Automação Industrial Basica

SENAI-RJAUTOMAÇÃO INDUSTRIAL SENAI-RJ Rio de Janeiro 2007 Federação das Indústrias do Estado do Rio de Janeiro Eduardo Eugenio Gouvêa Vieira Presitente Augusto Franco de Alencar Diretoria Geral Roterdan Pinto Salomão Diretor Regional Alexandre dos Reis Diretor de Relações com o Mercado Andréa Marinho de Souza Franco Diretora de Educação ThyssenKrupp CSA Companhia Siderúrgica Dr. Hans-Ulrich Lindenberg Presidente do Conselho Administrativo Aristides Corbellini Diretor Presidente ThyssenKrupp Steel Klaus Bailer Diretor de Recursos Humanos Prezado aluno, Quando você resolveu fazer um curso em nossa instituição, talvez não soubesse que, desse momento em diante, estaria participando do maior sistema de educação profissional do país: o SENAI. Há mais de sessenta anos, estamos construindo uma história de educação voltada para o desenvolvimento tecnológico da indústria brasileira e da formação profissional de jovens e adultos. Devido às mudanças ocorridas no modelo produtivo, o trabalhador não pode continuar com uma visão restrita dos postos de trabalho. Hoje, o mercado exigirá de você, além do domínio do conteúdo técnico de sua profissão, competências que lhe permitam decidir com autonomia, proatividade, capacidade de análise a solução de problemas, a avaliação de resultados e propostas de mudanças no processo do trabalho. Você deverá estar preparado para o exercício de papéis flexíveis e polivalentes, assim como para a cooperação e a interação, o trabalho em equipe e o comprometimento com os resultados. Acresce, ainda, que a produção constante de novos conhecimentos e tecnologias exigirá de você a atualização contínua de seus conhecimentos profissionais, evidenciando a necessidade de uma formação consistente que lhe proporcione maior adaptabilidade e instrumentos essenciais à autoaprendizagem. Essa nova dinâmica do mercado de trabalho vem requerendo que os sistemas de educação se organizem de forma flexível e ágil, motivo que levou o SENAI a criar uma estrutura educacional, com o propósito de atender às novas necessidades da indústria, estabelecendo uma formação flexível e modularizada. Essa formação tornará possível a você, aluno do sistema, voltar e dar continuidade à sua educação, criando o próprio percurso. Além de toda a infra-estrutura necessária ao seu desenvolvimento, você poderá contar com o apoio técnico-pedagógico da equipe de educação dessa escola do SENAI para orientá-lo em seu trajeto. Seja bem-vindo! Andréa Marinho de Souza Franco Diretora de Educação .Mais do que formar um profissional. estamos buscando formar cidadãos. 5 – Funções lógicas básicas 2.2 – Componentes da automação 1.4 – Normalização 3.Automação Industrial .5 – Arquitetura básica 3.1 – Introdução 3.2 – Transformação de bases numéricas 2.9 – Terminal de programação (TP) 3.7 – Tipos de CLPs 3.3 – Números decimais codificados em binário (BCD) 2.10 – Linguagens de programação .1 – Conceito 1.3 – Conceituação 3.6 – Simplificação de expressões lógicas – Noções básicas 3 – CLPS: CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS 3.6 – LEDs de sinalização 3.1 – Sistemas de numeração 2.8 – Funcionamento 3.3 – Aplicações da automação 2 – LÓGICA DIGITAL 2.SENAI-RJ Sumário AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 1 – INTRODUÇÃO 1.2 – História 3.4 – Circuitos lógicos básicos 2. 1 – Sensores de proximidade 5 – ENCODERS 5.4 – SENSORES 4. resolução e repetibilidade 6 – IHMS: INTERFACES HOMEM-MÁQUINA 7 – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .3 – Escolha de um encoder 5.2 – Tipos de saídas de sinal 5.1 – Encoders ópticos rotativos 5.4 – Diferença de precisão. Ela visa. A automação industrial é largamente aplicada nas mais variadas áreas de produção industrial.SENAI-RJ Apresentação Automação Industrial é o uso de qualquer dispositivo mecânico ou eletroeletrônico para controlar máquinas e processos. Uma contribuição adicional importante dos sistemas de automação industrial à a conexão do sistema de supervisão e controle com sistemas corporativos da administração das empresas. substituindo algumas tarefas da mão-de-obra humana e realizando outras que o humano não consegue realizar.Automação Industrial . principalmente. em que operadores humanos são providos de maquinaria para auxiliá-los em seus trabalhos. É um passo além da mecanização. Bom estudo! 9 . O estudo cuidadoso deste módulo básico é importante para que você adquira conhecimentos necessários para futuras aplicações em seu trabalho. o que contribui para uma maior agilidade do processo decisório e maior confiabilidade dos dados que suportam as decisões da empresa. à produtividade. à qualidade e à segurança de um processo. Entre os dispositivos eletroeletrônicos podem-se utilizar computadores ou outros dispositivos lógicos como CLP – Controlador Lógico Programável ou CNC – Comando Numérico Computadorizado. Esta conectividade permite o compartilhamento de dados importantes da operação diária dos processos. . INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO Conceito Automação é um sistema de equipamentos eletrônicos e/ou mecânicos que controlam seu próprio funcionamento. capazes de se regularem sozinhas.Automação Industrial .SENAI-RJ 1. Sensoriamento: Mede o desempenho do sistema de automação ou uma propriedade particular de algum de seus componentes. 11 . É o caso dos motores elétricos. etc. Cada sistema de automação compõe-se de cinco elementos: Acionamento: Provê o sistema de energia para atingir determinado objetivo. siderúrgica. pistões hidráulicos. Componentes da automação A maioria dos sistemas modernos de automação. A mecanização consiste simplesmente no uso de máquinas para realizar um trabalho. substituindo assim o esforço físico do homem. como os utilizados nas indústrias automobilística. Automação é diferente de mecanização. é extremamente complexa e requer muitos ciclos de realimentação. petroquímica e nos supermercados. Exemplos: Termopares para medição de temperatura e encoders para medição de velocidade. quase sem a intervenção do homem. Já a automação possibilita fazer um trabalho por meio de máquinas controladas automaticamente. etc. O dado de entrada é convertido em sinais elétricos e enviado ao computador.Automação Industrial . Quando um associado quer utilizar a academia. O cliente é identificado (programa). Aplicações da automação Para fixar os conceitos até aqui explicados. com um código de barras. Programas: Contêm informações de processo e permitem controlar as interações entre os diversos componentes. passa um cartão pessoal. Caso sua situação esteja em ordem (pagamento de mensalidades. o computador envia um sinal para liberação da catraca (elemento de acionamento) e em seguida registra a ocorrência num banco de dados. Este sistema tem um leitor óptico a laser e um computador digital de alto desempenho. Exemplos: Termostatos e programas de computadores.). exame médico. usamos um controlador de fluxo que abre ou fecha uma válvula de acordo com o consumo. Comparador ou elemento de decisão: Compara os valores medidos com valores preestabelecidos e toma a decisão de quando atuar no sistema. 12 .SENAI-RJ Controle: Utiliza a informação dos sensores para regular o acionamento. Mesmo um robô requer um controlador para acionar o motor elétrico que o movimenta. para consultas posteriores. pelo leitor óptico (elemento sensor). Exemplo: Para manter o nível de água num reservatório. damos a seguir o exemplo de um sistema automático de controle de fluxo de pessoas em academias de ginástica. 13 . 9. em que os símbolos são: 0. é a seguinte: “Números são símbolos ou agrupamentos de símbolos que representam uma quantidade.” Isso significa que quando trocamos de sistemas de numeração. porém eficiente. LÓGICA DIGITAL Sistemas de numeração Todos nós quando ouvimos pronunciar a palavra números. O sistema decimal é na realidade o sistema que vai reger todos os outros sistemas e por essa razão ele tem o apelido de “base-mãe”. podemos utilizar outros símbolos ou até os mesmos. Uma definição bem simples. Podemos dizer que um circuito digital é aquele que trabalha com dois valores distintos e predefinidos. outros sistemas de numeração são utilizados. Decimal (base 10). podemos encontrar circuitos digitais em diversas áreas. 5.Automação Industrial . Para estudarmos outros sistemas de numeração. representar uma quantidade qualquer. 3. estudar estas regras e aplicá-las a outros sistemas de numeração. portanto. precisamos ter em mente a definição de números. Porém. 4. automaticamente a associamos ao sistema decimal com o qual estamos acostumados a operar.SENAI-RJ 2. O sistema binário é muito importante na tecnologia digital. Vamos. a intenção é a mesma. 2. 7. em que os símbolos são: 0. 6. 1. Este sistema está fundamentado em certas regras que são base para qualquer outro. 1. Binário (base 2). Sendo assim. entre os principais e mais utilizados temos: 8. Isso porque é dele que todos os outros sistemas “nascem”. No campo tecnológico. Octal (base 8). 3. de forma simbólica. 6. do nível que se encontra naquele ponto. 5.SENAI-RJ Um circuito digital pode ser construído nas mais variadas tecnologias. 6. 8. 1. Resumo dos principais sistemas de numeração 14 Sistema Decimal (10) Sistema Binário(2) Sistema Octal (8) Sistema Hexadecimal (16) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 0 1 2 3 4 5 6 7 10 11 12 13 14 15 16 17 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F . 2. C. os componentes e as variáveis predefinidas serão adequados.Automação Industrial . 9. B. Por exemplo: Circuito Pneumático Digital. Quando falamos que em um determinado ponto de um circuito. tem nível lógico “1” ou “0”. E. estamos falando. 7. em que os símbolos são: 0. 4. 5. 7. A. etc. F. Circuito Eletrônico Digital. D. Hexadecimal (base 16). 1. 2. Já que nos circuitos digitais existem basicamente apenas dois valores distintos. em que os símbolos são: 0. 3. seja ele eletrônico ou de outra tecnologia. 4. É evidente que de acordo com a tecnologia. o sistema binário é o que melhor se adapta para representálos. Entende-se por Notação Posicional a representação e soma de todos os valores relativos de um número. 16 + 3 .Automação Industrial . 160 23(16) = 2 . 24 + 1 . LÓGICA DIGITAL Transformações de bases numéricas Transformação de um número numa base qualquer para base 10 (decimal): Faz-se por Notação Posicional. 20 11010(2) = 16 + 8 + 0 + 2 + 0 11010(2) = 26(10) b)23 (16) Solução: a) 23(16) = 2 . Repare que no sistema hexadecimal foram utilizadas letras maiúsculas do nosso alfabeto. é como falar a mesma coisa num outro idioma. OBS. 161 + 3 . 1 15 . 22 + 1 .SENAI-RJ OBS. estamos querendo representar a mesma quantidade de uma outra forma. a) 11010(2) Solução: a) 11010(2) = 1 . 21 + 0 . significa representar o mesmo valor num outro sistema. Ou melhor. 2. Mudar de base não significa mudar o valor. 23 + 0 . Quando transformamos um número qualquer para outra base numérica. Automação Industrial . Transformação de um número na base 10 (decimal) para uma base qualquer: Faz-se por divisões sucessivas.SENAI-RJ 23(16) = 35(10) Solução: c) 3B(16) Solução: 3B(16) = 3 . 16 + 11 3B(16) = 59(10) Um fator importante é que toda Notação Posicional terá como resultado uma quantidade representada na base 10 (decimal). 161 + B . 160 3B(16) = 3 . a) 14(10) = ______________ (2) Solução: Resultado: 1110(2) b) 175(10) = ________________ Solução: Resultado: AF(16) 16 (16) . cada dígito decimal é representado por grupo de quatro bits.SENAI-RJ Números decimais codificados em binário (BCD – Binary Coded Decimal) Ex. Exemplo: Converter o seguinte número decimal em BCD. foi desenvolvido um código que representa cada dígito decimal por um conjunto de 4 dígitos binários. como mostra a tabela seguinte: Desta maneira. a) 290(10) Solução: a) 290(10) = 0010 1001 0000(BCD) 290(10) = 001010010000(BCD) 17 .: Código BCD8421 sistema decimal bcd 8421 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 2. LÓGICA DIGITAL Com o intuito de facilitar a comunicação homem-máquina.Automação Industrial . como ilustrado a seguir: Observe que as conversões decimal-BCD e BCD-decimal são diretas. separando-se o dígito BCD em grupos de 4 bits. cada grupo representa um dígito decimal. ou seja. Tabela Verdade Uma Tabela Verdade pode ser definida como a representação de todos os estados (todas as possibilidades) de um circuito lógico. Uma variável lógica é aquela que só assumi apenas dois valores distintos. Geralmente o sistema de numeração binário é utilizado para representar os dois possíveis valores que uma variável lógica pode assumir.Automação Industrial .SENAI-RJ Exemplo: Converter os seguintes números em decimal. Onde as variáveis de saída vão estar em função das variáveis de entrada. Isso significa que os estados lógicos de saída dependem dos estados lógicos de entrada. possui variáveis de entrada e variáveis de saída. Um circuito lógico. seja ele digital. e 18 . Toda Tabela Verdade é formada por dois campos: a) o campo das variáveis de entrada: que deve ser preenchido no sistema binário e em ordem crescente. a) 1001010000001000(BCD) = 1001 0100 0000 1000(BCD) 1001010000001000(BCD) = 9 4 0 8 (10) = 9408(10) Circuitos lógicos básicos Chamamos de circuitos lógicos aqueles circuitos que trabalham com variáveis lógicas. pneumático ou outro tipo qualquer. que são as Funções Lógicas Básicas. LÓGICA DIGITAL Funções lógicas básicas Função lógica NOT (NÃO) A função NOT é aquela em que o circuito inverte o nível de entrada. Isso significa que a função NOT é um inversor lógico. o nível lógico da sua saída será sempre o oposto do nível lógico de entrada. 19 .Automação Industrial .SENAI-RJ b) o campo das variáveis de saída: que deve ser preenchido de acordo com a função do circuito lógico. 2. Esses Blocos representam um circuito ou uma filosofia de funcionamento. Ela possui somente uma entrada e uma saída e obedece à seguinte definição: A função NOT é aquela que terá nível lógico “1” como resultado quando a entrada for igual a “0” e vice-versa. formando sistemas que vão de circuitos simples a circuitos muito complexos. ou seja. Os sistemas digitais são formados por circuitos lógicos denominados Portas Lógicas ou Blocos Lógicos. Existem 3 funções lógicas básicas que podem ser conectadas de diversas maneiras. Função lógica OR (OU INCLUSIVA) Esta porta também possui duas ou mais entradas. e uma saída.SENAI-RJ Função lógica AND (E) Esta função pode ser realizada por circuitos com duas ou mais entradas e uma saída e funciona de acordo com a seguinte definição: A saída de um circuito que executa a função AND será “1”. 20 . funcionando de acordo com a seguinte definição: A função OR é aquela que terá “1” como resultado se uma ou mais entradas forem “1".Automação Industrial . somente se todas as entradas forem “1”. 2. Função lógica NOR (NÃO-OU) A função lógica NOR é na realidade a combinação das duas funções lógicas básicas OR e NOT. LÓGICA DIGITAL Note que a função NAND é constituída de uma AND seguida de um inversor (NOT).Automação Industrial . Note que a função NOR é constituída de uma OR seguida de um inversor (NOT). 21 .SENAI-RJ Função lógica NAND (NÃO-E) A função lógica NAND é na realidade a combinação das duas funções lógicas básicas AND e NOT. SENAI-RJ Função lógica EXCLUSIVE-OR (OU-EXCLUSIVA) A função lógica OU EXCLUSIVE é aquela que terá “1” como resultado. Simplificação de expressões lógicas – Noções básicas Álgebra de Boole Álgebra booleana é uma técnica matemática usada quando consideramos problemas de natureza lógica. Até 1938. somente quando uma entrada. Esta função também é conhecida como circuito Coincidência. Em 1847. for igual a “1”. entre duas variáveis. Nesta época. estas técnicas se limitaram a ser usadas no campo matemático. o uso da álgebra de Boole no campo da eletrônica cresceu. de modo que ela é hoje 22 . Função lógica EXCLUSIVE-NOR (NÃO-EXCLUSIVA ou CIRCUITO COINCIDÊNCIA) Esta função fornece nível lógico “1” como resultado somente quando suas entradas. um cientista do Bell Laboratories. forem iguais. percebeu a utilidade de tal álgebra quando aplicada no equacionamento e análise de redes de multicontatos.Automação Industrial . entre duas variáveis de entrada. um matemático inglês chamado George Boole desenvolveu as leis básicas e regras matemáticas que poderiam ser aplicadas em problemas de lógica dedutiva. Com o desenvolvimento dos computadores. Claude Shammon. Automação Industrial .SENAI-RJ É fácil perceber que a lógica de Boole é extremamente inter-relacionada com o sistema de numeração binária. já que ambos trabalham com dois valores para cada variável. 23 . LÓGICA DIGITAL ferramenta fundamental para engenheiros e matemáticos no desenvolvimento de projetos lógicos. Alguns teoremas da álgebra de Boole: Lei Comutativa a) A + B = B + A b) A * B = B * A 2. Lei Associativa a) (A+B)+C = A+ (B+C) b) (A*B)*C = A* (B*C) Lei Distributiva a) (A*B)+C = A*B+A*C b) (A+B)*C = (A+B)*(A+C) Lei da Identidade a) A+A=A b) A*A=A Lei da Negação a) A” = A Mapa de Karnaugh O Mapa de Karnaugh é uma ferramenta para a simplificação de expressões lógicas. Originalmente a álgebra de Boole foi baseada em proposições que teriam como resultado serem falsas ou verdadeiras. Shammon usou a álgebra de Boole para equacionar uma malha de contatos que poderiam estar abertos ou fechados. 24 . no Mapa a seguir. não sendo necessário o estudo das regras de construção deles.SENAI-RJ Devemos ter em mente que serão mostradas apenas as regras de utilização dos Mapas de Karnaugh. Por exemplo. Mapa de Karnaugh para 2 variáveis (A/B) Mapa de Karnaugh para 3 variáveis (A/B/C) Mapa de Karnaugh para 4 variáveis (A/B/C/D) Localização dos mintermos nos Mapas de Karnaugh A localização dos mintermos é feita com base na interseção de uma coluna com uma linha do Mapa.Automação Industrial . a segunda coluna (da esquerda para a direita) com a terceira linha (de cima para baixo). como 3 não é potência inteira de 2. LÓGICA DIGITAL Principais conceitos e regras para a utilização dos Mapas de Karnaugh Repare no grupo a seguir: ele possui 3 elementos (mintermos). 8.. respectivamente). o grupo é falso. 4. (20. 24. Por exemplo: um grupo é formado apenas por mintermos.SENAI-RJ Outro exemplo: Grupo ou agrupamento – É um conjunto de mintermos em que o número de elementos é potência inteira de dois. 23. 16 . 2.....Automação Industrial . porém o número de mintermos só poderá ser 1. 21. Sentidos de agrupamento – Todo grupo só poderá ser feito nos sentidos Vertical e/ou Horizontal. 2. 25 . Máxima simplificação – Para que o Mapa de Karnaugh tenha eficiência. ou seja. Grupo B e Grupo C. Por essa razão todos os grupos são válidos. o Mapa tenha o menor número de grupos (conseqüência natural). com isso. Exemplo: Entre fazer dois grupos de dois. um grupo não pode estar dentro do outro.Automação Industrial . desde que também todo grupo envolvido na interseção possua pelo menos um elemento pertencente apenas a ele.SENAI-RJ Contido e não está contido – Esta regra determina que um grupo não pode conter um outro grupo. devemos fazer com que os grupos tenham o maior número de elementos possível (respeitando as regras anteriores) e. a solução correta será um grupo com quatro elementos. Repare que todos os grupos possuem pelo menos um elemento que só pertence apenas a eles. existindo a possibilidade de se fazer um grupo com quatro elementos. 26 . Regra da interseção – Um grupo pode compartilhar elementos com outros grupos. No exemplo abaixo são apresentados três grupos: Grupo A. Assim a expressão final será: Exemplo de simplificação com base nos Mapas de Karnaugh: S = ABC + ABC + ABC + ABC + ABC 27 . Dessa maneira. por exemplo.Automação Industrial . No caso.SENAI-RJ Ligação lógica das variáveis – Variáveis lógicas do mesmo grupo devem ser ligadas com o operador lógico “E” (AND). são as variáveis B e D. Se existir mais de uma variável o mesmo grupo. é um grupo com 4 elementos. elas deveriam ser ligadas com o operador lógico “OU” (OR). Y e Z. 2. Se as variáveis pertencessem a grupos diferentes. devemos ligar uma a outra com o operador lógico “E”. Variáveis lógicas de grupos diferentes devem ser ligadas com o operador lógico “OU” (OR). LÓGICA DIGITAL Exemplo: Repare que temos três grupos: X. e por essa razão devemos procurar (observando) a variável que aparece 4 vezes. Devemos procurar em cada grupo a variável que aparece o número de vezes igual ao número de elementos que o grupo possui. O Grupo Y.D (B “AND” D). o Grupo Y irá gerar a expressão B. 4º Passo: Finalmente interligue o que foi encontrado nos grupos isoladamente com o operador lógico “OU”. Dessa maneira teremos a expressão simplificada com base no Mapa de Karnaugh. S = A + BC 28 .Automação Industrial .SENAI-RJ Passos necessários para a simplificação através do Mapa de Karnaugh: 1º Passo: Represente cada mintermo da expressão na sua respectiva posição no Mapa. 2º Passo: Em seguida faça os grupos respeitando as regras estudadas. 3º Passo: Verifique em cada grupo as variáveis que aparecem em comum conforme o número do grupo e as interligue com o operador lógico “E”. 2.Automação Industrial . 29 . LÓGICA DIGITAL O que você entende por função lógica E (AND).SENAI-RJ Praticando O que você entende por função lógica NOT. Cite alguns teoremas da álgebra de Boole. O que você entende por função lógica OU INCLUSIVA (OR). . devido à grande dificuldade de mudar a lógica de controle de painéis de comando a cada mudança na linha de montagem.Automação Industrial . os controladores passaram a ter uma grande capacidade de processamento e alta flexibilidade de programação e expansão. com o advento da tecnologia de microprocessadores. tais como automação da manufatura. Entre outras características. com características primordialmente analógicas. Os primeiros controladores tinham pouca capacidade de processamento e suas aplicações se limitavam a máquinas e pequenos processos que necessitavam de operações repetitivas. A partir de 1970. de forma que podia ser levada para “campo” a fim de alterar 31 . um equipamento bastante versátil e de fácil utilização. assim. os CLPs atuais podem atuar tanto em controle discreto. que vem sendo aprimorado constantemente. chamada de maleta de programação. manusear dados e se comunicar com computadores. em que as máquinas apresentam ações automáticas e discretizadas no tempo. Nascia. tais como processos químicos e siderúrgicos.SENAI-RJ 3. CLPs: CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS Introdução O Controlador Lógico Programável (CLP) nasceu praticamente dentro da indústria automobilística americana. O sistema utilizado para programar o controlador era um dispositivo dedicado e acondicionado em uma maleta portátil. Tais mudanças implicavam altos gastos de tempo e dinheiro. em 1968. como em controle contínuo. foi preparada uma especificação que refletia as necessidades de muitos usuários de circuitos a relés. diversificando cada vez mais os setores industriais e suas aplicações. não só da indústria automobilística. citamos: ser capaz de operar com números. como de toda a indústria manufatureira. Sob a liderança do engenheiro Richard Morley. Dessa forma. realizar operações aritméticas com ponto decimal flutuante. especificamente na Hydronic Division da General Motors. o controlador programável preencheu uma distância que existia entre controle discreto e controle contínuo. A expansão de memória permitiu um programa de aplicação maior e uma maior quantidade de dados. Este barramento se propõe a diminuir sensivelmente o número de condutores usados para interligar os sistemas de controle aos sensores e atuadores. além de propiciar a distribuição da inteligência por todo o processo. os controladores programáveis podem se tornar compatíveis com a adoção da norma IEC 1131-1. 32 . que surge como uma proposta de padronização de sinais no nível de chão-de-fábrica. controle analógico. mas também realizassem aquisição e manipulação de dados. desde os de pequena capacidade até os mais sofisticados. que prevê a padronização da linguagem de programação e sua portabilidade. de forma que os programas de controle não ficassem restritos à lógica e ao seqüenciamento. Hoje os CLPs oferecem um considerável número de benefícios para aplicações industriais. Existem vários tipos de controladores.Automação Industrial . Com o desenvolvimento do controle analógico. realizando operações que antes eram consideradas específicas para computadores. Até recentemente não havia nenhuma padronização entre fabricantes. O sistema de memória do controlador não permitia facilidades de programação por utilizar memórias do tipo EPROM (Erasable Programmable Read-Only Memory). comunicações. Inovações no hardware e software entre 1975 e 1979 proporcionaram ao CLP maior flexibilidade e capacidade de processamento. apesar da maioria utilizar as mesmas normas construtivas. controle de posicionamento. que podem ressaltar em economia que excede o custo do CLP e devem ser considerados quando da seleção de um dispositivo de controle industrial. Isso significou aumento na capacidade de memória e de entradas/saídas remotas. Outra novidade que vem sendo incorporada pelos controladores programáveis é o Fieldbus (barramento de campo).SENAI-RJ dados e realizar pequenas modificações no programa. etc. pelo menos no nível de software aplicativo. Porém. apagar. Os Terminais de Programação (ou Maletas. possíveis pela inclusão de um “programa monitor“ no CLP. 33 . além de realizar testes (Debug) no equipamento e no programa. ou seja. como eram conhecidas) eram na verdade Programadores de Memória EPROM. que variava de acordo com o processador utilizado no projeto do CLP. o qual converte (no jargão técnico Compila) as instruções do programa.Automação Industrial . podendo alterar. sendo realizada normalmente no laboratório junto com a construção do CLP. 2º Geração Aparecem as primeiras “Linguagens de Programação” não tão dependentes do hardware do equipamento. gravando-se o programa em memória EPROM. CLPs: CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS 1º Geração 3º Geração Os CLPs passam a ter uma Entrada de Programação. A linguagem utilizada era o Assembly. 3. para poder programar era necessário conhecer a eletrônica do projeto do CLP. compara com as instruções do programa do usuário e altera o estado das saídas. onde um Teclado ou Programador Portátil é conectado. Assim a tarefa de programação era desenvolvida por uma equipe técnica altamente qualificada. A estrutura física também sofre alterações. As memórias depois de programadas eram colocadas no CLP para que o programa do usuário fosse executado. verifica o estado das entradas.SENAI-RJ História Podemos didaticamente dividir os CLPs historicamente de acordo com o sistema de programação por ele utilizado: Os CLPs de primeira geração se caracterizam pela programação intimamente ligada ao hardware do equipamento. gravar o programa do usuário. sendo a tendência para os Sistemas Modulares com Bastidores ou Racks. entre outras citamos: Redução no tempo de varredura. o gerenciamento e o desenvolvimento de plantas industriais mais flexíveis e normalizadas. Interface de E/S (entrada/saída) microprocessadas.. Interface homem-máquina (IHM) mais poderosa e amigável. os CLPs passaram a incluir uma entrada para a comunicação serial. possibilidade de armazenamento de vários programas no micro. de modo a proporcionar que o equipamento de um fabricante “converse” com o equipamento outro fabricante. 5º Geração Atualmente existe uma preocupação em padronizar protocolos de comunicação para os CLPs. 34 . Existe uma fundação mundial para o estabelecimento de normas e protocolos de comunicação. módulo de posicionamento.Automação Industrial . possibilidade de simulações e testes. Sistemas Supervisórios. desde os de pequena capacidade até os mais sofisticados. fruto da chamada globalização. Ex: módulo PID (Proporcional Integral Derivativa). Redes Internas de Comunicação. Módulo ASCII. etc. treinamento e ajuda por parte do software de programação. não só CLPs. como Controladores de Processos. A evolução do hardware conduziu a melhoras significativas nas características do controlador. Com o auxílio dos microcomputadores. As vantagens eram a utilização de várias representações das linguagens. etc. a tarefa de programação passou a ser realizada nestes. realizando operações que antes eram consideradas específicas para computadores. proporcionando uma integração a fim de facilitar a automação. Há vários tipos de controladores.SENAI-RJ 4º Geração Com a popularização e a diminuição dos preços dos microcomputadores (normalmente clones do IBM PC). São programáveis. Permitem maior rapidez na elaboração do projeto do sistema. 3. Operações matemáticas em pontos flutuantes através de coprocessadores matemáticos. foram chamados de Controladores Lógicos Programáveis – CLP (Programmable Logic Controllers – PLC). Apresentam interface de comunicação com outros CLPs e computadores de controle. baseadas em BASIC. Requerem menor potência elétrica. etc.Automação Industrial . No entanto. tais como: Vantagens do uso de controladores lógicos programáveis: Ocupam menor espaço. Apresentam maior confiabilidade. semelhante a um microcomputador. Um controlador lógico programável é um equipamento eletrônico dedicado à aquisição e tratamento de dados em tempo real de máquinas e sistemas industriais. CLPs: CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS Linguagem em blocos funcionais e estruturação de programa. Porém. Oferecem maior flexibilidade. Linguagens de programação de alto nível. Diagnósticos e detecção de falhas. Têm manutenção mais fácil e rápida. motivo pelo qual passaram a ser chamados apenas de Controladores Programáveis – CP. permitindo alterar os parâmetros de controle. atualmente os controladores são bem mais complexos e não executam somente lógica do tipo “E” e “OU”. Conceituação Devido ao intuito inicial de substituírem os painéis de relés no controle discreto. Podem ser reutilizados. Executa uma seqüência de instruções introduzidas em sua memória sob a forma de programa. o controlador programável distingue-se dos microcomputadores por três características fundamentais: 35 .SENAI-RJ No software também surgiram novas características. A grande vantagem de se ter o software normalizado é que conhecendo um. Boolean Blocks – blocos lógicos representando portas “E”. “OU”.Automação Industrial . ruídos. se pode adaptar um programa para a linguagem de máquina de qualquer tipo de microprocessador. que pode servir tanto para o CLP de um fabricante A como para o de um fabricante B. As formas de representação são: Programação convencional. BASIC estruturado e inglês estruturado. etc. Normalização Existe a tendência de utilização de um padrão de linguagem de programação onde será possível a intercambiabilidade de programas entre modelos de CLPs e até de fabricantes diferentes.SENAI-RJ Pode ser ligado diretamente aos sensores e pré-acionadores. As linguagens são: Ladder Diagram – programação como esquemas de relés. Está concebido para trabalhar em ambientes industriais agressivos (temperatura. Sua linguagem de programação foi desenvolvida para o tratamento de funções de automação.). A norma IEC 1131-3 prevê três linguagens de programação e duas formas de apresentação. não sendo necessários profundos conhecimentos de informática para a instalação e operação. microinterrupções de tensão de alimentação. vibração. são conhecidos todos. em que. um programa-padrão. Na verdade. através de um compilador. “Negação”. isto é. Seqüencial Function Chart (SFC) – evolução do Graphcet francês. o que propicia economia em treinamento e 36 . este tipo de padronização é possível utilizando-se o conceito de linguagem de alto nível. etc. Structured Control Language (SCL) – linguagem que vem substituir todas as linguagens declarativas tais como linguagem de instruções. “Ou EXCLUSIVO”. Esta padronização está de acordo com a norma IEC 1131-3. SENAI-RJ garante que. Uma especificação típica de CLP inclui temperaturas na faixa de 0º a 60°C e umidade relativa de 5% a 95%. velocidade de processamento. que pode ser programado para executar instruções que controlem dispositivos. Podemos dizer que todos os CLPs são computadores por definição. flexibilidade. 37 . ambientes úmidos.Automação Industrial . conectividade. por mais que um fornecedor deixe o mercado. seqüenciamento. devem resistir a altas temperaturas. poluição atmosférica. controle estatístico. conjunto de instruções. A diferença está nos métodos de programação. por meio da implementação de funções específicas como lógica de controle. transmissão de dados. a manutenção é feita pela simples troca de módulos e existem softwares que auxiliam na localização de defeitos. mas nem todos os computadores são CLPs. Os CLPs são projetados e construídos para operarem em ambientes industriais. Arquitetura Básica O CLP é um equipamento de estado sólido. controle de malha. Sua capacidade quanto ao número de entradas e saídas. Entretanto. etc. CLPs: CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS A arquitetura de um CLP é basicamente a mesma que a de um computador de uso geral. ambientes e manutenção. considerações. operação. Usualmente. As interfaces de hardware para conexão dos dispositivos de campo estão prontas para uso e são facilmente intercambiáveis (estrutura modular). varia conforme o fabricante e o modelo. existem algumas características importantes que diferem o CLP dos computadores. máquinas e operações de processos. controle de tempo. etc. etc. portanto. A segunda distinção dos CLPs é que o hardware e o software foram projetados para serem operados por técnicos não especializados (nível exigido para a manutenção). IHM. ruídos elétricos. a empresa nunca ficará sem condições de crescer ou repor equipamentos. operações aritméticas. 3. memória. interfaces de E/S (entrada/saída). é imune a ruídos e tem invólucro específico para aplicações industriais. a seguir. Fonte de alimentação A fonte de alimentação pode ser interna ou externa à CPU do CLP e tem normalmente as seguintes funções básicas: 38 . que possui boas condições de filtragem e estabilização. uma ou mais interfaces de saída e circuitos auxiliares. As principais diferenças em relação a um computador comum estão relacionadas à qualidade da fonte de alimentação. comunicações e determina o funcionamento do controlador em um modo de operação dedicado (ciclo de varredura) e totalmente transparente ao usuário. é constituído de um microprocessador (ou microcontrolador). uma memória de programa. ou seja. coleta os dados dos cartões de entrada. armazenado na memória. desenvolvido pelo fabricante e que determina o modo de funcionamento do controlador. efetua o processamento segundo o programa do usuário.Automação Industrial . e envia o sinal para os cartões de saída como resposta ao processamento. uma ou mais interfaces de entrada. uma memória de dados. O CLP é um sistema microprocessado. ilustra a arquitetura básica de um CLP: Processador O processador do CLP é responsável pelo processamento do programa.SENAI-RJ O software residente. diagnósticos. um programa monitor. O diagrama de blocos. isto é. também se caracteriza por uma diferença fundamental: ele realiza funções de acesso ao hardware. 3. já que uma das vantagens do uso de CLPs é a flexibilidade de programação. EPROM (Erasable Programmable Read-Only Memory) ou EEPROM (Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory). Ele funciona de maneira similar ao sistema operacional dos microcomputadores. É o programa monitor que permite a transferência de programas entre um microcomputador ou terminal de programação e o CLP. A capacidade desta memória varia bastante de acordo com o marca/modelo do CLP. Ele é o responsável pelo gerenciamento de todas as atividades do CLP. Pode ser alterada pelo usuário. CLPs: CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS a) Converter a tensão da rede elétrica (110 ou 220 Vca) para a tensão de alimentação dos circuitos eletrônicos (+5Vcc para o processador. nos sistemas que utilizam relógio em tempo real e memória do tipo RAM. o controle dos diversos opcionais. etc. memórias e circuitos auxiliares e ±12 Vcc para a comunicação com o terminal de programação). 39 .Automação Industrial . o gerenciamento do estado da bateria do sistema. EEPROM e FLASHEPROM. hoje utiliza memórias do tipo RAM (Random Access Memory). Memória de aplicação ou memória do usuário É onde se armazena o programa da aplicação desenvolvido pelo usuário. e é normalmente dimensionada em passos de programa. o que permite a troca do programa com a troca do cartucho de memória. Não pode ser alterado pelo usuário e fica armazenado em memórias do tipo PROM (Programmable Read-Only Memory). cujo programa é mantido pelo uso de baterias.SENAI-RJ Memória do programa monitor (ROM) O programa monitor é o responsável pelo funcionamento geral do CLP. sendo também comum o uso de cartuchos de memória. c) Fornecer tensão para alimentação das entradas e saídas (12 ou 24 Vcc). Inicialmente constituída de memórias do tipo EPROM. b) Manter a carga da bateria. Memória imagem das entradas/saídas Sempre que a CPU executa um ciclo de leitura das entradas ou executa uma modificação nas saídas. Pode ser encontrada uma variedade muito grande de tipos de cartões. Em alguns CLPs. valores de contadores. cada qual com capacidade para receber certo número de variáveis. códigos de erro. localizados no campo. Estes dados são valores de temporizadores. utiliza-se a bateria para reter os valores desta memória no caso de uma queda de energia.SENAI-RJ Memória de dados É a região de memória destinada a armazenar os dados do programa do usuário. Normalmente são utilizadas baterias recarregáveis do tipo Ni-Ca ou Li. Nesses casos. São normalmente partes da memória RAM do CLP. Bateria As baterias são usadas nos CLPs para manter o circuito do relógio em tempo real. Essa região de memória funciona como uma espécie de “tabela” onde a CPU irá obter informações das entradas ou saídas para tomar as decisões durante o processamento do programa do usuário. senhas de acesso. etc.Automação Industrial . 40 . Podem adequar eletricamente os sinais de entrada para que possam ser processados pela CPU (ou microprocessador) do CLP. ela armazena os estados da cada uma das entradas ou saídas em uma região de memória denominada memória imagem das entradas/saídas. Esses módulos são constituídos de cartões eletrônicos. etc. reter parâmetros ou programas (em memórias do tipo RAM). e a lógica de controle de um controlador programável. São valores armazenados que serão consultados e/ou alterados durante a execução do programa do usuário. mesmo em caso de corte de energia. guardar configurações de equipamentos. incorporam-se circuitos carregadores. para atender às mais variadas aplicações nos ambientes industriais. Módulos de entrada Os módulos de entrada são interfaces entre os sensores. Automação Industrial - SENAI-RJ Temos dois tipos básicos de entrada: as digitais e as analógicas. a) Entradas digitais ou discretas Botoeiras; Chaves fim de curso; Sensores de proximidade indutivos ou capacitivos; Chaves comutadoras; Termostatos; Pressostatos; Controle de nível (bóia); etc. As entradas digitais podem ser construídas para operarem em corrente contínua ou em corrente alternada (por exemplo, 120 ou 230 Vca). As entradas de corrente contínua também são classificadas em tipo N (NPN ou Source) ou tipo P (PNP ou Sink). No caso das entradas do tipo N, é necessário fornecer o potencial negativo da fonte de alimentação ao borne de entrada para que ela seja ativada. No caso do tipo P, é necessário fornecer o potencial positivo ao borne de entrada. Em qualquer dos tipos, é de praxe existir uma isolação galvânica entre o circuito de entrada e a CPU. Esta isolação é feita normalmente através de optoacopladores. As entradas de 24 Vcc são geralmente utilizadas quando a distância entre os dispositivos de entrada e o CLP não exceda 50 m. Caso contrário, o nível de ruído pode provocar disparos acidentais. 3. CLPs: CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS São aquelas que trabalham com apenas dois estados possíveis, ligado ou desligado (0 ou 1), e alguns dos exemplos de dispositivos que podem ser ligados a elas são: A entrada digital com fonte externa é o tipo mais utilizado. Também neste caso, a característica da fonte de alimentação externa dependerá da especificação do módulo de entrada. Observe que as chaves que acionam as entradas situam-se no campo. 41 Automação Industrial - SENAI-RJ b) Entradas analógicas As interfaces de entrada analógica permitem que o CLP possa manipular grandezas analógicas, enviadas normalmente por sensores eletrônicos. As grandezas analógicas elétricas tratadas por estes módulos são normalmente tensão ou corrente. No caso de tensão, a faixa de utilização mais utilizada é: 0 a 10 Vcc, e no caso de corrente, a faixa utilizada é: 4 a 20 mA. Os principais dispositivos utilizados com as entradas analógicas são: Sensores de pressão manométrica; Sensores de pressão mecânica (strain gauges – utilizados em células de carga); Taco-geradores, para medição de rotação de eixos; Transmissores de temperatura; Termopares; etc. Uma informação importante a respeito das entradas analógicas é a sua resolução. Esta é normalmente medida em bits. Uma entrada analógica com um maior número de bits permite uma melhor representação da grandeza analógica. Por exemplo: Uma placa de entrada analógica de 0 a 10 Vcc com uma resolução de 8 bits permite uma sensibilidade de 39,2 mV, enquanto que a mesma faixa em uma entrada de 12 bits permite uma sensibilidade de 2,4 mV e uma de 16 bits permite uma sensibilidade de 0,2 mV. Este tipo de entrada trabalha numa faixa de valores conhecidos. A entrada analógica em corrente é implementada diretamente no transmissor, como mostra o diagrama. A entrada analógica em tensão necessita de um shunt para a conversão do valor de corrente em tensão, como mostra o diagrama abaixo. O valor do resistor shunt dependerá da faixa de saída do transmissor e da faixa de entrada do ponto analógico. Para tal cálculo, utiliza-se a Lei de Ohm (R = V / I). 42 Automação Industrial - SENAI-RJ Tratamento do sinal de entrada A seguir é mostrado um diagrama no qual estão colocados os principais componentes de um cartão de entrada digital de tensão alternada: B.C. – Bornes de conexão: Permite a interligação entre o sensor e o cartão, e geralmente utiliza o sistema plug-in. C.C. – Conversor e Condicionador: Converte em DC o sinal AC, e rebaixa o nível de tensão até atingir valores compatíveis com o restante do circuito. I.E. – Indicador de Estado: Proporciona a indicação visual do estado funcional das entradas. I.EI. – Isolação Elétrica: Proporciona a isolação elétrica entre os sinais vindos e que serão entregues ao processador. 3. CLPs: CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS O tratamento que deve sofrer um sinal de entrada varia em função de sua natureza, isto é, um cartão do tipo digital que recebe sinal alternado, se difere do tratamento de um cartão digital que recebe sinal contínuo e assim nos demais tipos de sinais. I.M. – Interface/Multiplexação: Informa ao processador o estado de cada variável de entrada. Módulos de saída Os módulos ou interfaces de saída adaptam eletricamente os sinais vindos do microprocessador para que possamos atuar nos circuitos controlados. Existem dois tipos básicos de interfaces de saída: as digitais e as analógicas. 43 No que diz respeito às saídas digitais dos CLPs. ATENÇÃO 44 Uma boa prática de todo profissional é ler o manual de instalação dos equipamentos. corrente e polaridade. . Podemos também encontrar saídas digitais a relé. Contatores. Inversores de freqüência. 120 ou 230 Vca). Solenóides. No caso das saídas digitais por tensão de corrente contínua. elas podem trabalhar com cargas de corrente contínua ou alternada. As saídas digitais também podem ser construídas para operarem em corrente contínua ou em corrente alternada (por exemplo. Válvulas. quando for o caso. Nos três casos.Automação Industrial . Podemos com elas controlar dispositivos do tipo: Relés. Relés de estado – sólido. etc. normalmente optoacoplado. elas também são classificadas em tipo N (NPN ou Sink) ou tipo P (PNP ou Source). Nas saídas digitais de corrente alternada geralmente são utilizadas tiristores (por exemplo Triac) no estágio de saída da placa. também é de praxe prover o circuito de um isolamento galvânico. devem ser rigorosamente respeitados os limites de tensão. Neste caso.SENAI-RJ a) Saídas digitais As saídas digitais admitem apenas dois estados: ligado e desligado (0 ou 1). A seguir é mostrado um diagrama no qual estão colocados os principais componentes de um cartão de saída digital de corrente contínua: 3. correspondente a cada cartão. Tratamento do sinal de saída Existem vários tipos de cartões de saída que se adaptam à grande variedade de atuadores existentes.Automação Industrial . No caso de tensão. – Memorizador de Sinal: Armazena os sinais que já foram multiplexados pelo bloco anterior.C. CLPs: CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS Os módulos ou interfaces de saída analógica convertem valores numéricos em sinais de saída em tensão ou corrente. Por este motivo. o sinal de saída gerado de acordo com a lógica de controle deve ser condicionado para atender ao tipo da grandeza que acionará o atuador. Inversores de freqüência. Servomotores C. etc. M.S. e no caso de corrente. – Interface/Multiplexação: Interpreta os sinais vindos da CPU através do barramento de dados.SENAI-RJ b) Saídas analógicas Válvulas proporcionais.M. Estes sinais são utilizados para controlar dispositivos atuadores do tipo: I. 45 . – Isolação Elétrica: Proporciona isolação elétrica entre os sinais vindos do processador e os dispositivos de campo. Motores C. Posicionadores rotativos.El. normalmente 0 a 10 Vcc.. de 4 a 20 mA. I. para os pontos de saída.C. WATCHDOG TIMER: Para garantir.Automação Industrial . Caso não seja acionado. e em caso do valor desta cair abaixo de um limite predeterminado. Circuitos auxiliares São circuitos responsáveis para atuar em casos de falha do CLP.S. B. que pode causar um acidente. no caso de falha do microprocessador. Para que não ocorra um acionamento indevido de uma saída. não é possível prever o estado lógico dos circuitos internos. o circuito é acionado interrompendo o processamento para avisar o microprocessador e armazenar o conteúdo das memórias em tempo hábil. que o programa não entre em loop. que deve ser acionado em intervalos de tempo predeterminados. 46 . – Estágio de Saída: Transforma os sinais lógicos de baixa potência em sinais capazes de operar os diversos tipos de dispositivo de campo. POWER–DOWN: O caso inverso ocorre quando um equipamento é subitamente desenergizado.SENAI-RJ E. ele assume o controle do circuito sinalizando uma falha geral.L. Assim que o microprocessador assume o controle do equipamento esse circuito é desabilitado. Existe um circuito responsável por monitorar a tensão de alimentação. Alguns deles são: POWER ON RESET: Quando se energiza um equipamento eletrônico digital. o que seria um desastre. – Bornes de Ligação: Permite a ligação entre o cartão e o elemento atuador. e utiliza também o sistema plug-in. existe um circuito denominado cão-de-guarda. existe um circuito encarregado de desligar as saídas no instante em que se energiza o equipamento. O conteúdo das memórias pode ser perdido. Por outro lado. podemos visualizar as principais funções na parte frontal do controlador através de LEDs de sinalização que indicam o estado operacional do equipamento. o que habilita o controlador a receber o programa do usuário.Automação Industrial . LED COM (TER) – Este LED indica atividade na porta de comunicação (porta de programação usada pelo TP). cujo função é sinalizar que o CLP está no modo de programação. LED E/S – Indica uma falha nas placas de entrada e saída. 3. pronto para “receber” uma aplicação.SENAI-RJ LEDs de sinalização Sinalizadores mais comuns nos CLPs: LED RUN (EXE) – O estado operacional do controlador pode ser definido através de chaves na parte frontal do próprio CLP (não ilustrado na figura) ou através do terminal de programação (TP). pode-se colocar o CLP no modo de programação. Estas funções normalmente são encontradas independentemente da arquitetura física do controlador. CLPs: CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS De uma forma geral. e uma vez neste estado. LED PROG – Alguns CLPs possuem este sinalizador. isto é. Por exemplo. indicando ausência de bateria ou bateria fraca. Este LED tem a função de sinalizar o estado operacional do CLP. pode-se colocar o CLP em modo de execução por meio de um comando do TP. 47 . se em forma modular ou compacta. se o programa residente na memória está ou não em execução. LED BAT – Este LED sinalizador serve para indicar falha no sistema de bateria (backup). o CLP executará o programa do usuário. isto é. ou seja. e neste caso o processamento pára. ficando o usuário com acesso somente aos conectores do sistema de entrada e saída. podemos ter dois tipos de estrutura: Compacta – em que todos os componentes são colocados em uma única estrutura física. Nem sempre o acendimento deste sinalizador irá parar o processamento.Automação Industrial . o processador. a memória. assim como. OBS. LED de WATCHDOG – Indica um erro de tempo de watchdog. Tipos de CLPs As partes principais (processador.SENAI-RJ LED ERR (ERRO) – Indica um erro de configuração ou de processamento. memória. Assim. isto é. dependendo de como estas partes estão fisicamente organizadas. Este tipo de estrutura é normalmente empregado para CLPs de pequeno porte. o número de sinalizadores. A forma de sinalização varia. 48 . OBS. dependendo da marca e do modelo do CLP. a fonte e o sistema de entrada/saída são colocados em um gabinete. circuitos auxiliares e às vezes a fonte de alimentação) formam o que chamamos de CPU (Unidade Central de Processamento) do CLP. CLPs: CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS Modular – em que cada componente ou um conjunto deles é colocado em um módulo. interpretando e executando um conjunto de instruções conhecidas como programa executivo ou monitor. O processador do CLP coordena as atividades do sistema. O sistema de entrada/saída é decomposto em módulos de acordo com suas características. Este programa realiza um papel similar ao sistema operacional de um microcomputador. Podemos ter processador e memória em um único módulo com fonte separada ou então estas três partes juntas em um único gabinete. O programa executivo se encontra armazenado em memórias não-voláteis e é considerado como parte do sistema. Todas as funções relacionadas com a operação do CLP estão definidas no programa executivo. um dispositivo conectado a circuitos auxiliares. podemos concluir que o processador é. com a diferença de ser exclusivamente para controle e monitoração do CLP. formando uma configuração de médio e grande porte. Existem funções básicas que são encontradas em qualquer controlador e outras funções que são consideradas especiais e constituem o diferencial entre CLPs de linhas ou fabricantes diferentes. Em uma análise mais detalhada. Entre as funções básicas encontram-se: 49 . Estes módulos são então colocados em racks. na verdade.SENAI-RJ Funcionamento Ciclo de varredura da CPU O Processador do CLP é o elemento responsável pelo gerenciamento e processamento das informações do sistema. tais como memórias. circuitos de temporização e interface. Este processador expressa a complexidade e a capacidade do controlador.Automação Industrial . 3. etc. A região da memória utilizada para armazenar estas informações é chamada de memória imagem das entradas. O CLP tem uma forma particular de trabalhar que caracteriza o seu funcionamento. O controlador opera executando uma seqüência de atividades definidas e controladas pelo programa executivo. chamado de Ciclo de Varredura (Scan). o processador do CLP endereça o sistema de E/S. As lógicas que possuem saídas internas serão armazenadas na área 50 . dependendo do estado obtido (ponto energizado equivale ao binário “1” e ponto desenergizado ao binário “0”). Atualização das saídas externas. Na fase de execução da lógica programada pelo usuário. bateria. Comunicação: implementação de diversos tipos de protocolos. obtém os estados dos dispositivos que estão conectados e armazena estas informações. Execução da lógica programada. Modo de operação: em execução (run) e parado (stop). Nesta fase. checksum.SENAI-RJ Diagnósticos: watchdog. o processador do CLP consulta a memória imagem para obter os estados dos dispositivos. os resultados das lógicas programadas cujas saídas tenham um ponto correspondente no rack de saída são armazenados em uma área de memória que é chamada de memória imagem de saída. que consiste em: Leitura das entradas externas. nas quais representamos na forma de bits “1” ou “0”. Na fase de leitura das entradas. Este modo de operação ocorre em um ciclo.Automação Industrial . Durante a execução da lógica programada. clock. Interrupção A interrupção do ciclo de varredura para atualização pode ocorrer de duas maneiras: a) Interrupção para entrada imediata: o ciclo é interrompido para leitura de módulos de entrada. etc. tais como em sensores eletrônicos por pulsos. 3. O tempo necessário para a varredura varia de controlador para controlador e depende de muitos fatores (tamanho da palavra. o processador opera com informações obtidas da memória.). e na quantidade de entradas/saídas. o ciclo é reiniciado e a operação continua enquanto se mantém o controlador no modo de execução (Run). entradas com freqüência acima de 10 Hz. o processador de CLP executa uma varredura na memória imagem de saída e atualiza as saídas externas. endereçando o sistema de E/S para atualizar o estado dos dispositivos externos de acordo com o resultado da lógica programada. instruções programadas. normalmente instruções booleanas. Qualquer outra função programada aumenta este tempo de varredura.Automação Industrial . CLPs: CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS correspondente.SENAI-RJ Na fase de atualização de saídas. Em aplicações de alta velocidade. A seguir. dentro do mesmo ciclo. 51 . Após a leitura ocorre a atualização da tabela imagem das entradas com os pontos selecionados e o programa prossegue normalmente. se for necessário a referência a uma saída qualquer. Este processo de varredura pode ser inadequado para entradas rápidas. Neste caso devemos utilizar funções especiais do CLP para interromper a varredura do programa e atualizar o estado de uma entrada ou de uma saída imediatamente. O fabricante especifica este tempo baseado na quantidade de instruções. esta memória é consultada. Este processo é realizado por software e também está limitado à execução do programa do usuário. é aconselhável o uso de módulos específicos (contadores de alta velocidade). isto é. Observe que durante esta fase não é feita nenhuma referência a pontos externos (entrada ou saída). que já possui os resultados correntes e escreve no endereço do módulo de saída referenciado na instrução. d) Modificação de instruções já existentes. Terminal de programação (TP) O terminal de programação é um dispositivo periférico que é conectado temporariamente ao CLP. um terminal que só tem utilidade como programador de um determinado fabricante de CLP. Neste periférico.Automação Industrial .SENAI-RJ b) Interrupção para saída imediata: após a execução de uma lógica pode ser necessário atualizar imediatamente as saídas externas. poderão ser realizadas funções como: a) Elaboração do programa do usuário. e) Monitoração do programa do usuário. programa-se uma Instrução de Saída Imediata para atualizar o estado externo. através de uma linguagem. será feita a codificação das informações vindas do usuário numa linguagem que possa ser entendida pelo processador de um CLP. 52 . c) Introdução de novas instruções. ou um software que transforma um computador pessoal em um programador. Dependendo do tipo de terminal de programação (TP). b) Análise do conteúdo dos endereços de memória. f) Cópia do programa do usuário em disco ou impressora. na maioria das vezes de fácil entendimento e utilização. ou seja. Neste caso. e permite introduzir o programa do usuário e configuração do sistema. Observe que o processador acessa a memória imagem de saída. Pode ser um equipamento dedicado. Outra grande vantagem é a utilização de softwares cada vez mais interativos com o usuário. além da grande vantagem de ter. o CLP nunca será capaz de fazer a aquisição deste sinal corretamente. Estes terminais são compostos por um teclado. Esta interrupção desvia a execução do programa para uma sub-rotina especial que pode ou não ser programada pelo usuário. que tem a função de apresentar as informações e condições do processo a ser controlado. com o advento da utilização de computadores pessoais. após o período de implantação e eventuais manutenções. O custo deste hardware (PC) e software é bem menor do que o de um terminal dedicado. este tipo de terminal caiu em desuso. gera uma interrupção no processador do CLP. utilizando todo o potencial e recursos de software e hardware disponíveis neste tipo de computador. o PC disponível para outras aplicações comuns a um computador pessoal. resultando em um mau funcionamento da aplicação.SENAI-RJ O tempo de varredura é uma consideração importante na seleção do CLP. 53 . para introdução de dados/instruções. CLPs: CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS Além das duas maneiras mais usuais apresentadas acima. Ele indica a velocidade com que o CLP pode reagir às entradas de campo e resolver corretamente a lógica de controle. a varredura normal do programa do usuário pode ser alterada por uma entrada especial que. e por um monitor. já que sua maior utilização se dá na fase de projeto e implantação da lógica de controle. tendo sofrido uma variação no seu estado. Os terminais de programação podem ser classificados em: a) Terminal dedicado ou implementado: Tem como grandes desvantagens seu custo elevado e sua baixa taxa de utilização. Por exemplo. b) Terminal não dedicado: A utilização de um computador pessoal (PC) como terminal de programação é possível através da utilização de um software aplicativo dedicado a esta função. tem-se a vantagem da utilização de um micro de uso geral realizando o papel do programador do CLP.Automação Industrial . 3. Neste tipo de terminal. Como no caso dos terminais portáteis. se um CLP tem um tempo de varredura de 50 m/s e necessita monitorar um sinal de entrada que pode mudar de estado a cada 20 m/s. Alguns CLPs possibilitam a apresentação do programa do usuário em uma ou mais formas.Automação Industrial . através da qual o usuário irá escrever sua aplicação (programa). já que é possível executar todas as funções de programação em ambiente mais amigável. A maioria dos programadores portáteis é conectada diretamente ao CP através de uma interface de comunicação (serial). OBS. que vai coordenar e seqüenciar as operações que o CLP deve executar. Normalmente podemos programar um CLP através de um software que possibilita a sua apresentação ao usuário em quatro formas diferentes: a) Linguagem LADDER. 54 . Pode-se utilizar a fonte interna do CP ou possuir alimentação própria através de bateria. assim como a posição da memória endereçada. c) Linguagem IL (Instruction List). A linguagem de programação é uma ferramenta necessária para gerar o programa. é necessária a utilização de uma linguagem de programação. b) Linguagem FBD (Function Block Diagram). e) Linguagem GRAFCET.SENAI-RJ c) Terminal portátil dedicado: Geralmente são compostos por teclas que são utilizadas para introduzir o programa do usuário. Linguagens de programação Na execução de tarefas ou resolução de problemas utilizando CLP. Os dados e as instruções são apresentados num display que fornece sua indicação. d) Linguagem ST (Structured Text). Com o advento dos computadores pessoais portáteis (laptop). estes terminais estão perdendo sua função. com todas as vantagens do equipamento portátil. Utiliza instruções que executam operações ou funções lógicas simples. e blocos de operações lógicas ou aritméticas pré-programadas. 3. mas sim como um esquema elétrico clássico. Assim. 55 . tais como E (AND) lógico. e funções pré-programadas (temporizadores. registros). registros. também designada por linguagem “ladder”. Utiliza os símbolos gráficos dos contatos normalmente fechados e normalmente abertos e das bobinas. etc. CLPs: CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS A linguagem de contatos. Nas redes de contatos podem ser inseridos blocos de funções temporizadores. contadores.. etc. OU (OR) lógico. passo a passo. contadores. utilizada para sistemas de automação simples comandados por nanoCPs ou micro-CPs. Linguagem IL (Instruction List) Esta linguagem “lista de instruções” baseia-se nas regras da álgebra booleana. sobretudo. é uma linguagem totalmente gráfica.Automação Industrial . OU EXCLUSIVO (XOR). um programa em linguagem de contatos não se apresenta sob a forma de uma lista de instruções.SENAI-RJ Linguagem LADDER Linguagem FBD (Function Block Diagram) Mesma linguagem utilizada em lógica digital. apropriada para o tratamento lógico simples de tipo combinatório. Esta linguagem é.. em que sua representação gráfica é feita através das chamadas portas lógicas. gráfica e estruturadamente. manipulações de tabelas de dados. tais como testes ou ações sobre bits. tais como operações lógicas ou aritméticas. 56 . que proporciona inúmeras opções: programação de função simples. e as condições. o funcionamento de um sistema de automação seqüencial. Resulta de um método de análise baseado na noção de etapas e de transições. As ações estão associadas às etapas. etc. Linguagem GRAFCET A linguagem GRAFCET permite representar. às transições.Automação Industrial . e também programação de funções mais complexas. palavras e blocos de funções. relacionadas por ligações orientadas.SENAI-RJ Linguagem ST (Structured Text) Texto estruturado é uma linguagem evoluída. NO). em várias representações.NOT).AND) e o bloco PARALELO (função OU .OR). bloco NF (função NÃO . Veremos em detalhe cada bloco. bloco SÉRIE (função E . que pode ser representado: BLOCO NF (NORMALMENTE FECHADO). 57 .SENAI-RJ Instruções e blocos básicos BLOCO NA (NORMALMENTE ABERTO). que pode ser representado: 3.Automação Industrial . CLPs: CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS Os blocos básicos ou fundamentais nas linguagens de programação são: bloco NA (função SIM . que pode ser representado: BLOCO SÉRIE (FUNÇÃO E). Automação Industrial . 58 . que pode ser representado: BLOCO SÉRIE NA-NF BLOCO PARALELO NA-NF Instruções e blocos especiais BLOCO OU INSTRUÇÃO SET (SETAR): Esta instrução força o estado de uma saída ou memória a ficar ativada.SENAI-RJ BLOCO PARALELO (FUNÇÃO OU). 59 .Automação Industrial . após certo número de eventos.SENAI-RJ BLOCO OU INSTRUÇÃO RESET .RST (RESETAR): Esta instrução força o estado de uma saída ou memória a ficar desativada. 3. CLPs: CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS BLOCO OU INSTRUÇÃO TIMER .C (CONTADOR): Esta instrução serve para ativar uma saída ou memória.T (TEMPORIZADOR): Esta instrução serve para ativar uma saída ou memória após certo período de tempo. BLOCO OU INSTRUÇÃO COUNTER . Automação Industrial .ORB (OR BLOCK): A instrução ORB não tem parâmetro físico de contato. em paralelo com várias outras seqüências de lógica AND. 60 . É uma ferramenta para criação de funções AND complexas. É uma união de múltiplas seqüências de lógicas OR /ORI em série. A sua omissão causa um desperdício de tempo de processamento. BLOCO OU INSTRUÇÃO ANB (AND BLOCK): A instrução ANB não tem um parâmetro físico de contato. BLOCO OU INSTRUÇÃO . mesmo que o programa do usuário não a ocupe totalmente. É uma seqüência de lógicas AND. caso contrário. A função ORB é uma ferramenta de programação para a criação de funções OR complexas. o programa monitor irá varrer toda a memória.SENAI-RJ BLOCO OU INSTRUÇÃO END (FIM): Esta instrução serve para avisar o programa monitor o final do programa do usuário. contadores e temporizadores. CLPs: CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS BLOCO OU INSTRUÇÃO MOVER . BLOCO OU INSTRUÇÃO RENOVAÇÃO e FILTRO .MOV: Esta instrução é utilizada para movimentar dados entre registradores. 61 .REF: Esta instrução é utilizada para gerar a imagem das entradas ou saídas no bloco de memória antes da instrução END.Automação Industrial . BLOCO OU INSTRUÇÃO RENOVAÇÃO (Refresh) . ou seja. 3.CMP: Esta instrução é utilizada para comparar valores de contadores.REFF: Esta instrução é utilizada para filtrar o sinal de entrada.SENAI-RJ BLOCO OU INSTRUÇÃO COMPARAÇÃO . evitar que ruídos ativem a entrada (0 a 60 milissegundos ). registradores e temporizadores. Exemplo de um circuito de comando em mais de uma representação: 62 .Automação Industrial .ALT: Esta instrução é utilizada para configurar uma saída em FLIP-FLOP.SENAI-RJ BLOCO OU FUNÇÃO ALTERNAR . O que são circuitos auxiliares? Explique pelo menos um deles. CLPs: CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS Cite 5 vantagens do uso de CLP. Quais os principais símbolos de programação de um CLP? 3. O que são módulos de saída? Como são divididos estes módulos. O que são módulos de entrada? Como são divididos estes módulos.SENAI-RJ Praticando O que são Controladores Lógicos Programáveis? Desenhe a arquitetura básica de um CLP. O que você entende por Unidade Central de Processamento.Automação Industrial . 63 . O que é um terminal de programação (TP)? Cite os tipos de terminais de programação. . sem destruição ou imprecisão. Faixa de atuação É o intervalo de valores da grandeza em que pode ser usado o sensor. em que os desvios são aceitáveis. Histerese É a distância entre os pontos de comutação do sensor. Quanto maior. Os sensores não-lineares são usados em faixas limitadas. Os sensores mais usados são os mais lineares. Sensibilidade É a distância entre a face do sensor e o atuador no instante em que 65 .SENSORES São dispositivos que têm a função de detectar uma mudança no meio e assim informar essa mudança. e nos instrumentos de medição. que freqüentemente estão associados aos sistemas de controle de malha aberta (não automáticos).SENAI-RJ 4 .Automação Industrial . que corrigem o sinal. ou com adaptadores especiais. conferindo mais precisão ao sistema de controle. Características fundamentais dos sensores para automação O sinal de um sensor pode ser usado para detectar e corrigir desvios em sistemas de controle. orientando o usuário. quando um atuador dele se aproxima e se afasta. sendo caracterizados por: Linearidade É o grau de proporcionalidade entre o sinal gerado e a grandeza física. mais fiel é a resposta do sensor ao estímulo. são utilizados mais especificamente em automação de processos. Esta área é definida pela superfície do núcleo e corresponde aproximadamente à superfície da área externa deste núcleo. também elementos de campo. 66 . Distância sensora Distância em que se aproximando o acionador da face sensora. temperatura de operação e tensão de alimentação. Distância sensora nominal Distância sensora teórica.Automação Industrial . os transdutores são elementos de campo mais utilizados para controle.SENAI-RJ ocorre à comutação. Freqüência de comutação Corresponde à quantidade máxima de comutações por segundo. o sensor muda o estado da saída. Baseados nas características operacionais de cada dispositivo. Fator de correção Fornece a redução da distância sensora em presença de materiais cujas características apresentam desvios em relação ao ferro Fe 360 (definido pela ISO 630). cujo lado é igual ao diâmetro do sensor. enquanto que os sensores. É o valor em que os sensores de proximidade são especificados. Superfície ativa É a superfície através da qual o campo eletromagnético de alta freqüência se irradia no meio externo. As medidas na tabela são determinadas para um atuador de chapa de aço quadrada com 1 mm de espessura. a qual utiliza um alvo-padrão como acionador e não considera as variações causadas pela industrialização. que ao ser acionado ativa as entradas dos equipamentos de controle. sem contato físico. é possível ter uma visão geral dos sensores a serem abordados: Visão geral das famílias de sensores e seus principais tipos: Indutivos Capacitivos Sensores Tipo Princípio de funcionamento Proximidade Geração de campo eletromagnético em alta freqüência Proximidade Geração de campo magnético desenvolvido por oscilador Ópticos 4.Automação Industrial . por proximidade ou aproximação. 67 . SENSORES Família Transmissão e recepção de luz infravermelha Difusão Retroreflexivo que pode ser refletida ou interrompida por Ultra-sônicos Barreira um objeto a ser detectado Difusão Reflexivo Barreira Transmissão ou recepção de onda sonora que pode ser refletida ou interrompida por um objeto a ser detectado Sensores de proximidade Os sensores de proximidade são dispositivos construídos para detectar a presença ou passagem de materiais metálicos ou não-metálicos.SENAI-RJ De acordo com a tabela a seguir. Esta detecção é feita pela face sensora do sensor. à velocidade do movimento e ao número de voltas do fio da bobina. quando um material ferromagnético é aproximado de um imã permanente. uma corrente poderá ser induzida no condutor. Assim que o campo magnético passa pela bobina.SENAI-RJ Sensores indutivos Dispositivos de indução operam segundo o princípio de que havendo um movimento relativo entre um campo magnético e um condutor. ele induz nessa mesma bobina uma tensão que é proporcional à intensidade do campo magnético. Por exemplo. fazendo com que o fluxo seja redirecionado para passar através do material. o campo que circunda o imã aumenta em intensidade. Usualmente. Um caminho de baixa relutância é um bom condutor magnético. a) Princípio de funcionamento Geração de um campo eletromagnético de alta freqüência. o condutor é um fio.Automação Industrial . 68 . e esse fio é enrolado de tal maneira a produzir uma bobina. que é desenvolvido por uma bobina ressonante instalada na face sensora. A relutância em circuitos magnéticos é o equivalente à resistência em circuitos elétricos. grades e elevadores Gerador de pulsos por ex. Os sensores de proximidade indutivos são equipamentos eletrônicos capazes de detectar a aproximação de peças. por correntes de superfície. b) Aplicações Posicionar por ex. para monitoramento de repouso. diminuindo a amplitude do sinal gerado no oscilador.SENAI-RJ A bobina faz parte de um circuito oscilador. em máquinas de produção automáticas. e sentido de rotação Sensores capacitivos 69 .Automação Industrial . Esta diminuição do valor original aciona o estágio de saída. esteiras de transporte Sensor de proximidade por ex. aumentando a vida útil do sensor por não possuir peças móveis sujeitas a desgastes mecânicos. A detecção ocorre sem que haja o contato físico entre o acionador e o sensor. portões. componentes. em substituição às tradicionais chaves fim de curso. absorve a energia do campo. 4. em equipamentos de seleção. elementos de máquinas. dispositivos de fixação Contador por ex. ele. SENSORES Quando um metal aproxima-se do campo. que em condição normal (desacionada) gera um sinal senoidal. ele entra no campo elétrico sob a superfície do eletrodo e causa uma mudança na capacitância do conjunto. força e pressão.SENAI-RJ A capacitância depende da área das placas. usando um sensor de distância entre as placas. Há também o sensor por diferença de capacitância. 70 . Este método é usado em sensores de posição. suportando a placa móvel. desenvolvido por um oscilador controlado por capacitor. será proporcional ao deslocamento entre as placas. da constante dielétrica do meio. A variação na capacitância pode ser convertida num desvio na freqüência de um oscilador. d: C = er A / d Nos sensores capacitivos podemos variar qualquer destes fatores.Automação Industrial . sendo mais prático alterar a distância entre uma placa fixa e uma móvel. neste caso e. O desvio de tensão será inversamente proporcional ao desvio na capacitância. como no capacitor variável de sintonia) se mover em direção à outra fixa. havendo uma mola ou diafragma circular suspenso por borda elástica (como o cone de um alto-falante). ocorrendo uma oscilação com uma amplitude tal que seja detectada por um circuito e convertida em um comando de chaveamento. O lado sensível de um sensor capacitivo é formado por dois eletrodos metálicos dispostos concentricamente que se equivalem a um capacitor. e da distância entre as placas. er. que é um capacitor duplo. ou a área. com duas placas fixas e uma móvel no centro. a) Princípio de funcionamento Baseia-se na geração de um campo elétrico. ou num desvio do equilíbrio (tensão) numa ponte feita com dois capacitores e dois resistores. fazendo uma placa móvel cilíndrica ou em semicírculo (ou várias paralelas. A. Quando um objeto se aproxima da face ativa do sensor. As superfícies dos eletrodos são conectadas em uma ramificação de alimentação de um oscilador de alta freqüência sintonizado de tal maneira que não oscilem quando a superfície está livre. alimentada com corrente alternada. De acordo com a aplicação. Ambiente (umidade. similar à usada nos sensores indutivos. A dimensão da lateral da placa é igual à dimensão da face sensora. um ajuste da sensibilidade poderá ser necessário. deve-se tomar a precaução de o aumento da sensibilidade não colocar o produto em uma faixa crítica de funcionamento. vidro. O aumento da sensibilidade corresponde a um alongamento da histerese de comutação. Caso haja variações acentuadas do meio ambiente. Manutenção ou diminuição da sensibilidade para os objetos de forte influência (er elevado): metais. que permitem eliminar as influências das variações do meio. plástico. dependendo de: 4. Os sensores capacitivos possuem eletrodos de compensação. poluição). Uma regulagem nominal da sensibilidade é efetuada em fábrica. 71 . líquidos.SENAI-RJ A distância nominal é definida por uma placa quadrada de aço doce com 1 mm de espessura. papelão.Automação Industrial . (er baixo): papel. SENSORES b) Características técnicas e aplicações Aumento da sensibilidade para os objetos de fraca influência. A carga só será energizada quando o acionador entrar na região de sensibilidade do sensor. podemos ter uma saída normalmente aberta e outra normalmente fechada.SENAI-RJ Classes de saídas dos sensores Os sensores de proximidade possuem diferentes classes de saída. Normalmente Aberto .NA Onde o transistor de saída está normalmente cortado. pois o transistor de saída está fechado (saturado). A carga só será desenergizada quando o acionador entrar na região de sensibilidade do sensor. ou seja: com o sensor desatuado (sem o acionador na região de sensibilidade). pois o transistor de saída está aberto (cortado). a) 2 Condutores 72 . Saída Reversora Em um mesmo sensor. a carga está energizada. que permutam quando o sensor é acionado. A configuração elétrica em corrente contínua é muito usual na área de automação de processos.Automação Industrial . o que chamamos de configuração elétrica do sensor.NF Onde o transistor de saída está normalmente saturado. e sempre deve ser a primeira opção durante o projeto. Normalmente Fechado . ou seja: com o sensor desatuado (sem o acionador na região de sensibilidade). a carga está desenergizada. conhecido como NPN. SENSORES c) 4 Condutores Os sensores de proximidade de corrente contínua são alimentados por uma fonte em CC. ainda. dois tipos de transistor de saída: um que chaveia o terminal positivo da fonte de alimentação.Automação Industrial . Existem.SENAI-RJ b) 3 Condutores Configuração de saída do tipo PNP e NPN com 3 condutores 4. Possuem no estágio de saída um transistor que tem como função chavear (ligar e desligar) a carga conectada ao sensor. conhecido como PNP. 73 . e um que chaveia o negativo da fonte. Automação Industrial . Sensores reflexivos O transmissor e o receptor são montados em uma única unidade. O feixe de luz chega ao receptor após a incidência em um espelho e o acionamento da saída ocorre quando o objeto interrompe o feixe. 74 . a) Tipos Difusão O transmissor e o receptor são montados na mesma unidade.SENAI-RJ Sensores ópticos Baseiam-se na transmissão e recepção de luz infravermelha. que pode ser refletida ou interrompida pelo objeto a ser detectado. sendo que o acionamento da saída ocorre quando o objeto a ser detectado entra na região de sensibilidade e reflete para o receptor o feixe de luz emitido pelo transmissor. SENAI-RJ Sensor reflexivo em um espelho de 3 vias 4. SENSORES Barreira Condutores de fibra óptica 75 .Automação Industrial . Automação Industrial .SENAI-RJ Laser com saída analógica Marca cor Fenda Cor 76 . SENSORES Contagem de garrafas utilizando sensor difuso Contagem de CI's usando um sensor de fibra ótica Controle de tampas usando um sensor de fibra ótica do tipo barreira Medição do comprimento de rolo em mesa de corte com um sensor de fibra ótica de barreira 77 .Automação Industrial .SENAI-RJ b) Exemplos de aplicações: Controle de rasgos no rolo de tear usando um sensor difuso 4. acionando a saída do sensor. Definição da faixa de medição b) Alinhamento angular 78 .Automação Industrial .SENAI-RJ Sensores ultra-sônicos a) Princípio de funcionamento O sensor emite pulsos cíclicos ultra-sônicos que refletidos por um objeto incidem no receptor. SENAI-RJ c) Alinhamento angular – Aplicação 4.Automação Industrial . SENSORES d) Formas de atuação e) Zonas livres 79 . cor. Detecção de objetos pequenos em longa distância. – para saída da distância de objeto de forma digital ou analógica. intensidade de luz e contrastes ópticos Insensível a poluição.25 mm Freqüência 1000 Hz Sensível a turbulências atmosféricas e temperatura Insensível a turbulências atmosféricas e temperatura . g) Comparação entre sensores de proximidades ultra-sônicos e ópticos Ultra-sônico Óptico Características típicas 80 Ponto de operação independente da superfície de materiais. formas e cores. intensidade de luz e contrastes ópticos Ponto de operação dependente da superfície de materiais. Detecção de objetos de diferentes materiais. Funcionamento constante sem manutenção. cor. Pode ser usado: – como sensor de proximidade com supressão de fundo.SENAI-RJ f) Vantagens Para detecção de objetos a distância determinada. por isso necessita de manutenção Exatidão > 0. por isso não necessita de manutenção Exatidão > 1 mm Freqüência 8 Hz Sensível a poluição.Automação Industrial . – como barreira de reflexão. translúcido. opaco. Distância sensora SN 2. não-ferroso. Material a ser detectado: – Metal (ferroso.Automação Industrial . NF ou NANF 4. SENSORES Como especificar um sensor 1. Tensão de alimentação: Vca / Vcc Tipos de saída: CA CC PNP NPN Saídas: NA.SENAI-RJ h) Exemplos de aplicações 4. transparente) – Não-metal 81 . Automação Industrial . Temperatura de operação ambiente: ºC 8. umidade/névoa 9. óleo. Dimensões do alvo: – Diâmetro – Final alvo: brilhante/escuro 6. conector 7.SENAI-RJ 5. Conexão elétrica: cabo. Ambiente: poeira. Detecção cores: – Proteção contra água – Tipo de excitação: LO e DO 82 . etc. da posição e da velocidade de um móvel é um problema normalmente encontrado em um grande número de máquinas e instalações: mesas e carrinhos com pinos-suporte em centros de usinagem. e medição das grandezas acima mencionadas de forma direta ou indireta. sensores indutivos e ópticos) aplicam-se satisfatoriamente a um grande número de soluções: captores dispostos em lugares fixos predeterminados. Esses pulsos gerados podem ser usados para determinar velocidade. distância. controle de velocidade e posicionamento de motores elétricos. encontram seus limites quando o número de posições a controlar se torna muito grande ou quando a velocidade de deslocamento atinge uma freqüência de contagem incompatível com as características dos captores.Automação Industrial . Estes sistemas. máquinas de corte e estampagem. rotação.ENCODERS O controle do deslocamento. posição ou direção. taxa de aceleração. mesas rotativas. codificação da posição por cames lidos por sensores colocados sobre o objeto. eixos de robôs. contagem dos impulsos liberados por um detector na passagem sobre cames ou acionado por uma roda dentada. entretanto. Os sistemas de detecção convencionais (interruptores de posição. As principais aplicações dos encoders são em: eixos de máquinas-ferramentas CNC. posicionamento de antenas parabólicas. O encoder é um transdutor que converte um movimento angular ou linear em uma série de pulsos digitais elétricos. 83 . carrinhos de manutenção.SENAI-RJ 5 . telescópios e radares. precisão na parada. Velocidade de deslocamento elevada. Ligado mecanicamente a uma árvore que o movimenta. A luz emitida pelos diodos emissores de luz (LED) chega aos fototransistores cada vez que ela atravessa a zona transparente do disco. seu eixo faz girar um disco que tem uma sucessão de zonas opacas e transparentes. 84 . Os fototransistores geram então um sinal elétrico que é amplificado e convertido em sinal de onda quadrada antes de ser transmitido para a unidade de tratamento. adaptação dos pontos de redução de velocidade sem intervenção física sobre a máquina. todas estas possibilidades oferecidas pelos encoders permitem otimizar os tempos de transferência e contribuem assim. Existem dois tipos de encoders ópticos rotativos: a) os encoders incrementais (chamados geralmente de geradores de impulsos) e b) os encoders absolutos de volta simples ou volta múltipla.Automação Industrial .SENAI-RJ Com os encoders ópticos rotativos. de maneira significativa para satisfazer aos imperativos da melhoria da produtividade e da flexibilidade no domínio da produção industrial. o posicionamento de um objeto é inteiramente governado pelo sistema de tratamento e não mais realizado fisicamente por captores distribuídos sobre a máquina ou a instalação. Encoders ópticos rotativos Um encoder óptico rotativo é um captor angular de posição. Veja um exemplo na figura abaixo. o encoder gera certa quantidade de pulsos elétricos por uma revolução dele próprio (no caso de um encoder rotativo). ENCODERS O encoder incremental fornece normalmente dois pulsos quadrados defasados em 90º. Um outro sinal chamado de Z ou zero também está disponível e ele dá a posição absoluta “zero” do encoder. enquanto que a leitura dos dois canais fornece também o sentido do movimento. Este sinal é um pulso quadrado em que a fase e a largura são as mesmas do canal A. que são chamados usualmente de canal A e canal B. A resolução do encoder incremental é dada por pulsos/revolução (normalmente chamado de PPR). A leitura de apenas um canal fornece somente a velocidade. um encoder fornecendo 1024 pulsos/revolução geraria um pulso elétrico a cada 0. Por exemplo.SENAI-RJ Encoders incrementais 5.35º mecânicos. isto é. Para determinar a resolução basta dividir o número de pulsos por 360º.Automação Industrial . 85 . como é o caso do incremental. não se precisa ir até a posição zero para saber a sua localização. no momento da variação entre dois códigos. excentricidade das janelas. nos encoders incrementais são disponibilizados. Quando voltar a energia ao sistema. Se nós pegarmos como exemplo dois códigos consecutivos binários como 7 (01112) e 8(10002). O sincronismo e a aquisição da posição. Normalmente. B e Z. enquanto a posição do encoder absoluto é determinada pela leitura de um código e este é único para cada posição do seu curso. além dos sinais A. O código é extraído diretamente do disco (que está em rotação). não se faz necessário nenhum tipo de conversão para se obter a posição real do encoder. os encoders absolutos não perdem a real posição no caso de uma eventual queda da tensão de alimentação (até mesmo se deslocados). excentricidade do disco. notaremos que as variações de zero para um e um para zero ocorrem em todos os bits. 86 . temperatura de operação e nos próprios componentes transmissores e receptores de luz. isto é. O encoder absoluto possui um importante diferencial em relação ao encoder incremental: a posição do encoder incremental é dada por pulsos a partir do pulso zero. O código mais empregado é o binário. B e Z. conseqüentemente. os sinais complementares. O código de saída é utilizado para definir a posição absoluta do encoder. ambos utilizam o princípio das janelas transparentes e opacas. pois este é facilmente manipulado por um circuito relativamente simples e. Encoders absolutos O princípio de funcionamento de um encoder absoluto e de um encoder incremental é bastante similar. a posição é atualizada e disponibilizada para ele (graças ao código gravado no disco do encoder) e. tornam-se muito difíceis. e uma leitura feita no momento da transição pode resultar em um valor completamente errado.SENAI-RJ A precisão do encoder incremental depende de fatores mecânicos. elétricos e ambientais. com isso. com estas interrompendo um feixe de luz e transformando pulsos luminosos em pulsos elétricos. A. com isso. que são: erros na escala das janelas do disco. erro introduzido na leitura eletrônica dos sinais.Automação Industrial . Robô ou até mesmo circuitos dedicados com microcontroladores.096 combinações. como podemos verificar na tabela abaixo. Binário Gray 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 0000 0001 0011 0010 0110 0111 0101 0100 1100 1101 1111 1110 1010 1011 1001 1000 5. CNC. Fazendo algumas contas.SENAI-RJ Para solucionar esse problema é utilizado um código binário chamado “Código Gray”. 87 .Automação Industrial . este tem que enviar os pulsos ou os valores de contagem através de um circuito eletrônico de saída do sinal para que a posterior interpretação dos dados seja feita por uma placa de um CLP. Tipos de saídas de sinal Independentemente do tipo de encoder a ser utilizado. se ele tiver no seu disco (encoder rotativo) 12 faixas para o código Gray. isto é. que tem a particularidade de na comutação de um número para outro somente um bit ser alterado. concluíremos que o encoder gera uma combinação de códigos a cada 0. perfazendo um total de 4. então terá 212 combinações possíveis. ENCODERS Decimal A resolução do encoder absoluto é dada por contagem/revolução.0879º ou 0º8m79s. 88 . CAN. entre os quais podemos citar: NPN e NPN Coletor aberto: É composto apenas por um transistor do tipo NPN e um resistor na configuração pull-up. Profibus. por exemplo: Interbus. Quando dimensionado corretamente. Esse circuito é similar à lógica TTL. o qual polariza o transistor em seu ponto quiescente. e por essa razão é considerado compatível com ela. e no corte a tensão de saída fica próximo à tensão de alimentação. Nos encoders absolutos existe uma grande quantidade de fios a serem conectados.Automação Industrial . A escolha para essas redes de campo deve-se ao fato de que com elas há uma economia de cabos circulando entre o campo e seu painel elétrico.SENAI-RJ A tendência hoje é a utilização de encoder com saída para rede Fieldbus como. temos diversos circuitos de saída de sinal. Quando não utilizamos o Fieldbus (ainda é a grande maioria das vezes). e com o uso do Fieldbus diretamente ao encoder não precisamos de tais conexões. Device Net. na saturação do transistor a saída chega aproximadamente a 0 V. pela freqüência dos pulsos a serem transmitidos e pelo aumento da carga. e por isso seu emissor está no positivo da fonte. 5. Assim. para uma aplicação ideal esses parâmetros devem ser levados em consideração. que é do tipo PNP. permitindo que se obtenham diferentes níveis de sinais na carga (figura abaixo). ENCODERS A saída em coletor aberto se diferencia pela falta do resistor de polarização. Com isso. O resistor quando presente serve como pull-down para o circuito de saída (figura abaixo). Push-Pull Este circuito é utilizado para aumentar a performance do circuito de 89 . PNP e PNP Coletor aberto: Tomemos as mesmas considerações do circuito NPN.SENAI-RJ O comportamento do circuito fica comprometido pelo aumento da distância do cabo até a carga. A principal diferença está no transistor. quem polariza o transistor é a própria carga.Automação Industrial . até mesmo em altas velocidades de transmissão (figura abaixo). Na verdade. A transmissão dos sinais se dá de forma complementar. e com isso a carga está limitada a uma alta impedância.Automação Industrial . Essas interferências são chamadas interferências em modo comum (figura abaixo). Por isso. um outro transistor é inserido formando uma configuração em push-pull. Essa solução aumenta a performance de freqüência e favorece um maior trecho de cabo entre o encoder e a carga. o distúrbio elétrico é reduzido substancialmente (desde que o cabo seja blindado e trançado). Drive de Linha Este é utilizado em ambientes sujeitos a distúrbios elétricos ou onde a distância do encoder até a carga seja muito grande. 90 . a maior limitação dos circuitos acima apresentados é que o resistor tem que possuir uma resistência muito maior que a impedância de um transistor saturado. Para resolver esse problema. com isso a impedância da carga pode ser menor.SENAI-RJ saída. c) Encoders de eixo pleno Os encoders de eixo pleno podem ser utilizados sempre que o espaço ocupado em comprimento não seja um critério determinante.SENAI-RJ Escolha de um encoder Os encoders incrementais podem. até 100 mm (tamanho 40) permitindo utilizar encoders de comportamento muito elevado (alta resolução. b) Diâmetro exterior Existem encoders em vários diâmetros: desde 27 mm (tamanho 11). para as aplicações nas quais o espaço disponível é limitado. ou por um parafuso na rosca central da árvore. ENCODERS a) Estágios de saída Para poder se adaptar às diferentes entradas das unidades de tratamento (TTL/CMOS ou acopladores ópticos). por exemplo. Eles são engatados ou por uma pinça apertada sobre a árvore. tacoencoders). 5. encoder 6 mm e eixo motor 10 mm. deslocamento axial. Um pião de 91 . Seu eixo é ligado ao eixo motor por meio de um acoplamento flexível que pode absorver defeitos cinemáticos importantes: desalinhamentos angular e lateral. por outro lado.Automação Industrial . ou ainda por encaixe. O disco rotor é fixado à árvore por um parafuso de bloqueio. ser providos de saídas por emissores de linha (padrão RS 422). os encoders são providos de saídas coletor aberto NPN ou PNP. necessárias para a transmissão de altas freqüências em longas distâncias. Os acoplamentos flexíveis permitem igualmente ligar eixos com diâmetros diferentes. multivoltas. d) Encoders de eixos cruzados Os encoders de eixos cruzados são montados diretamente sobre a árvores motoras. notar que estes encoders são sensíveis aos defeitos cinemáticos. ou em número de passos por revolução (por exemplo: 4. é expresso em unidades de ângulo. Isto resulta em uma redução da vida dos enrolamentos. Precisão É a diferença do valor indicado pelo encoder pelo valor real do posicionamento. os termos precisão. pois esses são muito mais empregados do que o encoder linear. O ganho de espaço é também grande. Não se pode especificar um encoder sem esse parâmetro. vamos nos referenciar aos encoders rotativos. Diferença de precisão. Resolução É a número de pulsos ou o valor da contagem por uma unidade de distância. Em encoders rotativos a resolução é expressa em unidades de ângulo (grau.Automação Industrial . resolução e repetibilidade são usualmente confundidos e muitas vezes usados como sinônimos. Assim como no artigo. Normalmente. mais rápida e econômica que a dos encoders de eixo pleno. Vamos definir esses termos muito utilizados. impede a rotação da caixa do encoder. 92 . mas nem sempre corretamente. É necessário. que deve poder correr livremente em uma ranhura a ser prevista no apoio do sistema motor. A montagem é então muito simples. ou o número de pulsos que o encoder enviou pelo que ele deveria ter enviado. Resolução é a especificação básica de um encoder. resolução e repetibilidade No universo dos encoders.SENAI-RJ bloqueio. minuto e segundo. mas as definições servem para ambos os tipos.096 pulsos/revolução). pois não há nenhum acoplamento flexível para compensar a excentricidade da árvore. todavia. ou em radianos). Automação Industrial . pior. o encoder estará girando no sentido anti-horário. Assim como a precisão. se o canal A estiver 90º avançado em relação ao c a nal B. A repetibilidade de um encoder normalmente é de 5 a 10 vezes melhor (menor) do que o erro indicado pelo fornecedor. a repetibilidade pode ser mais importante do que a precisão. melhor. o encoder estará girando no sentido horário. quanto maior a precisão. e quanto maior o erro. Dependendo da aplicação. e. ENCODERS Precisão e Erro são indicações que determinam o valor real pelo valor indicado. mas possuem conotações distintas: Precisão é quão perto o valor indicado está do valor real e Erro é quão distante está o valor indicado do valor real. Como se determina o sentido de giro de um encoder incremental? Nos encoders incrementais temos três canais de informação: A. B e Z. neste caso. é importante levar em consideração a repetibilidade. 93 .SENAI-RJ Repetibilidade É o valor da leitura atual comparado pelos últimos valores fornecidos pelo deslocamento na mesma direção. Quem deve especificar o encoder é a própriaaplicação. Então. ela é dada em unidade de ângulo. 5. isto é. a precisão é muito mais importante do que em um robô. e se o canal A estiver atrasado 90º em relação ao canal B. O sentido de giro é determinado pela fase dos canais. Os canais A e B são os que fornecem a indicação da posição e também o sentido de giro do encoder. se formos empregar o encoder em um telescópio ou em um radar. isto é. onde você indica coordenadas em movimentos repetitivos. . a IHM pode ter o controlador programável incorporado. Quem faz o controle da planta é o CLP. permitir a supervisão e muitas vezes comandar determinadas ações na planta automatizada. A IHM está normalmente próxima à linha de produção instalada na estação de trabalho. A IHM somente recebe sinais vindos do CLP e do operador e somente envia sinais para o CLP atuar nos equipamentos instalados na planta. é muito difícil avaliar o que está acontecendo pela análise do funcionamento da planta diretamente no programa do CLP. traduzindo os sinais vindos do CLP para sinais gráficos de fácil entendimento. Seu objetivo é permitir a supervisão e muitas vezes o comando de determinados pontos da planta automatizada.6 . Assim. surge a necessidade de se criar uma interface de maneira a facilitar o trabalho da equipe encarregada da operação do sistema. surgiu a necessidade da criação de uma interface amigável (eficiente e ergonômica) que o mercado tem designado por interface homemmáquina (IHM). a IHM por si só não faz nada. Nos trabalhos de implantação e testes. Resumindo Interface homem-máquina – IHM Tem o objetivo de facilitar a operação. caracterizando uma IHM inteligente. Em algumas arquiteturas. baseado na programação existente em seu interior e em comandos do operador. . Em arquiteturas mais modernas.IHMs: INTERFACES HOMEM-MÁQUINA Quando se trabalha com sistemas automatizados complexos. Automação Industrial - SENAI-RJ Praticando O que são sensores? Conceitue linearidade. Cite os principais tipos de sensores. Explique o princípio de funcionamento de um sensor óptico por difusão. Explique o princípio de funcionamento de um sensor ultra-sônico. Cite algumas características típicas entre os sensores de proximidade ultra-sônicos e ópticos. Como podemos especificar um sensor? O que são encoders? Quais os tipos de encoders ópticos rotativos? Descreva seus princípios de funcionamento. Quais os principais pontos para a escolha de um encoder. 96 Automação Industrial - SENAI-RJ 7 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Telecurso 2000 – Cursos Profissionalizantes – Automação. Sistemas Digitais de Controle – Escola SENAI “Prof. Dr. Euryclides de Jesus Zerbini”, Campinas, São Paulo. Centro de Tecnologia Euvaldo Lodi – Controladores Lógicos Programáveis I. SENAI-ES / Companhia Siderúrgica de Tubarão. Automação básica. Apostila da Siemens – Módulo 7S, Redes ASI e Sensores (2003). Revista Mecatrônica Atual, n. 3 (abril/2002) – Encoders. Sites: www.wikipedia.org.br. www.sick.com.br. www.siemens.com.br. 97 ThyssenKrupp CSA Kurt Lehmann .RJ Tel.: (21) 2587-1117 .SESI-RJ/SENAI-RJ Frank W.br .Gerente Geral de Recursos Humanos . Geissler .ThyssenKrupp CSA Projeto Gráfico Leandro Diniz Capa: Córtex Comunicação SESI-RJ/SENAI-RJ GPR .ThyssenKrupp CSA Valdir Monteiro .SENAI-RJ Revisão Pedagógica Rosemary Lomelino de Souza Xavier .Tijuca 20270-903 .Fax: (21) 2254-5472 http://www.Gerência de Projetos em Educação Rua Mariz e Barros.ThyssenKrupp Steel AG Rosemary Lomelino de Souza Xavier .ThyssenKrupp CSA Coordenação do Projeto Eliezer Henrique Dias .Automação Industrial . 678 .Gerente de Projetos em Educação .SESI-RJ/SENAI-RJ Pesquisa de Conteúdo e Redação Evandro Mas .2007 FICHA TÉCNICA Luis Arruda .org.Rio de Janeiro .firjan.ThyssenKrupp Steel AG Fernanda Moreira .Diretor Adjunto do Projeto .SESI-RJ/SENAI-RJ Revisão Editorial e Gramatical Raquel Soares Corrêa Coordenação de Comunicação Péricles Monteiro .