Controlador lógico programável
O Controlador Lógico Programável (CLP) é um equipamento eletrônico especializado, projetado para controlar e monitorar máquinas e processos industriais. Ele opera por meio de programas específicos desenvolvidos pelo usuário, permitindo gerenciar diversas complexidades em ambientes industriais.
Pontos-chave
- CLPs controlam e monitoram máquinas e processos industriais usando programas específicos.
- Foram criados na década de 60 para substituir painéis de relés na indústria automotiva.
- Permitem comunicação de dados via canais seriais, integrando-se a sistemas de controle e supervisão.
- O ciclo de varredura é a sequência de operações que o CLP executa continuamente.
- Composto por CPU, fonte de alimentação, processador, memória e módulos de entrada/saída.
Os CLPs são amplamente utilizados tanto no controle de processos contínuos (indústrias de líquidos, gases) quanto na automação industrial (linhas de montagem, como na indústria automobilística). Eles concentram informações de sensores, processam-nas conforme o programa e acionam atuadores. Possuem canais de comunicação para interligar-se a interfaces de operação (IHMs), computadores e outros CLPs, formando sistemas de controle integrados. Diversos protocolos de comunicação, como Modbus, EtherCAT e Profibus, garantem a troca de informações entre equipamentos de diferentes fabricantes.
Os Controladores Lógicos Programáveis surgiram nos Estados Unidos na década de 1960. Seu principal objetivo era substituir os painéis de relés, que eram comuns na indústria automobilística para controle lógico. Os relés eletromecânicos apresentavam desvantagens como problemas de contato, desgaste, dificuldade de modificação da lógica e necessidade de manutenção constante. A General Motors (GM), enfrentando baixa produtividade e ociosidade devido às demoradas alterações nos painéis de controle a cada mudança de modelo ou método de produção, impulsionou o desenvolvimento do primeiro CLP para otimizar o controle de suas linhas de montagem, aproveitando a evolução dos processadores.
As vantagens de utilizar um Controlador Lógico Programável são diversas, incluindo maior flexibilidade na alteração da lógica de controle, redução de tempo e custos de manutenção, aumento da produtividade, maior confiabilidade do sistema e facilidade de integração com outros sistemas de automação.
O funcionamento de um CLP é baseado em um ciclo contínuo de operações, garantindo o controle e monitoramento eficazes dos processos industriais. Cada etapa é crucial para a performance do sistema.
Ciclo de Varredura (Scan Time)
O CLP executa uma sequência de operações chamada ciclo de varredura. O tempo para completar este ciclo é o Tempo de Varredura ou Scan Time. Fabricantes geralmente informam o tempo para executar 1024 (1K) instruções de lógica booleana. Todas as tarefas do processador são realizadas de forma sequencial e cíclica enquanto o CLP estiver energizado.
Processo de Inicialização
Ao ser ligado, o CLP realiza operações pré-programadas: verifica o funcionamento eletrônico da CPU, memórias e circuitos auxiliares; checa o estado das chaves principais (RUN/STOP/PROG) e confirma a existência de um programa de usuário.
Verificação do Estado das Entradas
O CLP lê o estado de cada entrada, verifica seus acionamentos e atualiza seus respectivos estados na memória.
Execução do Programa
O CLP armazena os resultados do processamento e os compara com as instruções definidas no programa do usuário, determinando as ações a serem tomadas.
Atualização do Estado das Saídas
O CLP escreve o valor contido na memória nas saídas, atualizando as interfaces ou módulos de saída, ou seja, liga ou desliga as saídas conforme o programa. Após esta etapa, um novo ciclo de varredura é iniciado.
Leitura e Escrita de Valores Analógicos
Sinais analógicos representam variações contínuas de valores. Em registros, podem ser armazenados com até 16 bits de resolução. Quanto mais bits de resolução, maior a precisão na divisão da variação analógica. Por exemplo, 1 bit divide o sinal em 2 estados ('0' e '1'), enquanto 2 bits dividem em 4 estados ('00', '01', '10', '11'). Cada CLP possui registros associados às entradas e saídas analógicas, e seus conteúdos são atualizados instantaneamente com a alteração do sinal.
Um CLP é composto por diversos elementos que trabalham em conjunto para garantir seu funcionamento. Cada componente tem um papel vital no processamento e controle das operações.
Unidade Central de Processamento (CPU)
A CPU é o 'cérebro' do CLP. Sua função é ler os valores lógicos das entradas, executar as instruções do programa e transferir as ordens resultantes para as saídas. É composta principalmente por processador(es) e memórias, podendo incluir portas de comunicação, circuitos de diagnóstico e fontes de alimentação.
Fonte de Alimentação
Responsável por fornecer as tensões adequadas para o funcionamento da CPU e dos módulos (geralmente a partir de 220V da rede). As fontes são projetadas para fornecer múltiplas tensões, como 5V para o processador e alimentação auxiliar para os elementos de chaveamento e conversão dos cartões de entrada e saída digitais.
Processador
A tarefa principal do processador é executar o programa do usuário, além de gerenciar a comunicação e realizar programas de autodiagnóstico. Para isso, ele conta com um sistema operacional gravado pelo fabricante em memória não volátil na CPU, inacessível ao usuário. CLPs modernos podem usar múltiplos processadores para dividir tarefas, aumentando a velocidade de processamento e a facilidade de programação.
Memória
A memória armazena o sistema operacional, o programa de aplicação, tabelas de entradas e saídas e registros internos. Sua capacidade é quantificada em bits, bytes ou words. O sistema operacional é gravado em memórias não voláteis (ROM, EPROM, EEPROM) para permanecer inalterado. O programa do usuário é armazenado em memórias RAM ou EEPROM; no caso da RAM, baterias são necessárias para evitar a perda de dados na ausência de energia. A velocidade da memória RAM é crucial para a operação rápida do CLP.
Módulo de Entradas e Saídas
Componente fundamental que conecta o CLP ao mundo externo. Inicialmente, CLPs lidavam apenas com entradas e saídas discretas (digitais). Com a evolução, foram implementados módulos de entradas e saídas analógicas, permitindo um controle mais preciso e um número infinito de valores, ao contrário dos valores limitados das discretas. O módulo de E/S é dividido em duas partes: entradas de sinais e saídas de sinais, cada uma com módulos específicos para dados digitais e analógicos.
Dispositivo de Programação
É o meio pelo qual o programa é inserido na memória do processador. Embora dispositivos compactos sejam úteis para manutenção em campo, computadores pessoais são os mais utilizados. A tela maior dos computadores permite visualizar mais lógicas simultaneamente, facilitando a programação e o monitoramento.
