1. A L P

[Pages:45]1. ACIONAMENTOS VIA L?GICA PROGRAM?VEL

No final da d?cada de 1960, a General Motors estava interessada na aplica??o de computadores para a substitui??o de pain?is de seq?enciamento a rel?s para o controle de linhas de montagem de ve?culos. Como resposta a esta demanda, em 1969 duas empresas (Modicon e Allen Bradley) produziram os primeiros controladores industriais de l?gica program?vel para esta tarefa (CLPs ou PLCs em ingl?s). Desde ent?o esta tecnologia evoluiu e ganho bastante destaque nos projetos de automa??o.

Atualmente estes dispositivos empregam recursos linguagens de programa??o de alto n?vel e possuem alta confiabilidade operacional. Como resultado, seu uso simplifica o projeto, a manuten??o e as altera??es de quadros e pain?is el?tricos, pois toda a fia??o de comando (que passa a ser realizado por software) fica resumida ao conjunto de entradas e sa?das.

Estes dispositivos podem: - realizar tarefas via acionamento de rel?s, - realizar contagens, c?lculos e compara??es de vari?veis anal?gicas, - realizar altera??es de l?gicas de forma r?pida, - responder a est?mulos externos em fra??es de segundos, - comunicar-se em redes de dados, - operar com aux?lio de pain?is de interface homem-m?quina.

A chamada CPU com processamento eletr?nico (microprocessador) que realiza a fun??o de seq?enciamento de etapas, medi??o de estados de sensores de campo e ativa??es dos atuadores ? projetada para operar em ambientes industriais agressivos. Tal dispositivo conecta-se ? planta industrial (equipamentos produtivos) via cart?es de entrada (aquisi??o) e de sa?da (atua??o) de dados alocados em racks ou bastidores, de forma a se contar com uma estrutura modular e expans?vel segundo a demanda do projeto. Os tipos de cart?o eram essencialmente quatro:

- cart?es de entradas digitais,

- cart?es de sa?das digitais,

- cart?es de entradas anal?gicas,

- cart?es de sa?das anal?gicas.

Cada cart?o ? fabricado com certo n?mero de canais (entradas ou sa?das ? E/S), e pode ser empregado de forma a compor determinado n?mero total de E/S para a unidade de processamento de forma escalon?vel ("ampli?vel").

Na unidade de processamento eletr?nico central do dispositivo, dotada de um microprocessador, ent?o, s?o executadas as fun??es de seq?enciamento e de intertravamento tipicamente program?veis nos pain?is de l?gica a rel?s, conforme apresentado no cap?tulo anterior.

A figura adiante representa a estrutura de controladores industriais de l?gica program?vel. Nesta ilustra??o, identifica-se uma unidade de processamento central, onde est? localizado o microprocessador respons?vel por realizar a l?gica de seq?enciamento e intertravamento do processo automatizado, 8 canais de entrada digital (IN0...IN7), alocados em um ?nico cart?o de entradas digitais (1-1IC1), 8 canais de sa?da digital (OUT0...OUT7), alocados em um ?nico cart?o de sa?das digitais (1-1OC1), alguns dispositivos de entrada (chaves e sensores) conectados ?s entradas do controlador industrial de l?gica program?vel e dois dispositivos de sa?da (bobinas solen?ides) conectados ao cart?o de sa?da. ? importante notar que os cart?es de entrada e sa?da digital possuem uma conex?o denominada COM, ou "comum", pois ? comum a todos os canais do cart?o e tem a fun??o de fechar o circuito de alimenta??o dos dispositivos de entrada e dos dispositivos de sa?da respectivamente. Nesta ilustra??o ambos os circuitos de alimenta??o dos dispositivos de entrada e dos dispositivos de sa?da s?o energizados por fontes externas ao CLP de tens?o cont?nua.

Figura 4.1. Uma estrutura com controlador por l?gica program?vel (CLP)

1.1.

ESTRUTURA DE CONTROLADORES PROGRAM?VEIS

Tipicamente, um CLP moderno possui alguns componentes ou unidades b?sicas integradas (geralmente na forma de cart?es) em um hardware resistente aos ambientes industriais, ou seja, imunes a temperaturas extremas, condi??es desfavor?veis de umidade e de poeiras, vibra??es mec?nicas e interfer?ncia eletromagn?tica:

- Unidade de processamento (CP ou CPU): cart?o que cont?m o processador do CLP, interpreta os sinais externos e executa as rotinas de controle interno e o programa do usu?rio.

- Unidade fonte de energia: pode ser um cart?o ou pode ser integrada ? CPU, ? alimentada externamente (24VDC ou 110/220VAC), condiciona e fornece a alimenta??o para os cart?es do controlador: CP, m?dulos de comunica??o, e cart?es de entrada e de sa?da. Esta fonte de alimenta??o pode ainda fornecer uma conex?o de sa?da para a eventual alimenta??o de dispositivos externos, por exemplo, sensores.

- Dispositivo de programa??o: computador ou outro tipo de dispositivo eletr?nico externo utilizado pelo usu?rio para a elabora??o do c?digo de controle e para sua grava??o no CLP. Em geral oferece recursos de monitoramento e opera??o do CLP (Figura 4.2).

Figura 4.2. O sistema de m?dulos do CLP

- Mem?ria: interna ao cart?o CPU, utilizada para a grava??o do sistema operacional do CLP (firmware), do programa do usu?rio e de todas as vari?veis internas do controlador.

- Interfaces ou cart?es de Entrada e de Sa?da (E/S): possuem os circuitos de condicionamento de sinais externos, de forma a interligar o CLP aos sensores e atuadores. S?o fornecidos em cart?es que podem ser adicionados ao CLP, ou ent?o os canais de E/S s?o fixos e j? integrados ? CPU nos chamados CLPs compactos.

- Interface de comunica??o: cart?o de rede ou porta de comunica??o na CPU respons?vel por permitir a conex?o do CLP com outros dispositivos de automa??o, com sistemas de supervis?o ou com o dispositivo programador do CLP via uma rede digital de dados. As interfaces de comunica??o seguem protocolos espec?ficos de comunica??o digital de "ch?o de f?brica", abertos ou propriet?rios. A conex?o t?pica de CLPs com sistemas de supervis?o via redes digitais ? apresentada na figura 4.3 a seguir.

Sistema Supervis?rio

redes de comunica??o

CLP #1

CLP #2

M?quina/

M?quina/

Planta

Planta

Figura 4.3. Conex?o entre CLPs e sistema supervis?rio

Os CLPs s?o em geral dispositivos modulares de estrutura expans?vel, conforme a figura a seguir. O mecanismo utilizado para permitir a expans?o do CLP em cart?es ou m?dulos ? atrav?s do uso de bastidores ou racks com capacidade de conex?o (alimenta??o e comunica??o) para um n?mero determinado de m?dulos ou cart?es (CPU, fonte, E/S). Ao se esgotar a capacidade de um rack, expande-se este atrav?s da conex?o de um novo rack ao mesmo CLP.

3

3

2

Figura 4.4. Exemplo de CLP modular

Quando n?o s?o modulares e expans?veis, o CLP ? dito compacto, como na ilustra??o a seguir.

1L +

2L+

3L +

Pe N L1

1M

2M

M L+

Figura 4.5. Exemplo de CLP compacto (n?o modular)

Internamente, a CP controla todos os m?dulos do CLP de acordo com uma arquitetura t?pica de sistemas microprocessados, com acesso a mem?rias e a dispositivos perif?ricos de acordo com um clock de opera??o (alguns MHz). Este clock determina a velocidade de opera??o do CLP e prov? a temporiza??o e o sincronismo temporal entre os m?dulos do equipamento. As trocas de informa??es entre os elementos do CLP s?o realizada por meio de barramentos de dados, de endere?os, de controle e de I/O, conforme a figura a seguir.

bateria clock

RAM/ FLASH

de usu?rio

Barramento de endere?os Barramento de controle

CPU

ROM/ EPROM

de sistema

RAM de

dados

Barramento de dados

Unidade de E/S

Barramento de E/S

buffer

latch

Isola??o (optos)

Interface de drivers

drivers

Canais de entrada

Figura 4.6. Arquitetura interna do CLP

Canais de sa?da

Na arquitetura apresentada, nota-se que existem tipos diferentes de mem?rias para diferentes finalidades, tais como mem?ria para o sistema operacional do CLP, ao qual o usu?rio n?o tem acesso; mem?ria n?o vol?til para o registro do programa de controle do usu?rio e vari?veis importantes do programa ditas n?o vol?teis e mem?ria de registro dos status e valores de todas as entradas e sa?das do CLP, bem como o registro de vari?veis internas de diferentes tipos e de timers e contadores internos do CLP.

Tipicamente, os CLPs s?o classificados como pequenos quando usados com at? 500 pontos de entradas ou sa?das (E/S) digitais e anal?gicas, m?dios para n?mero de E/S entre 500 e 5000 e grandes para sistemas com mais de 5000 pontos de E/S.

Tipos de Cart?es de Entrada

A tens?o de opera??o de circuitos eletr?nicos ? de 5VDC geralmente, ao passo que a tens?o de opera??o de dispositivos industriais (solen?ides, contatores, chaves de fim de curso, etc.) pode ser de at? 220VAC. Para que a jun??o destes dois n?veis de tens?o nos cart?es de E/S do CLP n?o cause danos e interfer?ncias ? opera??o do circuito eletr?nico de processamento

central, a alimenta??o do CLP ? mantida separada da alimenta??o dos equipamentos da planta, ou seja, s?o fontes distintas. Adicionalmente, todos os sinais el?tricos externos de E/S ao CLP s?o isolados galvanicamente dos circuitos internos do controlador por meio de optoacopladores nos cart?es de entrada.

Sinal

Figura 4.7. Isola??o ?tica de sinais de entradas

Os circuitos representativos, (n?o operacionais) t?picos da eletr?nica presente em cart?es de entrada digital para sinais DC e AC em CLPs s?o apresentados a seguir. ? importante notar que em ambos h? a separa??o das fontes de alimenta??o dos dispositivos internos e exernos do CLP, bem como o elemento de isola??o do sinal.

Os cart?es de entrada AC operam com um retificador (ponte de diodos) posicionado antes do elemento opto acoplador, conforme a ilustra??o adiante.

Planta AC L

Fus?vel

Sinal da Planta

Para outras E ntradas

Indica??o

Planta AC N

R1

R2

C1 Opto

Acoplador

Interno PLC Ve +

Para a CP do CLP

Interno PLC Ve -

Figura 4.8. Cart?o de Entrada AC

 ................
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