Programação de um CLP: Modos de programação
No seguimento do curso de Automação, neste artigo apresento como perceber os conceitos básicos de programação de um CLP. No decorrer das próximas edições apresentaremos a forma de programar um controlador lógico programável
Autores: Filipe Pereira - Eng. Elétrotécnico / Automação Klean Energie 4 Life, Ltda Energias Renováveis - Portugal
As linguagens de programação são empregadas nos CLPs desde que estes surgiram em 1960. Estas permitem ao usuário inserir programas de controle utilizando sintaxes pré-estabelecidas.
Previamente ao estudo dos três tipos de linguagem mais utilizados na programação de CLPs, convém rever alguns conceitos essenciais.
O programa que vai definir o automatismo é constituído por uma série de instruções e funções onde são operados os bits de memória. Estas instruções e funções, serão introduzidas na memória do CLP, através de um periférico destinado a esse fim e que poderá ser uma console de programação ou software específico para PC.
Veja na figura 1 um exemplar de CLP programado por console.
Antes de se introduzir o programa através da console, deve converter-se o esquema de contatos numa lista de instruções entendidas pelo CLP, ou fazer a programação direta em esquema de contatos utilizando o computador com software que o permita.
O programa é introduzido nos endereços de memória do CLP, contendo cada um uma instrução, os parâmetros de definição e todos os parâmetros requeridos por essa instrução.
Os endereços de memória do programa (linhas do programa) começam em zero (0) e estão limitados pela capacidade da memória do CLP.
Cada fabricante possui modos diferentes de proceder à programação de um CLP.
As áreas de memória têm designações diversas, as instruções e funções têm mnemônicas e códigos diferentes e a sequência de teclas na console destinadas à programação difere de marca para marca.
No entanto, conhecendo um modelo, facilmente nos integramos no modo de funcionamento de um outro, pela simples consulta do respectivo manual, uma vez que a lógica de programação dos sistemas existentes no mercado não difere no seu essencial.
Vejamos o que faz o CLP em cada modo de funcionamento:
• O modo RUN é o modo normal de funcionamento do CLP, porque neste modo, a CPU executa o programa contido na memória;
• Para se proceder à introdução do pro- grama, é necessário que o CLP esteja no modo PROGRAM;
• O processador inicia a resolução do programa de controle após ter lido o estado de todas as entradas e ter guardado toda a informação em memória.
Com a importante resolução do programa de controle (da primeira para a última rung), a continuidade lógica de cada rung vai sendo averiguada e as saídas serão atualizadas no final do SCAN. Observe o exemplo da figura 2.
Analisemos o diagrama de estados anterior:
• O contato normalmente aberto 000.00 ativa a primeira saída se estiver no estado On, fazendo com que a saída 001.00 também seja On, na rung a seguir, o contato associado à bobina de saída 001.00 ao passar a On ativa a saída 001.01, e assim sucessivamente;
• Apesar das saídas estarem em diferentes rungs e assumirem o estado durante o SCAN, todas elas passarão ao seu estado On em simultâneo no módulo de saída, porque o CLP só atualiza o estado das saídas no final de execução do programa;
• Se os contatos estivessem conforme indicado na figura 3, as saídas já não seriam acionadas todas simultaneamente, ou seja, se a condição de saída de uma rung afetar a rung que a antecede, a CPU não volta atrás para resolvê-la.
É importante assimilar deste exemplo que, para o mesmo ciclo de SCAN, uma saída só terá efeito noutra rung se esta for colocada antes dessa rung.
Outro conceito importante é o de entradas normalmente fechadas que, apesar de ser um conceito bastante simples, costuma suscitar algumas dúvidas.
Suponha que se desejasse implementar em programação o seguinte circuito (figura 4).
O normal seria copiar o esquema de contatos para Ladder, obtendo-se o resultado do circuito seguinte, mostrado na figura 5. Tal situação não é correta, uma vez que, quando o CLP lê o estado da entrada BP1, é guardado no endereço de memória, associado a esta entrada, o valor lógico da entrada, ou seja, um (1).
Quando o CLP executa o ciclo de SCAN, é examinada a continuidade lógica da rung mas, como o contato associado ao endereço de memória está negado, a continuidade lógica não vai existir, porque o um (1) que reflete o estado da entrada BP1 negado é zero (0).
A solução para o circuito é a colocação no programa de um contato normalmente aberto, para não negar o endereço de memória associado ao estado da entrada.
Senão vejamos, na figura 6.
Resumindo: Independentemente da forma como os circuitos estão ligados, na programação pode alterar-se o seu estado, uma vez que o estado de uma entrada depende não só da forma como está ligada, mas também de como é programada.
Os três tipos de linguagens mais utilizados nos dias de hoje são:
• Ladder;
• Lista de instruções;
• GRAFCET.
As linguagens de programação em Ladder e em lista de instruções implementam as operações de forma quase similar, diferindo apenas na forma como são representadas e no modo como são inseridas no CLP.
O GRAFCET implementa as instruções de controle baseando-se em passos e ações representados de forma gráfica.
Ladder lógico
A linguagem de programação Ladder é composta por uma série de instruções simbólicas usadas para desenvolver programas de controle das máquinas e processos. Veja a figura 7.
A evolução do Ladder original tornou esta linguagem mais capaz, pois novas funções foram adicionadas às tradicionais operações básicas de relés de temporização e de contagem.
Novas funções, denominadas de blocos de função, aumentaram o poder da linguagem Ladder básica.
O principal objetivo dos diagramas Ladder é controlar saídas e executar operações funcionais baseando-se em condições de entrada. Os diagramas em Ladder usam rungs onde se representam as funções de controle. Uma rung consiste numa série de condições de entrada, representadas por contatos, e uma instrução de saída no final, representada por uma bobina.
Uma rung é “verdadeira” quando existe continuidade lógica, ou seja, quando a energia flui, através da rung, da esquerda para a direita (figura 8 e 9).
A matriz da rung representa as possíveis localizações para colocação dos contatos de entrada ou instruções.
Quando a continuidade lógica existe, a condição da rung é verdadeira, havendo um controle da saída. Por outro lado, se a continuidade lógica não se estabelece, a condição da rung é falsa.
Quando um diagrama Ladder contém um bloco de função, uma ou mais instruções podem ser utilizadas para representar as condições de entrada que o habilitam. A matriz da rung em Ladder determina o número máximo de contatos que podem ser empregados para ativar uma saída, divergindo o tamanho da matriz de CLP para CLP. Na figura 10, a matriz citada.
Para blocos de função a matriz utiliza, em regra, menos contatos, figura 11.
Existem algumas normas para a colocação dos contatos de entrada. Uma delas, que se verifica em quase todos os CLPs, evita que a continuidade lógica que tem de haver numa rung flua ao contrário (sneak paths).
Estes sneak paths ocorrem quando a continuidade lógica flui numa rung através de um contato que provoca, só ele, a continuidade de uma rung.
Veja-se o exemplo dado na figura 12.
A saída Z deverá estar ativa quando os contatos A, B e C ou A, D e E ou F e E estiverem ativos. No entanto, se os contatos F, D, B e C estiverem ativos existe continuidade lógica e Z está ligado.
Esta situação deverá ser evitada, uma vez que a saída fica activa com uma combinação de contactos que a não deveriam activar (figura 13).
Em resumo:
• As instruções em Ladder representam o estado On/Off de entradas e saídas de campo;
• O Ladder usa dois tipos de símbolos: contatos e bobinas, em inglês coil;
• Os contatos representam as condições de entrada e as bobinas representam a saída de uma rung;
• Em um programa, cada contato ou bobina tem um endereço que permite identificar o que está a ser avaliado e o que está a ser controlado;
• O endereço está referenciado à tabela de entradas, de saídas ou a um registro interno do CLP.
Contato normalmente aberto (NA)
Este contato procura uma condição de ON em um determinado endereço. Durante a execução do contato normalmente aberto (NO), o processador examina o endereço referenciado no contato por uma condição de ON (figura 14).
Contato normalmente fechado (NF)
Este contato procura uma condição de OFF em um determinado endereço. Durante a execução do contato normalmente fechado (NC), o processador examina o endereço referenciado no contato por uma condição de OFF (figura 15).
* Matéria originalmente publicada na revista Mecatrônica Atual; Ano: 8; N° 44; Mar / Abr - 2010
Previamente ao estudo dos três tipos de linguagem mais utilizados na programação de CLPs, convém rever alguns conceitos essenciais.
O programa que vai definir o automatismo é constituído por uma série de instruções e funções onde são operados os bits de memória. Estas instruções e funções, serão introduzidas na memória do CLP, através de um periférico destinado a esse fim e que poderá ser uma console de programação ou software específico para PC.
Veja na figura 1 um exemplar de CLP programado por console.
Antes de se introduzir o programa através da console, deve converter-se o esquema de contatos numa lista de instruções entendidas pelo CLP, ou fazer a programação direta em esquema de contatos utilizando o computador com software que o permita.
O programa é introduzido nos endereços de memória do CLP, contendo cada um uma instrução, os parâmetros de definição e todos os parâmetros requeridos por essa instrução.
Os endereços de memória do programa (linhas do programa) começam em zero (0) e estão limitados pela capacidade da memória do CLP.
Cada fabricante possui modos diferentes de proceder à programação de um CLP.
As áreas de memória têm designações diversas, as instruções e funções têm mnemônicas e códigos diferentes e a sequência de teclas na console destinadas à programação difere de marca para marca.
No entanto, conhecendo um modelo, facilmente nos integramos no modo de funcionamento de um outro, pela simples consulta do respectivo manual, uma vez que a lógica de programação dos sistemas existentes no mercado não difere no seu essencial.
Vejamos o que faz o CLP em cada modo de funcionamento:
• O modo RUN é o modo normal de funcionamento do CLP, porque neste modo, a CPU executa o programa contido na memória;
• Para se proceder à introdução do pro- grama, é necessário que o CLP esteja no modo PROGRAM;
• O processador inicia a resolução do programa de controle após ter lido o estado de todas as entradas e ter guardado toda a informação em memória.
Com a importante resolução do programa de controle (da primeira para a última rung), a continuidade lógica de cada rung vai sendo averiguada e as saídas serão atualizadas no final do SCAN. Observe o exemplo da figura 2.
Analisemos o diagrama de estados anterior:
• O contato normalmente aberto 000.00 ativa a primeira saída se estiver no estado On, fazendo com que a saída 001.00 também seja On, na rung a seguir, o contato associado à bobina de saída 001.00 ao passar a On ativa a saída 001.01, e assim sucessivamente;
• Apesar das saídas estarem em diferentes rungs e assumirem o estado durante o SCAN, todas elas passarão ao seu estado On em simultâneo no módulo de saída, porque o CLP só atualiza o estado das saídas no final de execução do programa;
• Se os contatos estivessem conforme indicado na figura 3, as saídas já não seriam acionadas todas simultaneamente, ou seja, se a condição de saída de uma rung afetar a rung que a antecede, a CPU não volta atrás para resolvê-la.
É importante assimilar deste exemplo que, para o mesmo ciclo de SCAN, uma saída só terá efeito noutra rung se esta for colocada antes dessa rung.
Outro conceito importante é o de entradas normalmente fechadas que, apesar de ser um conceito bastante simples, costuma suscitar algumas dúvidas.
Suponha que se desejasse implementar em programação o seguinte circuito (figura 4).
O normal seria copiar o esquema de contatos para Ladder, obtendo-se o resultado do circuito seguinte, mostrado na figura 5. Tal situação não é correta, uma vez que, quando o CLP lê o estado da entrada BP1, é guardado no endereço de memória, associado a esta entrada, o valor lógico da entrada, ou seja, um (1).
Quando o CLP executa o ciclo de SCAN, é examinada a continuidade lógica da rung mas, como o contato associado ao endereço de memória está negado, a continuidade lógica não vai existir, porque o um (1) que reflete o estado da entrada BP1 negado é zero (0).
A solução para o circuito é a colocação no programa de um contato normalmente aberto, para não negar o endereço de memória associado ao estado da entrada.
Senão vejamos, na figura 6.
Resumindo: Independentemente da forma como os circuitos estão ligados, na programação pode alterar-se o seu estado, uma vez que o estado de uma entrada depende não só da forma como está ligada, mas também de como é programada.
Os três tipos de linguagens mais utilizados nos dias de hoje são:
• Ladder;
• Lista de instruções;
• GRAFCET.
As linguagens de programação em Ladder e em lista de instruções implementam as operações de forma quase similar, diferindo apenas na forma como são representadas e no modo como são inseridas no CLP.
O GRAFCET implementa as instruções de controle baseando-se em passos e ações representados de forma gráfica.
Ladder lógico
A linguagem de programação Ladder é composta por uma série de instruções simbólicas usadas para desenvolver programas de controle das máquinas e processos. Veja a figura 7.
A evolução do Ladder original tornou esta linguagem mais capaz, pois novas funções foram adicionadas às tradicionais operações básicas de relés de temporização e de contagem.
Novas funções, denominadas de blocos de função, aumentaram o poder da linguagem Ladder básica.
O principal objetivo dos diagramas Ladder é controlar saídas e executar operações funcionais baseando-se em condições de entrada. Os diagramas em Ladder usam rungs onde se representam as funções de controle. Uma rung consiste numa série de condições de entrada, representadas por contatos, e uma instrução de saída no final, representada por uma bobina.
Uma rung é “verdadeira” quando existe continuidade lógica, ou seja, quando a energia flui, através da rung, da esquerda para a direita (figura 8 e 9).
A matriz da rung representa as possíveis localizações para colocação dos contatos de entrada ou instruções.
Quando a continuidade lógica existe, a condição da rung é verdadeira, havendo um controle da saída. Por outro lado, se a continuidade lógica não se estabelece, a condição da rung é falsa.
Quando um diagrama Ladder contém um bloco de função, uma ou mais instruções podem ser utilizadas para representar as condições de entrada que o habilitam. A matriz da rung em Ladder determina o número máximo de contatos que podem ser empregados para ativar uma saída, divergindo o tamanho da matriz de CLP para CLP. Na figura 10, a matriz citada.
Para blocos de função a matriz utiliza, em regra, menos contatos, figura 11.
Existem algumas normas para a colocação dos contatos de entrada. Uma delas, que se verifica em quase todos os CLPs, evita que a continuidade lógica que tem de haver numa rung flua ao contrário (sneak paths).
Estes sneak paths ocorrem quando a continuidade lógica flui numa rung através de um contato que provoca, só ele, a continuidade de uma rung.
Veja-se o exemplo dado na figura 12.
A saída Z deverá estar ativa quando os contatos A, B e C ou A, D e E ou F e E estiverem ativos. No entanto, se os contatos F, D, B e C estiverem ativos existe continuidade lógica e Z está ligado.
Esta situação deverá ser evitada, uma vez que a saída fica activa com uma combinação de contactos que a não deveriam activar (figura 13).
Em resumo:
• As instruções em Ladder representam o estado On/Off de entradas e saídas de campo;
• O Ladder usa dois tipos de símbolos: contatos e bobinas, em inglês coil;
• Os contatos representam as condições de entrada e as bobinas representam a saída de uma rung;
• Em um programa, cada contato ou bobina tem um endereço que permite identificar o que está a ser avaliado e o que está a ser controlado;
• O endereço está referenciado à tabela de entradas, de saídas ou a um registro interno do CLP.
Contato normalmente aberto (NA)
Este contato procura uma condição de ON em um determinado endereço. Durante a execução do contato normalmente aberto (NO), o processador examina o endereço referenciado no contato por uma condição de ON (figura 14).
Contato normalmente fechado (NF)
Este contato procura uma condição de OFF em um determinado endereço. Durante a execução do contato normalmente fechado (NC), o processador examina o endereço referenciado no contato por uma condição de OFF (figura 15).
Bobina normalmente aberta
Uma bobina de saída controla uma saída real ou um bit interno do CLP. Durante a sua execução, o processador avalia todas as condições de entrada numa rung (figura 16).
Bobina normalmente fechada
Esta função funciona de forma oposta à anterior, ou seja, quando não existe continuidade lógica nos contatos, a posição de memória afecta à saída vai ser zero (0) (figura 17).
Uma bobina de saída controla uma saída real ou um bit interno do CLP. Durante a sua execução, o processador avalia todas as condições de entrada numa rung (figura 16).
Bobina normalmente fechada
Esta função funciona de forma oposta à anterior, ou seja, quando não existe continuidade lógica nos contatos, a posição de memória afecta à saída vai ser zero (0) (figura 17).
Circuitos lógicos
Para implementar circuitos lógicos, dispõem-se ainda das seguintes instruções:
• AND - realiza um E lógico com o bit especificado;
• OR - realiza um OU lógico com o bit especificado;
• NOT - nega o estado do bit ao qual está associado.
Analisemos cada uma das funções, no caso do nosso CLP em estudo neste curso, que é o CJ1 da OMRON.
Antes de iniciarmos a programação propriamente dita, convém deixar algumas dicas de utilização do software Cx-Programmer da OMRON que permite a programação em LADDER neste CLP.
Síntese sobre a utilização do software de programação (CX-Programmer)
Como em qualquer outra aplicação do Windows, para executar o CX-Programmer é utilizado o menu Iniciar.
Para acessar a área de trabalho é necessário criar um novo projeto ou abrir um já criado. Analisemos então cada uma das funções lógicas:
Para implementar circuitos lógicos, dispõem-se ainda das seguintes instruções:
• AND - realiza um E lógico com o bit especificado;
• OR - realiza um OU lógico com o bit especificado;
• NOT - nega o estado do bit ao qual está associado.
Analisemos cada uma das funções, no caso do nosso CLP em estudo neste curso, que é o CJ1 da OMRON.
Antes de iniciarmos a programação propriamente dita, convém deixar algumas dicas de utilização do software Cx-Programmer da OMRON que permite a programação em LADDER neste CLP.
Síntese sobre a utilização do software de programação (CX-Programmer)
Como em qualquer outra aplicação do Windows, para executar o CX-Programmer é utilizado o menu Iniciar.
Para acessar a área de trabalho é necessário criar um novo projeto ou abrir um já criado. Analisemos então cada uma das funções lógicas:
Função AND
A função AND, em Ladder lógico, é implementada com dois ou mais contatos de entrada em série. Veja-se o exemplo: pretende-se implementar um circuito lógico que apenas ativa a saída 01.00 do CLP, se as entradas 0.00 e 0.01 e 0.02 estiverem ativas (On). Observe a figura 18.
Função NOT
A função NOT em Ladder lógico representa-se com um contato normalmente fechado (figura 19). Voltando ao exemplo anterior: pretende-se que a saída 01.00 fique ativa, se as entradas 0.00 e 0.02 estiverem a Off e a entrada 0.01 estiver a On (considera-se que uma entrada está a On quando o led, que a sinaliza, se encontra ligado).
Função OR
A função OR, em Ladder lógico, é implementada com dois ou mais contatos de entrada em paralelo (figura 20). Observe-se o seguinte exemplo: Pretende-se implementar um circuito lógico que active a saída 01.03, quando a entrada 0.01 estiver a Off ou quando as entradas 0.02 ou 0.03 estiverem a On.
Instrução SET
A instrução SET permite que, quando a condição lógica, que antecede a instrução SET, vá a On, o bit associado à função comute para o seu estado lógico On, e assim permaneça mesmo que a condição lógica, que antecede a instrução de SET, comute para Off (figura 21).
A função AND, em Ladder lógico, é implementada com dois ou mais contatos de entrada em série. Veja-se o exemplo: pretende-se implementar um circuito lógico que apenas ativa a saída 01.00 do CLP, se as entradas 0.00 e 0.01 e 0.02 estiverem ativas (On). Observe a figura 18.
Função NOT
A função NOT em Ladder lógico representa-se com um contato normalmente fechado (figura 19). Voltando ao exemplo anterior: pretende-se que a saída 01.00 fique ativa, se as entradas 0.00 e 0.02 estiverem a Off e a entrada 0.01 estiver a On (considera-se que uma entrada está a On quando o led, que a sinaliza, se encontra ligado).
Função OR
A função OR, em Ladder lógico, é implementada com dois ou mais contatos de entrada em paralelo (figura 20). Observe-se o seguinte exemplo: Pretende-se implementar um circuito lógico que active a saída 01.03, quando a entrada 0.01 estiver a Off ou quando as entradas 0.02 ou 0.03 estiverem a On.
Instrução SET
A instrução SET permite que, quando a condição lógica, que antecede a instrução SET, vá a On, o bit associado à função comute para o seu estado lógico On, e assim permaneça mesmo que a condição lógica, que antecede a instrução de SET, comute para Off (figura 21).
Instrução RSET
Situação semelhante acontece com a instrução RSET, pois, quando a condição lógica que antecede esta instrução vai a On, o bit manipulado é, em simultâneo, levado a Off permanecendo nesse estado (figura 22).
Nota: Caso haja simultaneidade da função de SET e RSET, é a condição de RESET a predominante.
Função KEEP
A instrução KEEP permite definir um bit de memória como biestável, ou seja, o estado do relé é definido por duas condições lógicas: SET ou RESET (figura 23).
Os conceitos básicos da programação e suas funções já estão concluídas. Para as próximas edições trataremos a forma de programar um controlador lógico programável. Até a próxima!
Situação semelhante acontece com a instrução RSET, pois, quando a condição lógica que antecede esta instrução vai a On, o bit manipulado é, em simultâneo, levado a Off permanecendo nesse estado (figura 22).
Nota: Caso haja simultaneidade da função de SET e RSET, é a condição de RESET a predominante.
Função KEEP
A instrução KEEP permite definir um bit de memória como biestável, ou seja, o estado do relé é definido por duas condições lógicas: SET ou RESET (figura 23).
Os conceitos básicos da programação e suas funções já estão concluídas. Para as próximas edições trataremos a forma de programar um controlador lógico programável. Até a próxima!
* Matéria originalmente publicada na revista Mecatrônica Atual; Ano: 8; N° 44; Mar / Abr - 2010
