O PLC - Parte 1

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Introdução

Neste post e no próximo, serão dadas algumas informações sobre o PLC ou CLP, tais como:

• Definição;
  
• Características de Hardware e Software;
  
• Princípio de operação;
  
• Visão geral de aplicação;
  
• Vantagens;
  
• Aspectos da programação;

Vamos lá...
Definição de PLC (ou CLP)
PLC, do inglês Programmable Logic Controller, ou CLP, Controlador Lógico Programável, é um equipamento definido pela ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) como:

"Equipamento eletrônico digital com hardware e software compatíveis com aplicações industriais."

Já de acordo com a NEMA (National Electrical Manufactures Association), é definido como:

"Aparelho eletrônico digital que utiliza uma memória programável para armazenar internamente instruções e para implementar funções específicas, tais como lógica, sequenciamento, temporização, contagem e aritmética, controlando, por meio de módulos de entradas e saídas, vários tipos de máquinas ou processos."

Assim, um PLC pode ser entendido como um equipamento constituido por Hardware e Software especificamente projetados para aplicações de controle de variáveis através de módulos de entradas e saídas digitais e analógicas.
Características de Hardware e Software
Os computadores utilizados em residências e ambientes de trabalho são chamados de PCs (do inglês Personal Computers). Estes PC's podem desempenhar uma série de tarefas de acordo com os software e/ou hardwares a ele acoplados. Por essa razão, pode-se dizer que os computadores convencionais ou pessoais (PCs) são computadores desenvolvidos para Propósitos Gerais, ou seja, possuem um sistema operacional (Windows, Unix, Linux, MacOS, etc.) que oferecem suporte a uma infinidade de softwares aplicativos e possibilitam que esses utilizem o hardware instalado no computador. Os dispositivos de Hardware, para serem agregados a um PC, precisam de um device driver ou driver de dispositivo, que é integrado ao sistema operacional e possibilita o uso de todos os seus recursos.
A estrutura simplificada em blocos de um PC é mostrado na Figura 1.

Figura 1 - Estrutura em blocos simplificada de um computador PC.

Um PLC também é um computador composto por partes similares às de um PC comum. Entretanto, diferentemente de um PC, possui um sistema operacional específico e dedicado a operações críticas. É, portanto, um computador desenvolvido para um Propósito Específico, no caso, o controle de variáveis industriais.
A estrutura simplificada em blocos de um PLC é mostrada na Figura 2.

Figura 2 - Estrutura em blocos simplificada de um PLC.

Conforme pode ser observado na Figura 2, a memória RAM de um PLC possui pelos menos uma parte dela alimentada por uma bateria. Esta bateria garante que, na ocorrência de um pico de energia, as variáveis em processamento sejam mantidas em seus estados anteriores. Além disso, o programa do usuário também se encontra nessa memória, e com esta bateria, na ausência de alimentação do sistema, garante-se que o programa não se perderá, uma vez que as memórias RAM possuem essa característica de volatilidade (perdem as informações armazenadas se desligada). Os PLCs podem oferecer algum tipo de memória não volátil (EPROM, EEPROM ou Flash) para armazenamento do programa do usuário, de maneira que, se houver uma falha na alimentação do sistema, ao ser reenergizado, o programa é buscado novamente nessa memória não volátil.

O sistema operacional utilizado em um PLC é desenvolvido especificamente para aquele dispositivo, ou seja, é compilado com funções específicas de um determinado processador, o que indica que cada modelo de PLC tem o seu sistema operacional único. Esses sistemas operacionais dos PLCs possuem recursos, funções e preparações lógicas para atender a uma linguagem específica de programação e a um conjunto restrito e específico de opções de hardware, que vão variar de acordo com as características do processo a ser controlado pelo PLC.
Geralmente, o sistema operacional de um PLC é um firmware, ou seja, é gravado em uma memória flash ou algum tipo memória não volátil (designada apenas por ROM na Figura 2).

PLCs Compactos

O conjunto de entradas e saídas de um PLC, conforme ilustrado na Figura 2, abrange todos os tipos de sinal que o PLC pode monitorar e acionar. Na prática, alguns PLCs chamados de compactos, possuem incorporados à CPU (ou "onboard") um conjunto reduzido de entradas e saídas, de maneira que possa ser aplicado a pequenas máquinas ou processos. Esses PLCs são popularmente conhecidos como "Micro PLCs".

Alguns tipos de Micro PLCs possibilitam a expansão de suas entradas e saídas através de módulos auxiliares.

As Figuras 3 a 8 mostram alguns dos Micro PLCs disponívies no mercado.

Figura 3 - Micro PLC Zelio, fabricado pela Telemecanique (Schneider Electric)
Figura 4 - PLC Versamax Micro, fabricado pela Ge Fanuc

Figura 5 - Micro PLC Twido, fabricado pela Telemecanique (Schneider Electric)

Figura 6 - PLC FEC Compact, fabricado pela Festo Automação

Figura 7 - PLC Micrologix 1100, fabricado pela Rockwell (Allen-Bradley)

Figura 8 - Micro PLC Logo!, fabricado pela Siemens

PLCs Modulares

Por outro lado, para aplicações maiores, que requerem uma maior capacidade de processamento em função do número de pontos de E/S a ser controlado, número de malhas de controle, necessidades de comunicação ou previsão de expansão futuras, são utilizados os PLCs Modulares.
Estes PLCs possuem características similares (embora fisicamente não sejam) aos computadores PCs, em termos de expansão e configurações, pois, nesse tipo de PLC é possível substituir apenas a CPU, fonte de alimentação, acrescentar placas de expansão, etc.
Assim, quando um processo é automatizado utilizando-se um PLC modular, é possível, caso seja necessário, aumentar a capacidade de processamento do mesmo efetuando-se uma troca do módulo da CPU. Se necessário acrescentar mais entradas digitais ou analógicas, basta acrescentar módulos ou cartões com as características desejadas. Se for necessário acrescentar funcionalidades de comunicação, como controle de uma rede DeviceNET ou Profibus DP, ou ainda integrar o PLC a uma rede de controle em Ethernet TCP/IP, basta acrescentar um módulo para tal finalidade.
Assim, devido ao fato desses PLCs serem compostos por módulos intercambiáveis, pode-se classificar os mesmos como PLCs Modulares.
As Figuras 9 a 13 mostram alguns exemplos de PLCs modulares disponíveis no mercado.

Figura 9 - PLC S7-400, fabricado pela Siemens

Figura 10 - PLC TSX Premium, fabricado pela Modicon (Schneider Electric)

Figura 11 - PLC IPC, fabricado pela Festo

Figura 12 - PLC PAC RX7i, fabricado pela GE Fanuc

Figura 13 - PLC ControlLogix, fabricado pela Rockwell (Allen Bradley)

Este assunto continuará no próximo post. Utilize a funcionalidade de comentários do Blog para sugerir temas, comentar os posts e melhorar cada vez mais este blog.
Veja também exemplos de programação já publicados neste blog em:

Exemplo de Programa - Parte 1

Exemplo de Programa - Parte 2


Até lá