória do usuário, e energiza ou desenergiza as saídas, dependendo do resultado lógico conseguido através das instruções de programa. O programa é uma seqüência de instruções a serem executadas pelo CLP para executar um processo. A tarefa do CLP é ler, de forma cíclica, as instruções contidas neste programa, interpreta-las e processar as operações correspondentes. Um CLP deve realizar basicamente as seguintes funções: a) Processamento do programa e b) Varredura das entradas e saídas. Os principais pontos de aplicações dos CLP s são: a) Máquinas: Máquinas operatrizes, máquinas têxteis, máquinas para fundição, máquinas para indústria de alimentos, etc. Indústria: Mineração, siderúrgicas, aciarias, laminadoras, etc. O HOMEM X A MÁQUINA Na automação industrial, as máquinas substituem tarefas tipicamente mentais, tais como memorizações, cálculos e supervisões. Os CLP s dominam os dispositivos pneumáticos, hidráulicos, mecânicos e eletroeletrônicos. Os CLP s substituem a ação do homem como sistema de controle, e podem controlar grandezas tais como vazão, temperatura, pressão, nível, velocidade, torque, densidade, rotação, voltagem e corrente elétrica, ou seja, as variáveis de controle de um processo industrial. O primeiro projeto de CLP foi desenvolvido pela General Motors para substituírem os sistemas de relés e reduzir os custos de modificações e sucateamento dos controladores

4 das linhas de produção, devido a alteração nos modelos de carros (1968). Sendo os primeiros CLP s fabricados para a indústria automobilística com total equivalência da lógica a relés (1969). Já em 1971 surgem os primeiros CLP s controladores de outros processos. Em 1973 os CLP s começam a ficar inteligentes e ter processamento aritmético, controle de impressora, transferência de dados e operações matriciais. No mesmo ano de 1973, é introduzido os controles de PID s analógicos, permitindo a sua difusão para áreas de fornos, controles hidráulicos e pneumáticos. Em 1976 inicia-se a utilização de CLP s em configurações hierárquicas, integrando todo o sistema de fabricação. Em 1977 começa a diminuir o tamanho físico dos CLP s com novas e modernas técnicas de microprocessamento. Em 1978 começa a popularização dos CLP s que contribui muito para o aumento das vendas. Em 1980 inicia uma nova geração de módulos inteligentes que passam a dar mais velocidade ao gerenciamento dos processos utilizando CLP. No inicio da década de 80 começa uma grande evolução quanto ao hardware, surgem novas tecnologias nos processadores que os tornam mais rápidos, proporcionando maior eficácia nos controles de processos, diminuição no tamanho do equipamento com circuitos híbridos, barateando muito o custo final do equipamento chegando a compensar a aplicação de CLP s quando fossem utilizar de 4 a 6 relés. Essa prática diminui muito também o custo da manutenção e ou alteração dos sistemas para atender variações do processo. Apesar de todas essas mudanças na estrutura física não houve mudanças no seu funcionamento lógico básico. Hoje, podemos encontrar os mais vários modelos disponíveis no mercado que se diferenciam de fabricante para fabricante em relação ao seu formato, tipos de cartões (módulos de entradas e saídas) usados, quantidade de pontos nos cartões, configurações gerais e softwares de configurações, mas a lógica de programação é muito semelhante entre eles, principalmente a programação em Ladder, que veremos mais adiante. Processamento do trabalho: O CLP processa o programa do usuário em ciclo fechado. O programa do usuário tem um inicio e um fim, o processador começa o processamento no início do programa e quando chega ao fim, atualiza as entradas e saídas e inicia novamente o processamento do programa. O CLP somente executa aquilo que foi programado a executar. O tempo de ciclo do CLP é de alguns milissegundos por 1024 bytes de instruções. Ao ser energizado, o CLP cumpre uma rotina de inicialização gravada em seu sistema operacional. Essa rotina realiza as seguintes tarefas: Limpeza das memórias imagens, Teste da memória RAM, Teste de executabilidade do programa. Após a execução dessas rotinas, a CPU passa a fazer uma varredura constante, ou seja, uma leitura seqüencial das instruções em "loop". Após o CLP fazer a varredura no programa do usuário, este transfere os dados da memória-imagem das saídas para o módulo de saída, realiza a leitura do módulo de entrada e atualiza a memória-imagem das entradas. Estas entradas e saídas são pontos de comunicação dos equipamentos de processo com o CLP. A primeira varredura passa pelas entradas para verificar seus estados lógicos e armazenar esses dados. Após ter verificado o estado lógico da última entrada, ela atualiza a tabela imagem de entrada com esses dados. A varredura das entradas normalmente gira em torno de 2 ms. Uma vez gravados os estados lógicos das entradas na respectiva tabela-imagem, o microprocessador inicia a execução do programa de acordo com as instruções gravadas. Após o processamento do programa, o microprocessador armazena os dados na tabela-imagem da saída. Após a atualização da tabela-imagem, o microprocessador transfere esses dados para o módulo de saída a fim de ligar ou desligar os elementos que se encontram no campo. O tempo de processamento das instruções depende da quantidade de passos do programa, podendo variar entre 1 e 80 ms. Após a transferência dos dados da tabela-imagem da saída para os módulos de saída, o ciclo do CLP termina e a varredura é reiniciada. Os CLP s contém uma proteção para garantir que o ciclo seja executado em menos de 200 ms. Se o controlador não executar o ciclo em menos de 200 ms por algum erro de programação, ele se desliga e reseta as saídas. Essa proteção se chama time watch dog (cão de guarda do tempo). A memória EPROM contém o programa que inicia o CLP, armazena os programas executivos (sistema) e gerencia o roteiro de dados e a seqüência de operação. A CPU trabalha junto com este programa já em EPROM, elaborado pelo fabricante que apresenta dados referentes a este CLP e ao seu desempenho. programmable logic controller É uma memória de aplicação, que armazena o programa do usuário. Esta área, reservada ao programa do usuário, contém alguns

5 Kbytes de palavras-livres que serão processadas pela CPU. Nesta área, entra-se com o programa que se deseja executar em relação ao equipamento. A CPU processa este programa, atualiza a memória de dados internos e imagem E/S e retorna novamente para esta área de memória. A posição da seletora RUN e PROG indica se o CLP está ou não operando o programa de aplicação RUN: O CLP está operando o programa de aplicação. A varredura do programa de aplicação é cíclica, o CLP faz a varredura e a execução do programa de aplicação. As saídas serão energizadas ou desenergizadas de acordo com o programa de aplicação. PROGR: O CLP não está operando o programa de aplicação. Neste caso, o programador realiza a programação, inserindo as instruções do programa de aplicação na memória do CLP através do terminal de programação. As saídas serão desenergizadas nesta posição. É uma área reservada para o controle do programa do usuário. Nesta área se encontram dados referentes ao processamento do programa do usuário. Todos os bytes desta área são de controle. É uma tabela de valores manipuláveis. É uma área de memória reservada para interligação entre CLP e equipamentos. São do tipo RAM, pois têm seus dados constantemente alterados. A CPU, após ter efetuado a leitura de todas as entradas, armazena o estado lógico dessas informações na área denominada status das entradas (ou imagem das entradas). Uma vez memorizado o estado lógico das entradas, o programa processará esses níveis e os resultados serão armazenados na área denominada status das saídas (ou imagem das saídas).os níveis lógicos da memória-imagem da saída só são transferidos para as respectivas saídas após o término da seqüência de operações contidas no programa. Do mesmo modo, os níveis lógicos das entradas só são transferidos para a memória-imagem das entradas após a verificação de todas as entradas. Observação: Os níveis lógicos da memória-imagem podem ser monitorados pelo usuário e também podem ser forçados a um nível desejado através do terminal de programação. Linguagem de Programação: Os CLP s, assim como os computadores, necessitam de um programa para seu funcionamento. Como sabemos, um programa é uma lista de instruções que coordenam e sequenciam as operações que o microprocessador deve executar. Qualquer programa requer uma linguagem de programação através da qual o usuário pode se comunicar com a máquina. As diversas linguagens de programação são classificadas em dois grupos: Linguagem de baixo nível Linguagem de alto nível. Considera-se linguagem de baixo nível aquela cujas instruções são escritas em código binário que o microprocessador interpreta. Para se programar nessa linguagem, o programador necessita ter conhecimento da arquitetura do microprocessador. Os programas escritos em código binário são trabalhosos e difíceis de serem interpretados e manipulados. Para minimizar esse problema, os programas podem ser escritos em linguagem de máquina ou linguagem assembler. A linguagem de máquina utiliza o código hexadecimal para escrever os programas. Um codificador entre o teclado e o microprocessador traduz o código hexadecimal para o binário correspondente. A linguagem de alto nível é aquela que se aproxima da linguagem utilizada pelo homem. Nessa linguagem, o computador usa compiladores ( ou interpretadores ) poderosos que traduzem as instruções de um programa para a linguagem de máquina. As instruções dos programas são direcionadas para área onde vai ser aplicada. Por exemplo, a linguagem STEP 5 é direcionada para a operação dos CLP s e suas instruções são contatos de relés e blocos lógicos. Entre as linguagens de alto nível podemos destacar: Linguagem BASIC Linguagem FORTRAN Linguagem COBOL Linguagem LADDER LINGUAGEM LADDER A linguagem ladder é a linguagem utilizada pela maioria dos CLP s. Ela foi criada para solucionar os problemas da área da automação e se divide em três tipos de representação: diagrama lógico, lista de instruções, diagrama de contatos A programação em linguagem Ladder é uma ferramenta usada para descrever o formato de diagramas esquemáticos introduzidos num PLC. A linguagem usa dois elementos básicos: instruções lógicas de relé e instruções para transferência de dados. Nesta secção será examinada a utilização de instruções lógicas de relé discretas. Este conjunto de instruções lógicas permite que a linguagem Ladder possa substituir, de uma forma eficaz, o controlo realizado exclusivamente com relés.um circuito de lógica Ladder consiste numa rede formada por linhas, nas quais deve existir continuidade para que se possa ativar a respectiva saída. Estas saídas são controladas pela combinação de estados das entradas e saídas. As condições podem ser ligadas em série, paralelo, ou série-paralela, a fim de construir a lógica necessária.desta forma, uma rede Ladder define a estratégia de comando que controla as saídas do PLC. Ao

6 contrário da lógica de relé, uma rede Ladder não representa ligações físicas. CONSIDERAÇÕES FINAIS contribuindo, pois com o embasamento aplicado já se pode ter uma idéia genérica de CLP. Dessa forma o CLP é importante na evolução tecnológica substituindo muitos elementos por apenas um, poupando trabalho ao homem. Não se pode falar em automação sem que envolva o CLP, pois bem espero com esta pesquisa estar.

7 REFERÊNCIAS : CAPELLI, Alexandre. CLP Controladores lógicos programáveis na prática.são Paulo: Antenna FIALHO, Arivelto Bustamante. Automação Pneumatica.. São Paulo: Érica MORAES, Cicero Couto; CASTRUCCI, Plinio de Lauro. Engenharia de Automação Industrial. São Paulo: LTC PRUDENTE,Francesco. Automação Industrial PLC.São Paulo: LTC