Apostila ICLP Elo

ntrodução aos Controladores Controladores Lógicos Programáveis

Revisão

A

Data

01/03/10

Nome / Setor

Natureza da Modificação

Elo Consultoria e Automação

Criação

ELO Consultoria e Automação Ltda

www.eloautomacao.com.br www.eloautomacao.c om.br

2


SISTEMA DE NUMERAÇÃO ________________________________________________________________________ 5 Sistema Decimal _________________________________________________________________ 5 Sistema Binário __________________________________________________________________ 6 Conversão de binário para decimal______________________ _________________________________ ______________________ ________________ _____7 Conversão de decimal para binário______________________ _________________________________ ______________________ ________________ _____8

Sistema Octal __________________________ _____________ __________________________ __________________________ __________________________ _______________ __9 Conversão de binário para octal _____________________________ ________________________________________ _____________________1 __________10 0 Conversão de octal para binário _______________________________ __________________________________________ ___________________11 ________11 Conversão de octal para decimal. _____________________ ________________________________ ______________________ _________________11 ______11 Conversão de decimal para octal o ctal _______________________ __________________________________ ______________________ _______________12 ____12

Sistema Hexadecimal ____________________________________________________________14 Conversão de binário para hexadecimal ______________ _________________________ ______________________ ___________________16 ________16 Conversão de hexadecimal para binário ______________ _________________________ ______________________ ___________________17 ________17 Conversão de hexadecimal para decimal ______________________ _________________________________ _____________________1 __________18 8 Conversão de decimal para hexadecimal ______________________ _________________________________ _____________________1 __________19 9

Código BCD (Decimal Codificado em Binário) _________________________________________22 Conversão de decimal para pa ra BCD ______________________ _________________________________ ______________________ _________________24 ______24 Conversão de BCD para decimal ___________________________ _______________________________________ _______________________ ___________24 24

Código Gray ____________________________________________________________________25

EXERCÍCIOS: _______________________________________________________________________________________27 FUNÇÕES LÓGICAS ________________________________________________________________________________31 Função “E” ou “AND” ____________________________________________________________31 Função “OU” ou “OR” ____________________________________________________________32 Função “NÃO” ou “NOT” _________________________________________________________33 Função “NÃO E” ou “NAND” _________________________ ____________ __________________________ __________________________ ________________34 ___34 Função “NÃO OU” ou “NOR” ______________________________________________________35 Teorema de De Morgan __________________________________________________________36 Função “XOR” __________________________________________________________________37



3

ntrodução aos Controladores Controladores Lógicos Programáveis EXERCÍCIOS: _______________________________________________________________________________________39 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMAVEIS _________________________________________________42 Arquitetura dos CLP’s ____________________________________________________________43 Conceitos Básicos dos CLP’s _______________________________________________________45 Programação de um CLP __________________________________________________________47 Princípio de Funcionamento de um CLP CLP ___________________________ ______________ __________________________ __________________49 _____49 Aplicações do CLP’s ______________________________________________________________50

EXERCÍCIOS ________________________________________________________________________________________51



4


Sistema de Numeração

5

Sistema Decimal O sistema decimal contém 10 símbolos, sí mbolos, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 e 9. Devido a estes dez símbolos, sua base (ou raiz) é chamada dez. Embora o sistema decimal tenha somente dez símbolos, qualquer número pode ser expresso. Exemplos: consideramos os números:

1527 = 1000 + 500 + 20 + 7

Note que como o 1 está posicionado quatro casas a esquerda, tem um peso muito maior do que o 7 que está situado na primeira posição. Se o 1 estivesse situado na segunda posição a partir do ponto decimal teria peso 10 em vez de 1000 que tem na quarta posição. Então à posição do algarismo algari smo com referência ao ponto decimal determina seu peso. Isto pode ser ilustrado rearranjando os algarismos ou dígitos do exemplo anterior. O valor do número muda.

5271 = 5000 + 200 + 70 + 1

O princípio de posicionamento pode ser estendido a qualquer sistema numérico. Qualquer número pode ser representado pela equação;

N = anBn + an-1Bn-1 + … + a1B1 + a0B0 ELO Consultoria e Automação Ltda



Sistema Binário

6

Computadores são capazes de realizar seus incríveis cálculos utilizando apenas dois dígitos: 0 e 1. A maioria das pessoas confia tanto em nosso habitual habitual sistema numérico decimal que nunca lhe ocorre à idéia de que outro possa ser utilizado. Os romanos adotaram um sistema para representar repr esentar números, valendo-se de letras do alfabeto. Assim, X corresponde a 10; L a 50; C a 100; D a 500; M a mil. O sistema romano funcionava bem como meio para gravar números simples, através de combinações destas letras. Não serviu, todavia, para fazer cálculos. Mesmo as adições em algarismos romanos são difíceis, por uma razão: não existe conceito para o “valor de posição”. Veja os números 506 e 56. A única diferente aparente entre eles é o zero no meio. Este algarismo informa que no número 506 não há dezenas, mas apenas cinco centenas e seis unidades. Cada coluna ou posição em um número convencional tem um valor a ela associado. A coluna à direita do número é a das unidades, a seguinte (movendo-se para a esquerda) é a das dezenas; a próxima é a coluna das centenas e assim por diante. O dígito usado em qualquer coluna significa quantos valores dela estão evolvidos. Computadores são máquinas eletrônicas que lidam facilmente facil mente com números, utilizando níveis de voltagem. Por exemplo : 5 V representa o valor binário "1" e 0 V representa o valor binário "0". Utilizando-se o sistema decimal (também conhecido como sistema de base 10), o número 506 é o meio conciso para representar o equivalente a quinhentos e seis elos de uma corrente, ou quinhentos e seis nós de uma corda. Na aritmética binária, o mesmo número é representado por um deselegante 111111010. Devido ao fato de que o sistema utilizado é o binário, o “valor de posição” de cada dígito e cada coluna é diferente. Ao invés de aumentar um valor em múltiplos de 10, as colunas aumentam em múltiplos de 2. A coluna da direita continua sendo as das unidades, mas como existem apenas dois símbolos (0 e 1), faltam-nos dígitos assim que nos acrescentamos 1. No sistem si stemaa decimal, somente nos faltam símbolos quando chegamos aos 9; desta maneira, utilizamos a coluna das dezenas e usamos 1 para indicar i ndicar que agora temos um “lote” “lot e” de dez. ELO Consultoria e Automação Ltda


ntrodução aos Controladores Controladores Lógicos Programáveis O sistema binário opera exatamente da mesma forma. Em vez de agrupar em dezenas escrevendo10 para as dezenas, o sistema binário faz agrupamentos de dois, com o que o dígito binário 10 representa o número decimal 2. Segue-se o número quinhentos e seis escrito de forma decimal e de forma binária, dando a perceber a similaridade dos dois sistemas:

50610 = 111111010 2 2

1

0

5x10 + 0x10 + 6x10 = 506 8

7

6

5

4

3

2

1

0

1x2 + 1x2 + 1x2 + 1x2 + 1x2 + 1x2 + 0x1 + 1x2 + 0x1 = 506

Conversão de binário para decimal A posição de cada algarismo de um número binário binári o representa uma potência de 2. O sistema binário usa dois algarismos 0 e 1. Exemplo: O número binário 0111 significa em decimal 7 pois corresponde, de acordo

com a equação 1, a:

3

2

1

0

N = 0x2 + 1x2 + 1x2 + 1x2 N = 0x8 + 1x4 + 1x2 + 1x1 N=7



7

ntrodução aos Controladores Controladores Lógicos Programáveis A seguir, tem-se outro outr o exemplo de conversão de binário para decimal. Converta o binário 11011 para decimal:

8

N = 1x24 + 1x23 + 0x22 + 1x21 + 1x20 N = 1x16 + 1x8 + 0x4 + 1x2 + 1x1 N = 27 A fim de facilitar a conversão de binário para decimal e vice-versa, usa-se uma uma tabela de potência de 2: 213

212

211

210

29

28

27

26

25

24

23

22

21

20

8192

4096

2048

1024

512

256

128

64

32

16

8

4

2

1

Conversão de decimal para binário O número é sucessivamente dividido por 2, guardando-se o resto. r esto. O resultado em binário é obtido montando-se todos os restos, na ordem inversa, isto é, o ultimo resto sendo o algarismo mais significativo. Converta o número 67 para binário.

Colocando-se os restos na ordem inversa temos 67 10 = 10000112. ELO Consultoria e Automação Ltda



Sistema Octal

9

O sistema octal ou de base 8, usa 8 símbolos: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7. Os números binários são longos, por exemplo, para se representar o número decimal 8192 em binário deve-se usar 14 algarismos, estes algarismos são apropriados para máquinas, mas para seres humanos são muito trabalhosos. Alguns controladores programáveis utilizam o sistema octal para endereçamento das memórias. Os números em octal têm um terço do comprimento de um número binário e fornecem a mesma informação. Se considerarmos considerarmos um número binário de 3 dígitos, o maior número que pode ser expresso por estes 3 dígitos é 111 ou, decimal 7. Sendo 7 o algarismo mais significativo do sistema octal, pela pel a combinação de 3 dígitos binários podese ter todos os algarismos octais, como mostra a tabela a seguir:

Octal

Binário

0

000

1

001

2

010

3

011

4

100

5

101

6

110

7

111




Conversão de binário para octal

10

Para se fazer qualquer conversão de número binário para octal, simplesmente simplesmente divide-se o número binário em grupo de 3 dígitos e então, se expressa cada grupo por seu octal equivalente. Exemplo: Converta o binário 1000010101 para octal.

1000010101 1 000 010 1

0

Binário

101

Grupos de 3 bits

5

Octal

2

Portanto 10000101012 = 10258 Exemplo: Converta o binário 1010110101 para octal.

1010110101 1 010 110 1

2

6

Binário

101

Grupos de 3 bits

5

Octal

Portanto 01010110101 2 = 12658




Conversão de octal para binário

11

A conversão de octal para binário é o processo inverso e não apresenta dificuldades. Expressa-se cada número octal por seu binário de 3 dígitos equivalente. Exemplo:

Converta o octal 2743 para binário.

2

7

3

Octal

011

Grupos de 3 bits

4

10 111 100

Binário

10111100011

Convertendo cada dígito para um grupo de 3 bits temos: 27438 = 10111100 011.

Conversão de octal para decimal. A conversão de octal para decimal é feita por aplicação direta da equação 1.

N = anBn + an-1Bn-1 + … + a1B1 + a0B0 Exemplo: Converta o octal 714 para par a decimal.

714 2

1

0

7x8 + 1x8 + 4x8 = 460 Portanto 7148 = 46010 Exemplo: Converta o octal 6351para decimal. ELO Consultoria e Automação Ltda


ntrodução aos Controladores Controladores Lógicos Programáveis 12

6352 3

2

1

0

6x8 + 3x8 + 5x8 + 1x8 = 3305 Portanto 63518 = 330510 A fim de facilitar a conversão de octal para decimal e vice-versa, usa-se uma tabela de potência de 8: 86

85

84

83

82

81

80

26214

32678

4096

512

64

8

1

Conversão de decimal para octal Para esta conversão, podemos utilizar o método das divisões sucessivas. sucessivas. O método requer que o número decimal seja dividido di vidido sucessivamente por 8 e os restos ordenados do último para o primeiro. Este método é análogo à conversão decimal para binário, já visto anteriormente. Exemplo: Converta o decimal 67 para octal.

Reorganizando os restos iniciando do quociente a ultima divisão até o resto da primeira divisão de baixo para cima da direita para esquerda, portanto 6710 =1038



ntrodução aos Controladores Controladores Lógicos Programáveis Existe ainda um segundo método para conversão de um número decimal para octal. Esse método se torna mais fácil quando estamos lidando com números grandes, pois a divisão por 8 pode se tornar trabalhosa. Esse método consiste em transformar o número decimal em um número binário e depois de transformado em binário transformá-lo em octal. A divisão sucessiva por 2 e a transformação de binário para octal são métodos mais simples.

Reorganizar os restos da divisão sucessiva por 2 iniciando ini ciando do quociente da ultima divisão até o resto da primeira divisão de baixo para cima da direita para esquerda. Depois, transformar em octal, separando o número binário em grupos de 3, convertendo cada grupo em um digito octal.

1000011 1 000 1

0

011 3

Binário Grupos de 3 bits Octal

Portanto 6710 = 10000112 = 1038



13


Sistema Hexadecimal

14

Os computadores utilizam o sistema binário, pois admitem apenas dois estados. Por que então, os programadores recorrem ao sistema hexadecimal, de base 16 ? É fácil saber por que se usa o sistema binário nas operações internas do computador – a representação dos números que utiliza unicamente os dígitos 0 e1 prestase bem aos sinais elétricos ligado/desligado com os quais o computador funciona. É igualmente fácil entender porque o sistema decimal e usado quase universalmente pelas sociedades humanas – o fato de termos t ermos dez dedos faz dele o nosso número base. Que utilidade, porém, pode ter o sistema hexadecimal hexadecimal (de base 16) ? A resposta está no fato de os números hexadecimais serem convertidos em números binários, e viceversa, muito mais fácil que os decimais. Uma vez que os computadores “compreendem” “compreendem” os números binários, por que seus programadores não fazem seus programas em dígitos binários? Há duas razões para isso. Primeiramente, os números são muito mais extensos do que seus correspondentes na base 10 ou 16. Por exemplo, o número 356 em decimal é 101100100 no sistema binário. Em segundo lugar, é fácil cometer erros quando se usam apenas os dígitos 0 e 1. O sistema hexadecimal hexadecimal utiliza utili za 16 dígitos diferentes, inclusive o zero, de modo que o maior número que pode ser representado na coluna das unidades corresponde ao decimal 15. Os matemáticos poderiam ter adotado seis novos símbolos para os números entre 10 e 15, mas convencionou-se utilizar as seis primeiras letras do alfabeto. Ao realizar uma contagem pelo acréscimo de dígitos 1, recorremos a dígitos numéricos padrões juntamente com os dígitos alfabéticos até a letra F – o hexadecimal equivalente a 15. Uma vez esgotados os símbolos, temos de passar para outra coluna, a coluna das “dezesseis”. Aqui, igualmente, utilizamos os mesmos símbolos disponíveis até F. Após o preenchimento também desta coluna, o acréscimo de mais um dígito dígi to significa iniciar mais uma coluna, a dos (256). O número 65.535 e representado por FFFF no sistema hexadecimal, hexadecimal, e isto i sto evidência uma das vantagens do sistema hexadecimal: um número que no sistema decimal utiliza cinco dígitos e no sistema binário precisa de dezesseis, pelo sistema ELO Consultoria e Automação Ltda


ntrodução aos Controladores Controladores Lógicos Programáveis hexadecimal necessita de apenas 4 dígitos. Além dessa economia de espaço, há outra vantagem mais importante. Quatro dígitos binários podem ser representados por apenas um dígito hexadecimal. Isto torna a conversão do sistema binário em hexadecimal, e viceversa, uma operação relativamente simples. Costuma-se colocar o símbolo H após o número hexadecimal para distingui-lo dos números decimais. Desse modo, o número 256 (decimal) seria escrito da seguinte forma: 100H e sua leitura seria “um, zero,zero,hexa”.

Hexadecimal

Decimal

Binário

0

0

0000

1

1

0001

2

2

0010

3

3

0011

4

4

0100

5

5

0101

6

6

0110

7

7

0111

8

8

1000

9

9

1001

A

10

1010

B

11

1011

C

12

1100

D

13

1101

E

14

1110

F

15

1111



15


Conversão de binário para hexadecimal A conversão de números binários em seus equivalentes hexadecimais, consiste em dividir o número binário em grupos de 4 dígitos, iniciando pela direita e em seguida, realizar a conversão, um grupo de cada vez. Eis alguns exemplos:

11101001

Binário

1110 1001

Grupos de 4 bits

E

Hexadecimal

9

Binário

111110001100 1111 1001 1100 F

8

Grupos de 4 bits Hexadecimal

C

Binário

111111000101101

0111 1110 0010 1101 Grupos de 4 bits 7

E

2

D


Hexadecimal


16


Conversão de hexadecimal para binário O processo é o inverso do anterior. Cada caractere hexadecimal corresponde a quatro dígitos binários. Consultando a tabela, confira os exemplos exemplos a seguir:

F

0

E

1111 0000 1110 111100001110

Hexadecimal Grupos de 4 bits Binário

9

3

Hexadecimal

1001

0011

Grupos de 4 bits

10010011

A

7

Binário

Hexadecimal

1010 0111

Grupos de 4 bits

10100111

Binário



17


Conversão de hexadecimal para decimal O sistema hexadecimal é um sistema de posicionamento por pesos e obedece a equação geral. Para a conversão de hexadecimal hexadecimal (chamado abreviadamente de hexa) para decimal, podemos simplesmente substituir os dígitos na equação.

N = anBn + an-1Bn-1 + … + a1B1 + a0B0 Exemplo:

F2 1

0

Fx16 + 2x16 = FX16 + 2X1 = 242

Note que o digito F em hexadecimal representa o numero 15 na conversão de hexadecimal para decimal. Então, o hexadecimal F2 corresponde corr esponde ao decimal 242.

3B3 2

1

0

3x16 + Bx16 + 3x16 = 3X256 + 11X16 + 3X1 = 947



18

ntrodução aos Controladores Controladores Lógicos Programáveis Note que o digito B em hexadecimal representa o numero 11 na conversão de hexadecimal para decimal. Então, o hexadecimal 3B3 corresponde ao decimal 947. A fim de facilitar f acilitar a conversão de hexadecimal para decimal e vice-versa, usa-se uma tabela de potência de 16: 165

164

163

162

161

160

1048576

65536

4096

256

16

1

Conversão de decimal para hexadecimal Qualquer número decimal pode ser convertido para hexa, por divisões sucessivas por 16. Os restos podem então ser convertidos para hexa e lidos na ordem inversa (tal como já foi feito para binário e octal), para se obter o resultado hexadecimal. hexadecimal. Converta o decimal 713 para hexadecimal, hexadecimal, por divisões sucessivas:

Note que ao reorganizar os restos teremos o número hexadecimal 2 12 9. Como não existe 12 em hexadecimal substituiremos o número 12 pela sua letra equivalente em hexadecimal que é C. Então, o decimal 713 corresponde em hexa a 2C9, isto é, 713 10 = 2C916



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ntrodução aos Controladores Controladores Lógicos Programáveis Existe ainda um segundo método para conversão de um número decimal para hexadecimal. Esse método se torna mais fácil quando estamos lidando com números grandes, pois a divisão por 16 pode se tornar trabalhosa. Esse método consiste em transformar o número decimal em um número binário. Depois de passar para binário, fica simples transformá-lo em hexadecimal (método de agrupamento de 4 binários). A divisão sucessiva por 2 e a transformação de binário para hexa são métodos mais simples de transformação.



20

ntrodução aos Controladores Controladores Lógicos Programáveis Reorganizar os restos da divisão sucessiva por 2, iniciando do quociente da última divisão até o resto da primeira divisão, de baixo para cima e da direita para esquerda. Depois, transformar em hexadecimal, separando o número em binário bi nário de 4 dígitos, convertendo cada grupo em um digito hexadecimal. hexadecimal.

1011001001

Binário

0010 1100 1001

Grupos de 4 bits

2

C

9

Hexadecimal

Portanto 71310 = 10110010012 = 2C916



21


Código BCD (Decimal Codificado em Binário) O sistema numérico decimal é fácil de usar devido à familiaridade. O sistema numérico binário é menos conveniente de se usar, pois, nos é menos familiar. É difícil olhar em número binário e rapidamente reconhecer o seu equivalente decimal. Por exemplo, o número binário 1010011 representa o número decimal 83. A quantidade de tempo que leva para converter ou reconhecer um número binário é uma desvantagem no trabalho com este código. Os engenheiros reconheceram este problema cedo, e desenvolveram uma forma especial de código binário que era er a mais compatível com o sistema decimal. Como uma grande quantidade de dispositivos digitais, instrumentos e equipamentos usam entradas e saídas decimais, este código especial tornou-se muito difundido di fundido e utilizado. Esse código especial é chamado decimal codificado em binário (BCD - binary coded decimal). O código BCD combina algumas das características dos sistemas numéricos binários e decimais. Decimal

Binário Puro

BCD

0

0

0000

1

1

0001

2

10

0010

3

11

0011

4

100

0100

5

101

0101

6

110

0110

7

111

0111

8

1000

1000

9

1001

1001

10

1010

0001 0000

11

1011

0001 0001



22

ntrodução aos Controladores Controladores Lógicos Programáveis Para representar um número decimal em notação BCD substitue-se cada dígito decimal pelo código de 4 bits apropriados.Por exemplo, exemplo, o inteiro decimal 834 em BCD é 1000 0011 0100. Cada dígito decimal decimal é representado pelo seu código BCD equivalente. Um espaço é deixado entre cada grupo gr upo de 4 bits para evitar confusão do formato BCD com o código binário puro. Uma vantagem do código BCD é que as dez combinações do código BCD são fáceis de lembrar. Conforme se começa co meça a trabalhar com números binários regularmente, os números BCD tornam-se tão fáceis e automáticos como números decimais. Por esta razão, por simples inspeção da representação BCD de um número decimal pode-se efetuar a conversão quase tão rápido r ápido como se já estivesse na forma decimal. Como exemplo, converter o número BCD no seu equivalente decimal. 0110 0010 1000= 628 O código BCD simplifica a interface int erface Homem-máquina, mas é menos eficiente que o código binário puro. Usam-se mais bits para representar um dado número decimal em BCD que em notação binária pura.

Alguns controladores programáveis programáveis utilizam instruções de conversão BCD – BIN e BIN – BCD para receber os dados provenientes de uma chave numérica ou enviar dados para um display.

A instrução FRD faz a transformação de um valor BCD para um valor Decimal ELO Consultoria e Automação Ltda

A instrução TOD faz a transformação de um valor Decimal para um valor BCD www.eloautomacao.com.br www.eloautomacao.c om.br

23


Conversão de decimal para BCD

24

A conversão de decimal para BCD é fácil. Basta converter cada número decimal para BCD separadamente. Exemplo: Usando o código BCD, converter o decimal 5867

5

8

6

7

DECIMAL

0101 1000 0110 0111 Grupos de 4 bits 101100001100111

BCD

Conversão de BCD para decimal A conversão de BCD para decimal decimal é também feita facilmente, basta separar os bits binários em grupos de quatro e converter para os decimais equivalentes um por um, por exemplo, o número binário seguinte está escrito no código BCD. Converta-o para decimal. decimal.

11011010010101

BCD

0011 0110 1001 0101 Grupos de 4 bits 3

6

9


5

DECIMAL



Código Gray

25

O código Gray apresenta a particularidade de mudar apenas um bit na passagem de um número para o seguinte. Como vimos, um número expresso em BCD apresenta-se sob a forma 0 ou 1, que podem então ser facilmente identificador seus estados lógicos. Um determinado número possui igualmente a vantagem de ser facilmente f acilmente convertido em decimal, qualquer que seja a sua dimensão. É de fato muito utilizado em aplicações industriais, mas tem o inconveniente de estabelecer uma seqüência de número tal que a passagem de um ao seguinte se faz f az mudando diversos algarismos:

Em um captor, é tecnologicamente t ecnologicamente difícil obter simultaneamente diversas mudanças de estado e o risco de obter-se uma combinação transitória errônea existe: entre 25 e 26 é possível obter os valores 24 (00100100) ou 27 (00100111) segundo as ordens de comutações das saídas. O código Gray utiliza uma estrutura comparável ao código BCD, mas cada número decimal corresponde a um número de aspecto binário tal que a passagem de um a outro se faz pela modificação de um só dígito binário.




Decimal

Binário

Gray

0

0000

0000

1

0001

0001

2

0010

0011

3

0011

0010

4

0100

0110

5

0101

0111

6

0110

0101

7

0111

0100

8

1000

1100

9

1001

1101

10

1010

1111

11

1011

1110

12

1100

1010

13

1101

1011

14

1110

1001

15

1111

1101

Na tabela acima foi destacado a quantidade de dígitos modificados em binário e no código Gray a cada evolução dos valores decimais, decimais, percebe-se que com o binário, na evolução dos valores decimais, vários dígitos se modificam juntos, enquanto que no código Gray sempre um único dígito se altera na evolução dos números decimais.




Exercícios:

27

1. Converta de binário para para decimal decimal o número número 10011011110 100110111102.

2. Converta de decimal para para binário o número número 45210.

3. Converta de decimal para para binário o número número 20910.

4. Converta de binário binário para decimal decimal o número número 111101010100011 1111010101000112.

5. Converta de binário para para octal o número número 101110111102.




6. Converta de octal para binário o número 37512 375128.

7. Converta de octal para decimal o número 777 7778.

8. Converta de decimal para para octal o número número 54910.

9. Converta de octal para decimal o número 767654 7676548.

10. Converta de binário para hexadecimal hexadecimal o número 100100011111101000111 1001000111111010001112.

11. Converta de hexadecimal hexadecimal para par a decimal o número B4E716.



28

ntrodução aos Controladores Controladores Lógicos Programáveis 12. Converta de hexadecimal hexadecimal para par a binário 75AC16.

29

13. Converta de decimal para hexadecimal o número 92410.

14. Converta de hexadecimal para octal o número 13AF54B16.

15. Converta de octal para hexadecimal o número 654307 8.

16. Converta o número 445464710 de decimal para o código BCD.

17. Converta o código BCD 1000100010001001001111BCD 1000100010001001001111BCD para decimal.



ntrodução aos Controladores Controladores Lógicos Programáveis 18. Converta o número 398510 de decimal para o código BCD.

19. Converta o código BCD 1001100001110010BCD 1001100001110010BCD para decimal.

20. Converta o número 142136518910 decimal para o código BCD.



30


Funções Lógicas

31

Em circuitos digitais existem cinco funções lógicas básicas que são as funções: E (AND), OU (OR), NÃO (NOT), NÃO E (NAND), NÃO OU (NOR), e mais duas derivadas destas que são as funções OU exclusivo (XOR) e coincidência. Vejamos:

Função “E” ou “AND”

Da tabela apresentada, verificamos que temos “S” = “1” apenas se as duas entradas estão no nível lógico l ógico “1”. A seguir apresentamos um circuito equivalente em diagramas de relés.

A B S

Expressão lógica: S = A . B




Função “OU” ou “OR”

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Como podemos verificar através da tabela, temos “S” = “0”, apenas quando as duas entradas “a” e “b” estão também a nível lógico zero, caso contrário temos “S” = “1”. “1” . A seguir temos um circuito equivalente em diagramas de relés.

A

B

S

Expressão lógica: S = A + B




Função “NÃO” ou “NOT”

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Da tabela verdade, notamos que a porta lógica inversor apresenta na saída um nível lógico oposto ao da entrada. A seguir apresentamos equivalentes em diagramas de relés.

A

K

K

S

Expressão lógica: S = A

Observações •

Na entrada o nível lógico zero é representado com o contato desacionado e o nível lógico 1 com o contato acionado.

•

Na saída o nível lógico zero é representado com o relé desenergizado e o nível lógico um com o relé rel é energizado.




Função “NÃO E” ou “NAND”

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Podemos notar pela tabela apresentada, que a lógica l ógica NAND realiza a função inversa ao “AND”. A seguir apresentamos circuitos equivalentes em diagramas de relés. No diagrama da direita representamos uma uma simplificação. simplifi cação.

A

K

A

B

B K

S



S




Função “NÃO OU” ou “NOR”

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Como podemos notar através da tabela, temos “S” = “1” somente quando “a” = “b” = “0”. A porta lógica apresentada realiza a função inversa a do “OR”. A seguir apresentamos circuitos equivalentes em diagramas de relés. No diagrama da direita representamos uma simplificação.

A

B

K

A B

K


S S


Observação: Se utilizarmos uma porta lógica NAND ou NOR com suas entradas unidas

terá o equivalente a uma porta inversora conforme mostrado a seguir. Confira com a tabela verdade das portas NAND e NOR.




Teorema de De Morgan

(A . B) = A + B


(A + B) = A . B



Função “XOR”

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Como podemos notar através da tabela, temos “S” = “1” somente quando “a” e “b” forem diferentes. A seguir apresentamos circuitos equivalentes em diagramas de relés.

A

B

S

Expressão lógica: S = A . B + A . B



ntrodução aos Controladores Controladores Lógicos Programáveis Exemplo de representação de circuitos lógicos através de expressões lógicas.

A seguir representamos um CI com 4 portas lógicas NAND.



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Exercícios:

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Na tabela ao lado insira os valores da saída (Y) para cada instante do trem de pulso existente existente nas entradas entradas das ortas ló icas abaixo: abaixo:




Montar o circuito digital equivalente a um sistema de transporte que, ao pressionar o botão liga b1 ou b3(ambos os botões pulsadores NA) o motor M1 começará a girar a esteira 1, que levará a caixa até o final fi nal da esteira. Quando a caixa cortar a foto-célula F1 (indica presença de caixa) o motor deverá parar. Caso o botão desliga b2 ou b4 (ambos pulsadores NF) seja pressionado o motor deverá parar.




Ache a expressão lógica do circuito abaixo:

a b

& 1

≥

&

1

≥

c

Qual o circuito lógico cuja expressão lógica é : S = a . b + c . d + e



S

ntrodução aos Controladores Lógicos Programáveis

CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMAVEIS

São equipamentos eletrônicos programáveis destinados a substituir sistemas controlados por dispositivos eletro-mecânicos. eletro-mecânicos. São utilizados em sistemas de automação flexível e permitem desenvolver e alterar facilmente a lógica l ógica para acionamento das saídas em função das entradas. Desta forma, podem-se utilizar inúmeros pontos de entrada de sinal para controlar pontos de saída de sinal (cargas). O controlador lógico programável nasceu na indústria automobilística americana, devido à grande dificuldade que havia para mudar a lógica de controle de painéis de comando, ao se alterar a linha li nha de montagem. Essa mudança exigia muito tempo e dinheiro. Para resolver essa dificuldade, foi preparada uma especificação das necessidades de muitos usuários de circuitos e relés, tanto da indústria automobilística como de toda a indústria manufatureira. Nascia assim um equipamento bastante versátil e de fácil utilização, que vem se aprimorando constantemente. constantemente. Desde seu aparecimento até



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ntrodução aos Controladores Controladores Lógicos Programáveis hoje, muita coisa evoluiu nos controladores lógicos. Esta evolução está ligada diretamente ao desenvolvimento tecnológico da informática, em termos de software e de hardware. As vantagens dos controladores lógicos programáveis em relação aos sistemas convencionais são: · ocupam menos espaço; · podem ser reutilizados; · são programáveis, permitindo alterar os parâmetros de controle; contr ole; · têm maior confiabilidade; · sua manutenção é mais fácil; · oferecem maior flexibilidade; · permitem interface de comunicação com outros CLP’s e computadores de controle;

Arquitetura dos CLP’s Ponto de entrada – São os sinais recebidos pelo CLP, a partir de dispositivos ou

componentes externos (sensores). Ex.: micro-chaves, botões, termopares, relés, etc. Cada sinal produzido pelo CLP para acionar dispositivos ou componentes do sistema de controle (atuadores) constitui um ponto de saída. Ex: Lâmpadas, solenóides, contatores, relés, etc.

Ponto de saída

.

Fonte de Alimentação- A fonte de alimentação é responsável pela conversão da tensão

que alimenta o CLP (110V por exemplo) exemplo) em tensões utilizadas pelo circuito eletrônico (5 V , 24V por exemplo). A UCP é a unidade "inteligente" do CLP. Na UCP são tomadas todas as decisões para o controle da máquina ou processo. Ela recebe os dados de entrada, realiza as decisões lógicas baseada no programa armazenado e atualiza as saídas. Na CPU iremos encontrar : Unidade Central de Processamento (CPU).



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ntrodução aos Controladores Controladores Lógicos Programáveis Microprocessador- É o componente que executa o controle e o processamento de todas

as informações i nformações.. Memória EEPROM (Electrical Erasable Programmable Read Only Memory)- É uma

memória que não perde os seus conteúdos quando se desliga a alimentação. Nos controladores lógicos programáveis ela contém o programa monitor e pode armazenar back-up de programas do usuário. Memória RAM (Randomic Access Memory) - Nos controladores lógicos programáveis

ela é usada como memória do usuário, onde são armazenados os valores atuais de dados e o programa. É uma u ma memória “volátil” (que perde os dados armazenados se não for alimentada eletricamente). Por isso, i sso, na maioria dos controladores programáveis, encontramos uma bateria que tem por função alimentar a memória RAM em caso de perda de energia do sistema. si stema. Os canais de comunicação. Permitem Permitem conectar o CLP à interfaces i nterfaces de operação (IHM´s),

computadores, outros CLP´s e até mesmo mesmo com unidades uni dades de entradas e saídas remotas. Cada fabricante estabelece um protocolo para fazer com que seus equipamentos troquem informações entre si. Os protocolos pr otocolos mais comuns são Modbus (Modicon - Schneider Eletric), Profibus (Siemens), Unitelway (Telemecanique - Schneider Eletric) e DeviceNet (Allen Bradley),



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ntrodução aos Controladores Controladores Lógicos Programáveis entre muitos outros.

45

Conceitos Básicos dos CLP’s C LP’s O CLP é composto de módulos de entradas e saídas, digitais ou analógicas. As entradas e saídas digitais são agrupadas em conjuntos de 8, 16 ou 32 (cada uma delas é um bit), de forma que a unidade central de processamento processamento possa tratar trat ar as informações como bytes, words ou double-words.

Bit – Digito binário binário código 0 ou 1. Byte – Conjunto de 8 bits bits que compõem uma informação Word – Conjunto de 16 bits que que compõem uma informação Double-Word – Conjunto de 32 bits que compõem uma informação



ntrodução aos Controladores Controladores Lógicos Programáveis As entradas analógicas têm seu valor convertido para binário, para que a UCP possa considerá-las e tratá-las. A lógica a que são submetidas às entradas para gerar as saídas é programada pelo usuário do sistema.

ISOLADOR OPTO-ELÉTRICO

FILTRO

CPU

ENTRADA

As entradas possuem ainda um isolador opto - elétrico para impedir i mpedir que qualquer curto que possa ocorrer nos dispositivos ligados às entradas afete a CPU e ainda um filtro para garantir o estado lógico das entradas evitando trabalhar com informações erradas provenientes de interferências.



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Programação de um CLP

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A lógica desenvolvida pelo CLP com os sinais si nais de entrada para acionar as suas saídas é programável. É possível desenvolver lógicas combinatórias, lógicas seqüenciais e também uma composição das duas, o que ocorre na maioria das vezes.

As linguagens de programação existentes em um CLP são normalizadas nor malizadas pela IEC 611313 e estão divididas em: Textuais :

- ST - structured text (texto estruturado) - IL - instruction list (lista de instruções) Gráficas:

- LD - ladder diagram (diagrama de contatos)



ntrodução aos Controladores Controladores Lógicos Programáveis - FBD - function diagram blocks (diagrama de blocos de funções) Método SFC (sequential function chart ) ou Grafcet Como o CLP veio substituir elementos/componentes elementos/componentes eletroeletrônicos de acionamento, a linguagem mais utilizada na sua programação é a linguagem ladder, que é similar à linguagem de diagramas lógicos de acionamento, desenvolvidos por eletrotécnicos, técnicos eletricistas ou profissionais da área de controle. Os principais símbolos de programaçã pr ogramação: o:



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Princípio de Funcionamento de um CLP Um CLP realiza continuamente um ciclo de varredura que se efetua conforme a figura abaixo. O programa do usuário, usuári o, basicamente, basicamente, é efetuado por ciclos.

Os sinais dos sensores são aplicados às entradas do controlador e a cada ciclo (varredura), todos esses sinais são lidos e transferidos para a unidade de memória interna. A memória que é acessada pelo programador é chamada de memória usuário. Ela é dividida em memória de dados e memória de programa. Na memória de dados são armazenados os dados manipulados pelo CLP e também as Tabelas imagens de entrada e saída. Na memória de programa é armazenada a lógica que controla as saídas a partir do estado das entradas. Depois de armazenado os dados na tabela imagem de entrada varremos o programa verificando o estado lógico das entradas e executando as lógicas criadas pelo programador, atualizando a tabela imagem i magem de saída conforme foi



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ntrodução aos Controladores Controladores Lógicos Programáveis determinado pela lógica existente. A seguir, o CLP irá atualizar as saídas físicas, conforme a tabela imagem.

Aplicações do CLP’s Hoje encontramos CLP’s empregados na implementação i mplementação de painéis seqüenciais de intertravamento, controle de malhas, servo-posicionamento, sistemas SCADA (Supevisory Control and Data Aquisition), sistemas de controle estatístico de processo (SPC), sistemas de controle de estações, sistemas de controle de células de manufatura, entre outras aplicações. Esse vasto campo de aplicações associados a um grande número de outros equipamentos disponíveis para a automação de uma pl anta geram a necessidade de uma metodologia estruturada de automação para permitir a utilização do CLP de maneira correta num projeto de automação. Os CLP´s também tem se mostrado úteis na automação de processos discretos (onde é necessário controle ON-OFF), bem como na automação de processos contínuos (onde o controle de malhas é primordial). Os CLP’s oferecem ainda um considerável número de benefícios para aplicações na indústria. Estes benefícios podem resultar em economia, que excede o custo do CLP em si, e devem ser considerados quando da seleção de um dispositivo de controle industrial. Praticamente não existem ramos de aplicações industriais onde não possam ser utilizados CLPs. Algumas aplicações típicas são: - Máquinas industriais (operatrizes, injetoras de plástico, têxteis, t êxteis, calçados, etc.); - Equipamentos industriais para processos (siderurgia, papel e celulose, pneumáticos, dosagem e pesagem, pesagem, fornos, etc.); etc.) ; - Equipamentos para controle de energia (demanda e fator f ator de carga); - Controle de processos pr ocessos com realização de sinalização, intertravamento e laços PID; - Aquisição de dados de supervisão em: fábricas, prédios inteligentes, dispositivos que necessitem de controle remoto, etc.; - Bancadas de teste automático de componentes industriais.



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Exercícios

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B1 Km1

Km2

B2 B3

Elaborar um programa em Ladder correspondente a uma partida de motor trifásico com reversão. Onde o comando de liga é feito pelo botão B1 e desliga pelo botão B2, o comutador B3 define o sentido para o qual o motor irá girar. Elemento B1 B2 B3 Km1 Km2

Descrição

Endereço

Botão liga (NA) Botão desliga (NF) Comutador sentido horário=0 anti-horário=1 Motor sentido horário Motor sentido anti-horário anti-horário




Elemento

Descrição

Endereço

B1 S1 S2 S3 M1

Botão liga =1/desliga= 0 sistema ( NA - seletora) Sensor de indicação de Cisterna cheia Sensor de indicação de Bomba nível baixo Sensor de indicação de Bomba nível Alto Motor da Bomba

A figura acima apresenta um sistema de bombeamento de água de uma cisterna para uma caixa d’água, através de uma bomba M1. Uma “chave-bóia” S1 verifica o nível mínimo de água na cisterna, enquanto que as bóias S2 e S3 verificam os níveis mínimo e máximo da caixa, respectivamente. Através de um comutador de 2 posições fixas B1, o utilizador poderá por o sistema em funcionamento, passando o comutador para a posição LIGA (L). Nesta condição, caso haja nível mínimo de água na cisterna, o sistema funcionará automaticamente. Estando o nível da caixa abaixo do nível mínimo, a bomba entrará em funcionamento, até que a água atinja a bóia de nível máximo. Com a bomba desligada, a caixa irá esvaziar esvaziar progressivamente, devido ao consumo. consumo. Quando a água da caixa voltar a descer abaixo do nível mínimo, a bomba voltará a funcionar. ELO Consultoria e Automação Ltda



No mesmo sistema do Ex.1, o comutador LIGA-DESLIGA foi substituído por um comutador MANUAL-AUTOMÁTICO e dois botões pulsadores foram acrescentados, respectivamente B2 - LIGA e B3 - DESLIGA. Com o comutador na posição AUTO, o funcionamento será o mesmo descrito no Ex.1. Nesta situação, os botões LIGA e DESLIGA não tem nenhum efeito. Com o comutador na posição MANUAL, as bóias de nível da caixa não terão nenhum efeito, sendo a bomba ligada e desligada através dos botões LIGA e DESLIGA, caso haja nível mínimo de água na cisterna. Foi acrescentada mais uma bomba M2. O funcionamento do sistema permanecerá o mesmo, mesmo, entretanto, o utilizador poderá escolher qual das duas bombas irá funcionar e qual ficará em “stand-by” através de um comutador B4 (Seleção Bomba 1 / Bomba 2). Elemento

Descrição

B1 B2 B3 B4 S1 S2 S3 M1

Seletora Auto =1/Manual= 0 sistema ( NA-2 p.) Botão Liga sistema ( NA) Botão Desliga sistema (NF) Seletora Bomba1 ( 0) Seletora Bomba2 ( 1) Sensor de indicação de Cisterna cheia (NA) Sensor de indicação de Bomba nível baixo (NA) Sensor de indicação de Bomba nível Alto (NA) Motor Bomba 1


Endereço


ntrodução aos Controladores Controladores Lógicos Programáveis M2

Motor Bomba 1

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S1

S2 B

A

Elaborar um programa em Ladder para o processo industrial de uma esteira bidirecional transportadora de peças entre dois pontos A e B. Ao ser colocada manualmente uma peça sobre um dos extremos (atuando ( atuando o sensor) e com a ordem or dem de transporte B1, a esteira deverá levar essa peça à outra extremidade. O contatora KM1 realiza o movimento no sentido A ► B, enquanto o contatora KM2 realiza reali za o movimento no sentido B ► A. Ao finalizar o transporte, deve ser atuada a lâmpada L1 que será desligada somente quando for retirada a peça da esteira. Elemento

Descrição

B1 S1 S2 L1 KM1 KM2

Botão ordem de transporte (NA-pulsador) Fim de curso da extrema esquerda Fim de curso da extrema direita Lâmpada de indicação fim de transporte Giro motor M sentido A->B Giro motor M sentido B->A


Endereço



B1 B2 B3 B4 B5

F1 F2 F3

Elaborar um programa em Ladder para o processo industrial em que uma esteira acionada pelo motor M1 transporta garrafas de três tamanhos (pequena, média e grande) que sensibilizam três sensores óticos F1, F2 e F3, conforme mostra a figura figur a acima. O processo tem inicio quando a botoeira B1 é acionada, e interrompida pela botoeira B2. A seleção do tipo de garrafa é feita a partir de botões pulsadores B3-garrafa pequena, pequena, B4garrafa média, B5-garrafa grande. Assim, caso, por exemplo, sejam selecionadas garrafas grandes, a esteira deve parar e a lâmpada L1 ou L2 deve ser acesa caso uma garrafa pequena ou média seja detectada. Após a retirada r etirada da garrafa indesejada, o operador deve religar o sistema acionando B1. Elemento

Descrição

B1 B2 B3 B4 B5 F1 F2 F3 M1 L1 L2 L3

Botão liga sistema NA-Pulsador Botão desliga NA-Pulsador Seleção garrafa pequena Seleção garrafa média Seleção garrafa grande Presença de garrafa grande Presença de garrafa média Presença de garrafa pequena Motor da esteira Lâmpada de indicação de garrafa grande Lâmpada de indicação de garrafa média Lâmpada de indicação de garrafa pequena


Endereço


Apostila ICLP Elo

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