Quando se fala no controle de processos industriais o primeiro requisito que nos vem à mente é a eficiência e simplicidade de uso.
O uso de computadores no controle de processos é fundamental, no entanto existem os casos em que as máquinas devem tomar, por sí só, todas as decisões.
Para esta finalidade elas precisam ser dotadas de “inteligência própria” e esta inteligência está nos dispositivos denominados CLPs.
Os CLPs (Controles Lógicos Programáveis) ou usando o termo inglês PLC (Programmable Logic Control), como o nome sugere podem ser programados de forma lógica para realizar o controle de um processo.
No início, a industrialização de qualquer produto usava mão de obra humana e era realizada por etapas ou estágios nas quais as pessoas realizavam sempre as mesmas tarefas.
Da mesma forma, as máquinas utilizadas eram projetadas para ter uma única função.
Numa segunda fase, valorizando a mão de obra, passou-se a aproveitar melhor as máquinas.
Além de deixar para a as máquinas o trabalho mais pesado, a função do homem passou apenas a controlá-lo, utilizando sensores.
Os sensores informavam os circuitos sobre as operações a serem realizadas e eles atuavam sobre atuadores, principalmente do tipo eletromecânico como relés e contatores.
A terceira fase veio com a automação por programa quando apareceu CLP. O aparecimento dos microprocessadores e microcontroladores tornou possível a elaboração de sistemas capazes de controlar atuadores a partir de sinais de sensores, contendo programas relativamente complexos.
Os primeiros CLPs foram usados na General Motors em 1968 tendo sido criados pelo engenheiro Richard Morley, responsável por especificação para um equipamento que foi se aperfeiçoando até nossos dias.
Podemos analisar uma máquina como um conjunto de atuadores que devem ser ativados a partir de informações enviadas por sensores, segundo um padrão inteligente determinado por um programa.
O CLP é o elemento “inteligente” que faz isso, como sugere a figura 1.
Os sinais analógicos ou digitais recebidos pelos CLPs são enviados a uma CPU (Unidade Central de Controle – UCP se adotarmos a sigla em português).
A operação de um CLP é feita em ciclos, conforme mostra a figura 2.
Podemos dividir um CLP em duas partes:
• Hardware - parte física do dispositivo formada pelos seus circuitos eletrônicos, interfaces, fonte de alimentação, etc.
• O software - programa de controle gravado na memória
Hardware
Na figura 3 temos um diagrama de blocos de um CLP.
A montagem normalmente é feita em caixas padronizadas, como a mostrada na figura 4.
Os blocos que fazem parte de um CLP são os seguintes:
a) Fonte de alimentação
As tensões de alimentação dos CLPs são padronizadas.
Na maioria dos casos a tensão é de 24 V contínuos, obtidos de uma fonte chaveada.
Para as CPUs, que normalmente exigem tensões mais baixas, são usados reguladores internos que baixam os 24 V para as tensões que os cernes das CPUs exigem, normalmente na faixa de 2,7 a 5 V.
b) CPU
Na CPU de um CLP podemos encontrar tanto um microcontrolador como um microprocessador.
A diferença está no modo como os sinais são processados.
Os microcontroladores já possuem uma região de memória interna com uma interface de comunicação.
Por isso, os microcontroladores são mais indicados para as aplicações mais simples.
c) Interfaces de Entrada e Saída (I/O)
A comunicação de um CLP com o mundo exterior deve ser feita prevendo-se a possibilidade dele trabalhar com sinais analógicos e digitais.
As entradas analógicas são ligadas a um conversor analógico para digital (ADC) existente no interior do CLP, conforme mostra a figura 5.
As faixas de tensões de entrada para os conversores dos CLPs são padronizadas.
As principais faixas que encontramos nos CLPs comerciais são de 0 a 10 V, -5 a 15 V, -10 a 10 V.
Também podemos fazer com que essas entradas operem no modo “corrente” com as faixas padronizadas de 0 a 20 mA e 4 a 20 mA.
d) Entradas Digitais
Existem sensores que já possuem saídas para sinais digitais, como os encoders, enquanto que outros, mesmo sendo analógicos possuem integrados os conversores para os sinais na forma digital.
Esses sensores podem ser ligados nas entradas digitais dos CLPs.
Os níveis altos dos CLPs correspondem a tensões de 24 V em lugar dos 5 V TTL ou níveis na faixa de 5 a 15 V para os circuitos CMOS.
e) Saídas Analógicas
Na figura 6 temos um circuito típico de uma saída analógica de um CLP.
O valor digital da grandeza que deve ser aplicada a um atuador passa por um DAC (Conversor Digital-Para-Analógico).
A tensão analógica correspondente ao valor de saída é levada a um amplificador operacional.
f) Saídas Digitais
As saídas digitais dos CLPs trabalham com os mesmos níveis de sinais das entradas digitais, ou seja, 0 e 24 V.
Relés e outros dispositivos de dois estados podem ser controlados além de se fazer o interfaceamento entre uma saída digital de um CLP e um sistema de atuadores.
Um deles é o mostrado na figura 7 e que permite um isolamento total entre o CLP e o atuador.
Um trabalho importante do profissional de CLPs é determinar a resolução de um conversor A/D ou ADC uma aplicação.
Vamos supor que na entrada analógica de um CLP seja aplicado um sinal de –10 a +10 V e o conversor utilizado seja de 8 bits.
Nesse caso, os 8 bits significam:
28 = 256 níveis de saída ou valores digitais
A “escada” de conversão desse CLP terá 256 degraus, conforme mostra a figura 8.
Veja que as tensões de entrada limitadas pela altura de um mesmo degrau fornecem uma saída única.
Essa faixa de valores dá a resolução do dispositivo.
Para calcular esta faixa, dividimos a faixa de tensões de entrada pelo número de degraus da escada de conversão (2 elevado ao número de bits do conversor).
Para o ADC tomado como exemplo temos:
R (resolução) = (10 – (-10))/256
R = 20/256
R = 0,078 V
R = 78 mV
Veja que variação mínima da tensão de entrada que este conversor pode detectar na faixa de –10 a +10 V é de 78 mV.
Software
Os programas utilizados nos CLPs têm uma estrutura que utiliza 5 tipos de blocos:
a) Organização
b) Programa
c) Funções
d) Dados
e) Passos
Linguagens:
Os CLPs utilizam as seguintes linguagens de programação que são estabelecidas pela norma IEC 1131.
• Linguagem de contactos ou LADDER
• Linguagem de blocos lógicos ou DIL
• Linguagem de blocos lógicos ou LIS
Em operação o CLP tem duas condições: Run e Stop.
Na condição RUN (rodando), o programa está sendo executado e o equipamento controlado está em funcionamento normal.
Na condição STOP o CLP está fora de funcionamento.
A condição STOP pode ocorrer por uma parada momentânea (espera ou stand-by) devido a uma falha de funcionamento da máquina ou ainda para que seja feita a manutenção.
Entradas e Saídas
A numeração dos terminais de entrada e saída pode ser feita de diversas formas: Para as entradas, por exemplo, podemos usar as letras I ou E.
As saídas podem ser representadas pela letra S ou Q também seguidas de um número.
Ver também:
• Ladder (685)
• ADC (569)
• DAC (568)
• CPU (687)
