Controladores Lógicos Programáveis Prof. Juan Moises Mauricio Villanueva E-mail: jmauricio@cear.ufpb.br www.cear.ufpb.br/juan 1
Dispositivos de programação 1. Componentes de um CLP Fonte de Alimentação Processador Fonte externa de energia Módulo de Entrada/ Saída Entradas Saídas Unidade de Memória 2
1. Componentes de um CLP 3
1. Controlador Lógico Programável Ciclo de funcionamento de um CLP: Inicio: verifica o funcionamento da CPU, memorias, circuitos auxiliares, estado das chaves, existência de um programa de usuário, emite aviso de erro em caso de falha. Desativa todas as saídas. 4
1. Controlador Lógico Programável Ciclo de funcionamento de um CLP: Verifica o estado das entradas: Lê cada uma das entradas, verificando se houve acionamento. O processo é chamado de ciclo de varredura. 5
1. Controlador Lógico Programável Ciclo de funcionamento de um CLP: Compara com o programa do usuário: Através das instruções do usuário sobre qual ação tomar em caso de acionamento das entradas o CLP atualiza a memória imagem das saídas. 6
1. Controlador Lógico Programável Ciclo de funcionamento de um CLP: Atualiza as saídas: As saídas são acionadas ou desativadas conforme a determinação da CPU. Um novo ciclo é iniciado. 7
Entradas Discretas 1. CLP Tipos de Variáveis São aquelas que fornecem apenas um pulso ao controlador, ou seja, elas têm apenas um estado ligado ou desligado, nível alto ou nível baixo, remontando a álgebra boolena que trabalha com uns e zeros. 8
Entradas Analógicas 1. CLP Tipos de Variáveis Para trabalhar com este tipo de entrada os controladores tem conversores analógico-digitais (A/D). Atualmente no mercado os conversores de 10 bits são os mais populares. As principais medidas feitas de forma analógica são a temperatura e pressão. 9
Saídas Discretas 1. CLP Tipos de Variáveis São aquelas que exigem do controlador apenas um pulso que determinará o seu acionamento ou desacionamento. 10
Saídas Analógicas 1. CLP Tipos de Variáveis Para trabalhar com este tipo de saída se requer de um conversor digital para analógico (D/A). Exemplos: Válvula proporcional, acionamento de motores DC, display gráficos. (a) Válvula proporcional (b) Acionamento de motores DC 11
1. CLP Programa LADDER O diagrama de contatos (Ladder) consiste em um desenho formado por duas linhas verticais, que representam os pólos positivo e negativo de uma bateria, ou fonte de alimentação genérica. Entre as duas linhas verticais são desenhados ramais horizontais que possuem chaves. Estas podem ser normalmente abertas, ou fechadas e representam os estados das entradas do CLP. 12
1. CLP Programa LADDER Exemplo: partida direta de um motor de indução Diagrama Elétrico Programa LADDER 13
1. CLP Programa LADDER Diagrama de conexões Input Output Diagrama Elétrico 14
2. O Contator As elevadas correntes que são drenadas pelos equipamentos industriais, principalmente os motores de alta potência impede que interruptores comuns sejam usados para seu controle. De fato, além de termos uma forte carga indutiva nesses motores, suas correntes iniciais podem alcançar valores de centenas ou milhares de ampères. O arco formado na abertura dos contatos, e o efeito de repique no fechamento poderiam distribuir de forma aleatória a corrente pela superfície desses contatos causando sua queima em pouco tempo. 15
2. O Contator Para controlar correntes intensas é preciso usar interruptores que tenham características especiais como: Alta velocidade de fechamento e abertura dos contatos Grande superfície dos contatos O contator é um dispositivo eletromecânico com princípio de funcionamento semelhante ao de um relé 16
2. O Contator Uma bobina, operada por uma baixa tensão contínua ou alternada, move um conjunto de contatos mecânicos que têm as características exigidas para o controle de correntes intensas. Os contatos podem ser do tipo NA (normalmente abertos) e NF (normalmente fechados). Para os contatos NA, quando a bobina do contator se encontra desenergizada, eles permanecem desligados. Quando a bobina é energizada, os contacos são ligados. Para os contatos NF, o comportamento é inverso: quando a bobina se encontra desenergizada, os contatos permanecem fechados. Ao ser energizada, os contatos abrem o circuito externo. 17
2. O Contator Uma mola interna garante que a ação de abertura dos contatos seja muito rápida quando a bobina é desenergizada. As bobinas dos contatos são especificadas para tensões alternadas de 12, 24, 110, 127, 220, 380 e 440 V. Para as correntes contínuas, as tensões especificadas são de 12, 24, 48, 110, 125 e 220 V. 18
Terminais de um Contator 2. O Contator 19
2. O Contator Os contatores são usados da mesma forma que os interruptores comuns, ou seja, são ligados em série com os circuitos que devem controlar. Observe que é muito importante que nas aplicações industriais sempre se controle todas as três fases ao mesmo tempo, o que não ocorre nos circuitos comuns domésticos de baixa potência. 20
2. O Contator Pode-se utilizar diversos tipos de circuitos para controlar a bobina do contator, obtendo assim maior versatilidade. Pode-se controlar a bobina por duas chaves (botoeiras) obtendo assim liga e desliga independente, e além disso podemos adicionar um relé térmico que protege o circuito no caso de um sobreaquecimento ou sobrecarga. 21
2. O Contator K1 tem o que se denomina "contato de selo". Sua finalidade é agregar a função "trava" ao circuito. Assim, quando acionamos a botoeira que liga o motor, o contato de selo "trava" na posição "ligado", mantendo a bobina K1 do contator energizada, mesmo depois que tiramos o dedo do botão de acionamento. 22
2. O Contator 23
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3. Símbolos Básicos da Linguagem LADDER Entradas Saídas 25
3. Operações Lógicas Básicas Contato em Repouso 0 Contato Atuando 1 26
3. Operações Lógicas Básicas Contato em Repouso 0 Contato Atuando 1 27
3. Operações Lógicas AND 28
3. Operações Lógicas OR 29
3. Autómatos Programáveis Industriais Exemplos práticos na indústria, requerem implementar programas para comandar a saída %Q0.0 a partir de duas botoneiras com botões de marcha e paragem 30
3. Autómatos Programáveis Industriais 31
3. Símbolos lógicos comuns em diagramas ladder Símbolo Ladder Componente de Hardware Contatos, normalmente abertos (interruptor, relé, outros dispositivos ON/OFF) Contatos normalmente fechados (interruptor, relé) Cargas de saída (motor, lâmpada, solenoide, alarme) Temporizador Contador 32
Contatos Normalmente Abertos Contatos Normalmente Fechado Permanece aberto até que seja ativado. Quando ativado, ele fecha para permitir a passagem de corrente. Permanece fechado, permitindo que a corrente flua até que seja ativado. Quando ativado, ele abre e impede, assim, o fluxo de corrente. Ambos os tipos de contatos são usados para representar entradas no circuito lógico do tipo LIGADO/DESLIGADO. Além dos interruptores, entradas incluem relés, sensores do tipo ligado/desligado ( interruptores de fim de curso e fotodetectores), temporizadores e outros dispositivos binários de contato. 33
Cargas de Saídas Cargas de saídas tais como motores, luzes, alarmes, solenoides e outros componentes elétricos que são ligados e desligados pelo sistema de controle lógico. 34
Temporizador O temporizador simples requer a especificação do tempo de espera e a identificação do contato de entrada que ativa a espera. Quando o sinal de entrada é recebido, o temporizador aguarda o tempo de espera antes de ligar ou desligar o sinal de saída. O temporizador é reiniciado (volta ao valor inicial) quando o sinal de entrada é desligado. 35
Contador Os contadores requerem duas entradas. A primeira é o trem de pulsos (séries de sinais LIGADO/DESLIGADO) que é contado pelo contador. A segunda é o sinal para reiniciar o contador de recomeçar o procedimento de contagem. Reiniciar o contador significa zerar a contagem em um contador progressivo e definir um valor inicial em um contador regressivo. A contagem acumulada é mantida na memória para uso, se demandado pela aplicação. 36
Exemplo: Operação de Enchimento com Fluido Considere o tanque de armazenamento de fluido. Quando o botão de iniciar X1 é pressionado, o relé de controle C1 é energizado. Por sua vez, isso energiza o solenoide S1, que abre uma válvula que permite que o fluido passe para o tanque. Quando o tanque enche, o interruptor da boia FS se fecha, o que abre o relé C1 e faz com que o solenoide S1 deixe de receber energia e, assim desligue o fluxo de entrada. O interruptor de boia FS também ativa o temporizador T1, que fornece um intervalo de 120s para que determinada reação química aconteça no tanque. 37
Exemplo: Operação de Enchimento com Fluido No fim do intervalo, o temporizador energiza um segundo relé C2, que controla dois dispositivos: (1) Ele energiza o solenoide S2, que abre uma válvula que permite que o fluido saia do tanque (2) Ele inicia o temporizador T2, que aguarda 90s para permitir o que o conteúdo do tanque seja drenado. No fim dos 90s, o temporizador interrompe a corrente e para de energizar o solenoide S2, fechando assim a válvula de escoamento. O pressionamento do botão de iniciar X1 reinicia os temporizadores e abre os respectivos contatos. 38
Exemplo: Operação de Enchimento com Fluido 39
Diagrama Ladder: Operação de Enchimento com Fluido 40