Controlador Lógico Programável

INTRODUÇÃO CONCEITUAL - HISTÓRICO 

O Controlador Lógico Programável (CLP) nasceu praticamente dentro da indústria automobilística americana_ especificamente na Hydronic Division da General Motors, em 1968, devido a grande dificuldade de mudar a lógica de controle de painéis de comando a cada mudança na linha de montagem. Tais mudanaças implicavam em altos gastos de tempo e dinheiro. 

Foi preparada uma especificação que refletia as necessidades de muitos usuários de circuitos à reles, não só da indústria automobilística, como de toda a indústria manufatureira. 

Nascia assim, um equipamento bastante versátil e de fácil utilização, que vem se aprimorando constantemente, diversificando cada vez mais os setores industriais e suas aplicações. 

Desde o seu aparecimento, até hoje, muita coisa evolui nos controladores lógicos, como a variedade de tipos de entradas e saídas, o aumento da velocidade de processamento, a inclusão de blocos complexos para tratamento das entradas e saídas e principalmente o modo de programação e a interface com o usuário. 

DIVISÃO HISTÓRICA 

1a Geração: Os CLPs de primeira geração se caracterizam pela programação intimamente ligada ao hardware do equipamento. A linguagem utilizada era o Assembly que variava de acordo com o processador utilizado no projeto do CLP, ou seja, para poder programar era necessário conhecer a eletrônica do projeto do CLP. Assim a tarefa de programação era desenvolvida por uma equipe técnica altamente qualificada, gravando-se o programa em memória EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory, memória somente de leitura programável e apagável. O apagamento é efetuado mediante a exposição de raios ultravioletas.) sendo realizada normalmente no laboratório junto com a construção do CLP. 

2a Geração: Aparecem as primeiras linguagens de programação não tão dependentes do hardware do equipamento, possíveis pela inclusão de um programa monitor no CLP, o qual converte (no jargão técnico, compila) as instruções do programa, verifica o estado das entradas, compara com as instruções do programa do usuário e altera os estados das saídas. Os terminais de programação (ou maletas, como eram conhecidas) eram na verdade programadores de memória EPROM. As memórias depois de programadas eram colocadas no CLP para que o programa do usuário fosse executado. 

3a Geração: Os CLPs passam a ter uma entrada de programação onde um teclado ou programador portátil é conectado, podendo alterar, apagar e gravar o programa do usuário, além de realizar testes (debug) no equipamento e no programa. A estrutura física também sofre alterações' sendo a tendência para os sistemas modulares com bastidores ou racks. 

4a Geração: Com a popularização e a diminuição dos preços dos micros — computadores, os CLPs passaram a incluir uma entrada para a comunicação serial. Com o auxílio do micro computadores a tarefa de programação passou a ser realizada nestes. As vantagens eram as utilizações de várias representações das linguagens, possibilidade de simulações e testes, treinamento e ajuda por parte do software de programação, possibilidade de armazenamento de vários programas no micro, etc. 

5a Geração: Atualmente existe uma preocupação em padronizar potocolos de comunicação para os CLPs, de modo a proporcionar que o equipamento de um fabricante "converse" com o equipamento de outro fabricante, não só CLPs, como controladores de processos, sistemas supervisórios, redes internas de comunicação e etc., proporcionando uma integração afim de facilitar a automação, gerenciamento e desenvolvimento de plantas industriais mais flexíveis e normalizadas, fruto da chamada globalização. Existe uma fundação mundial para o estabelecimento de normas e protocolos de comunicação. 

VANTAGENS DO USO DE CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS 

 

Ocupam menor espaço; 

Requerem menor potência elétrica: 

Podem ser reutilizados; 

São programáveis, permitindo alterar os parâmetros de controle; 

Apresentam maior confiabilidade; 

Manutenção mais fácil e rápida; 

Oferecem maior flexibilidade; 

Apresentam interface de comunicação com outros CLPs e computadores de controle; Permitem maior rapidez na elaboração do projeto do sistema. 

PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO — DIAGRAMA EM BLOCOS  

No momento em que é ligado, o CLP executa uma série de operações pré — programadas, gravadas em seu Programa Monitor: 

- Verifica o funcionamento eletrônico da CPU, memórias e circuitos auxiliares; 

- Verifica a configuração interna e compara com os circuitos instalados: 

- Verifica o estado das chaves principais (Run/Stop, Prog, etc); 

- Verifica a existência de um programa de usuário; 

- Emite um aviso de erro caso algum dos itens acima falhe. 

VERIFICAR ESTADO DAS ENTRADAS  

O CLP lê os estados de cada uma das entradas, verificando se alguma foi acionada. O processo de leitura recebe o nome de Ciclo de Varredura (scan) e normalmente é de alguns micro segundos (scan time). 

TRANSFERIR PARA A MEMÓRIA 

Após o Ciclo de Varredura, o CLP armazena os resultados obtidos em uma região de memória chamada de Memória Imagem das Entradas e Saídas. Ela recebe este nome por ser um espelho do estado das entradas e saídas. Esta memória será consultada pelo CLP no decorrer do processamento do programa do programa do usuário. 

COMPARAR COM O PROGRAMA DO USUÁRIO 

O CLP ao executar o programa do usuário, após consultar a Memória Imagem das Entradas, atualiza o estado da Memória Imagem das Saídas, de acordo com as instruções definidas pelo usuário em seu programa. 

ATUALIZAR O ESTADO DAS SAÍDAS  

O CLP escreve o valor contido na Memória das Saídas, atualizando as interfaces ou módulos de saída. Inicia-se então, um novo ciclo de varredura. 

ESTRUTURA INTERNA DO CLP 

O CLP é um sistema microprocessado, ou seja, constitui-se de um microprocessador (ou microcontrolador), um Programa Monitor, uma Memória de Dados, uma ou mais Interfaces de Entrada, uma ou mais Interfaces de Saída e Circuitos Auxiliares. 

DESCRIÇÃO DOS PRINCIPAIS ITENS  

Fonte de Alimentação:  

A fonte de alimentação tem normalmente as seguintes funções básicas: 

 

converter a tensão da rede elétrica (110 ou 220 vca) para a tensão de alimentação dos circuitos eletrônicos, (+ 5 vcc para o microprocessador, memórias e circuitos auxiliares e +/- 12 vcc para a comunicação com o programador ou computador); manter a carga da bateria nos sistemas que utilizam relógio em tempo real e memória do tipo RAM; 

fornecer tensão para alimentação das entradas e saídas (12 ou 24 vcc). 

Unidade de Processamento:  

Também chamada de CPU, é responsável pelo funcionamento lógico de todos os circuitos. Nos CLPs modulares a CPU (unidade central de processamento) está numa placa (ou módulo) separada das demais, podendo-se achar combinações de CPU e fonte de alimentação. Nos CLPs de menor porte a CPU e os demais circuitos estão todos em um único módulo. As características mais comuns são: 

- microprocessadores ou microcontroladores de 8, 16 ou 32 bits; 

- endereçamento de memória de até 1 Mega Byte; 

- velocidades de clock variando de 4 a 1000 Mhz; 

- manipulação de dados decimais, octais e hexadecimais. 

Bateria:  

As baterias são usadas nos CLPs para manter o relógio em tempo real, reter parâmetros ou programas (em memórias do tipo RAM), mesmo em caso de energia, guardar configurações de equipamentos, etc. Normalmente são utilizadas baterias recarregáveis do tipo Ni-Ca ou Li. Neste caso, incorporam-se circuitos carregadores. 

Memória do Programa Monitor:  

O programa monitor é o responsável pelo funcionamento geral do CLP. Ele é responsável pelo gerenciamento de todas as atividades do CLP. Não pode ser alterado pelo usuário e fica armazenado em memórias do tipo PROM (programmable read-only memory, ou seja, memória programável só de leitura), EPROM (erasable programmable read-only memoty, é um tipo de chip de memória de computador que mantém seus dados quando a energia é desligada) ou EEPROM (de Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory é um chip de armazenamento não-volátil, ao contrário de uma EPROM, uma EEPROM pode ser programada e apagada várias vezes, eletricamente). Ele funciona de maneira similar ao sistema operacional dos microcomputadores. E o programa monitor que permite a transferência de programas entre um microcomputador ou terminal de programação e o CLP, gerenciar o estado da bateria do sistema, controlar os diversos opcionais, etc. 

Memória do Usuário: 

É onde se armazena o programa da aplicação desenvolvido pelo usuário. Pode ser alterada pelo usuário, já que uma das vantagens do uso de CLPs é a flexibilidade de programação. Inicialmente era constituída de memórias do tipo EPROM, sendo hoje utilizadas memórias do tipo RAM (cujo programa é mantido pelo uso de baterias), EEPROM e FLASH-EPROM, sendo também comum o uso de cartuchos de memória, que permite a troca do programa com a troca do cartucho de memória. A capacidade desta memória varia bastante de acordo com a marca/modelo do CLP, sendo normalmente dimensionadas em passos de programa. 

Memória de Dados:  

É a região de memória destinada a armazenar os dados do programa do usuário. Estes dados são valores de temporizadores, valores de contadores, códicos de erro, senhas de acesso, etc. São normalmente partes da memória RAM do CLP. São valores armazenados que serão consultados e ou alterados durante a execução do programa do usuário. Em alguns CLPs, utiliza-se a bateria para reter os valores desta memória no caso de uma queda de energia.