9ELA003 - 2 Controladores Lógicos Programáveis (CLPs)

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Elementos de Automação
Moacyr Carlos Possan Junior
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA – UDESC
CENTRO DE EDUCAÇÃO DO PLANALTO NORTE – CEPLAN
ENGENHARIA DE PRODUÇÃO – HABILITAÇÃO EM MECÂNICA
ELEMENTOS DE AUTOMAÇÃO (9ELA003) – 9ª FASE
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2. Controladores Lógicos Programáveis (CLPs)
Fonte: http://www.automation.siemens.com/mcms/programmable-logic-
controller/en/pages/default.aspx
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História do CLP:
• Controladores manuais (uso da força humana) → Controladores
elétricos (uso da eletricidade).
• Controladores elétricos são baseados em relés (permitem que a
energia seja ligada e desligada sem o uso de uma chave mecânica).
• Relés ainda hoje são usados para fazer decisões de controle com
lógica simples.
• 1968: desenvolvimento da eletrônica + tendência de redução no
custo dos computadores → surgimento do Controlador Lógico
Programável (CLP ou PLC – Programmable Logic Controller).
• O CLP foi proposto originalmente pela General Motors Corporation
(GMC). Foi solicitado aos fabricantes de instrumentos de controle
que desenvolvessem um novo tipo de controlador lógico que
incorporasse as seguintes características:
2. Controladores Lógicos Programáveis (CLPs)
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- Ser facilmente programado e reprogramado para permitir que a
sequência de operação por ele executada pudesse ser alterada,
mesmo depois da sua instalação;
- Ser de fácil manutenção, preferencialmente constituído de módulos
interconectáveis;
- Ter condições de operar em ambientes industriais com maior
confiabilidade que os painéis de relés;
- Ser fisicamente menor que os sistemas de relés;
- Ter condições de ser interligado a um sistema central de coleta de
dados (rede de computadores);
- Ter um preço competitivo com os sistemas de relés de estado sólido
usados até então.
2. Controladores Lógicos Programáveis (CLPs)
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• Esse equipamento recebeu o nome de CLP.
• O primeiro protótipo desenvolvido dentro da GMC funcionava
satisfatoriamente, porém foi utilizado somente dentro dessa
empresa.
• A primeira empresa que o desenvolveu, iniciando sua
comercialização, foi a MODICON (indústria norte-americana).
• Os primeiros CLPs eram grandes e caros, só se tornando
competitivos para aplicações que usassem pelo menos 150 relés.
• Atualmente, o CLP tornou-se a escolha mais comum para o controle
em plantas de manufatura.
2. Controladores Lógicos Programáveis (CLPs)
Figura 2.1
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Principais Fabricantes:
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Figura 2.2
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Vantagens do CLP:
Os CLPs vêm ganhando popularidade no chão de fábrica e
provavelmente vão permanecer ainda por muito tempo. Isso é devido à
gama de vantagens que eles oferecem:
• Custo aceitável para o controle de sistemas complexos.
• Flexibilidade e possibilidade de reuso para o controle de outros
sistemas, rapidamente e facilmente.
• Habilidades computacionais permitem um controle mais sofisticado.
• Os cuidados na solução de problemas (troubleshooting) permitem
uma programação facilitada e reduzem o tempo de parada devido a
problemas.
• Componentes confiáveis permitem que eles sejam usados por anos
antes da ocorrência de alguma falha.
2. Controladores Lógicos Programáveis (CLPs)
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Programa (Software) do CLP:
É a lógica existente entre as entradas e saídas e que executa as
funções desejadas de acordo com o estado das mesmas.
2. Controladores Lógicos Programáveis (CLPs)
Terminal de
programação
Figura 2.3
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Conexões do CLP:
Quando um processo é controlado por um CLP, as entradas dos
sensores são usadas para tomar decisões e atualizar as saídas para
acionar os atuadores, como mostrado na figura abaixo.
O processo muda ao longo do tempo. Atuadores levam o sistema para
novos estados (ou modos de operação). Isso significa que o controlador
é limitado pela disponibilidade dos sensores.
Se uma entrada não estiver disponível, o controlador não terá como
detectar a condição do processo a ser lida por aquela entrada.
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Figura 2.4
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Modos de Operação:
- On-line: ambiente de teste e monitoração.
- Off-line: ambiente de programação.
Estados de Operação:
Um CLP pode assumir o:
- estado de espera (program ou stop) quando está sendo
programado ou parametrizado;
- estado de execução (run) quando está rodando um programa; ou
- estado de erro se ocorrer alguma falha no controlador.
2. Controladores Lógicos Programáveis (CLPs)
Figura 2.5
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O Loop de Controle:
O loop de controle (ou ciclo de varredura, ou ciclo de scan) é um ciclo
contínuo do CLP lendo as entradas, resolvendo a lógica ladder e então
mudando as saídas.
Assim como qualquer computador,
isso não ocorre instantaneamente.
Tempos típicos para cada
ciclo de scan são da ordem de
milissegundos.
A figura ao lado mostra o ciclo de
operação básica de um CLP.
2. Controladores Lógicos Programáveis (CLPs)
Figura 2.6
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A figura 2.7 a seguir também ilustra o loop de controle do CLP.
Quando a energia é ligada, primeiramente o CLP faz um cheque de
sanidade para garantir que o hardware está funcionando
apropriadamente. Se existir um problema, o CLP vai parar (halt) e
indicar que existe um erro.
O loop de controle depende:
- da velocidade e características do processador utilizado;
- do tamanho do programa de controle do usuário;
- da quantidade e tipos de pontos de entrada/saída.
2. Controladores Lógicos Programáveis (CLPs)
Figura 2.7
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Se a bateria de backup do CLP está baixa e a energia foi perdida, a
memória será corrompida e vai resultar numa falha.
Se o CLP passar pelo cheque de sanidade, ele vai fazer o scan (leitura)
de todas as entradas. Após os valores de entrada serem armazenados
na memória, a lógica ladder será escaneada (resolvida) usando os
valores armazenados – e não os valores atuais. Isto é feito para
prevenir problemas de lógica quando as entradas mudam durante o
scan da lógica ladder.
Quando o scan da lógica ladder estiver completo, as saídas serão
escaneadas (os valores de saída serão mudados).
Após isso, o sistema retorna a fazer um cheque de sanidade, e o loop
continua indefinidamente.
Diferentemente de computadores normais, o programa inteiro será
rodado a cada scan.
2. Controladores Lógicos Programáveis (CLPs)
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Ilustração do Loop de Controle:
Ligações elétricas e programação em linguagem ladder:
2. Controladores Lógicos Programáveis (CLPs)
Figura 2.8
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Etapas da execução: leitura das entradas, processamento dos dados e
atualização das saídas.
2. Controladores Lógicos Programáveis (CLPs)
Figura 2.9
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• JACK, H. Automating Manufacturing Systems
with PLCs. Version 5.1, 2008.
Disponível em:
<https://ia600308.us.archive.org/20/items/ost-engineering-plcbook5_1/plcbook5_1.pdf>
Acessado em: 22/02/2017.
• PETRUZELLA, F. D. Controladores Lógicos
Programáveis. 4ª ed. Porto Alegre: McGraw-Hill,
2014. 
• FRANCHI, C. M.; CAMARGO, V. L. A.
Controladores Lógicos Programáveis –
Sistemas Discretos. 2a Ed. São Paulo: Érica, 2009.
Bibliografia
https://ia600308.us.archive.org/20/items/ost-engineering-plcbook5_1/plcbook5_1.pdf
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• BRYAN, L. A.; BRYAN E.A. Programmable Controllers –
Theory and Implementation. 2ª Ed. 1997.
• RIBEIRO, M. A. Fundamentos da Automação. 1ª Ed. 2003.
Bibliografia
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• SOLOMAN, S. Sensores e Sistemas de Controle
na Indústria. 2ª ed. Rio de Janeiro: Livros Técnicos
e Científicos (LTC), 2012. 
• BHUYAN, M. Instrumentação Inteligente – Princípios
e Aplicações. 1ª ed. Rio de Janeiro: Livros Técnicos
e Científicos (LTC), 2013. 
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Teoria e Aplicações. 1ª ed. Rio de Janeiro:
Livros Técnicos e Científicos (LTC), 2013.
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São Paulo: Érica, 2008. 
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Brasileira de Tecnologia. 10ª ed. São Paulo:
Érica, 2008.
Bibliografia
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• SILVEIRA, P. R.; SANTOS,W. E.; Automação e
Controle Discreto. 1ª Ed. São Paulo: Érica, 1999.
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• Material de aula dos profs. Armando Jorge Sousa e José Antônio
Faria – Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto (FEUP)
– Porto/Portugal:
Disponível em:
<http://paginas.fe.up.pt/~asousa/sind/acetat/grafcet____by_JAF.pdf>
Acessado em 22/02/2017.
Bibliografia
http://paginas.fe.up.pt/~asousa/sind/acetat/grafcet____by_JAF.pdf