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    A AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
         A automação industrial se verifica sempre que novas técnicas de controle são
introduzidas num processo. Associado ao aumento de produtividade, como fator preponderante
do aumento da qualidade de vida por meio do poder de compra adquirido pela sociedade. Torna-
se o maior poder gerado de riquezas que jamais existiu. Segundo alguns autores, “as técnicas de
produção e a produtividade do trabalho são o fator preponderante do poder de compra”.
         Pode-se dizer que automação industrial é oferecer e gerenciar soluções, pois ela sai do
nível de chão de fabrica para voltar seu foco para o gerenciamento da informação. Apesar da
diferença sutil entre os termos, é importante salientar a existência de dois termos muito
difundidos popularmente: automatização e automação.

         O termo automatização se difundiu desde a construção das primeiras máquinas e se
consolidou com a revolução industrial e, portanto, automatização está indissoluvelmente ligada
à sugestão de movimento automático, repetitivo, mecânico e é sinônimo de mecanização,
portanto reproduz ação. Caso se entenda que tal mecanização implica somente em uma ação
cega, sem correção, tem-se um sistema no qual a saída independe da entrada, ou seja, não existe
uma relação entre o valor desejado para um sistema e o valor recebido por este, por meio da
variável responsável por sua atuação. Diz-se que esse tipo de controle se dá por malha aberta.
Neste caso, o sistema terá sempre o mesmo comportamento esperado, pois ele, é determinado
por leis físicas indissoluvelmente associadas ao hardware utilizado. Hardware que pode ser da
natureza mecânica, elétrica, térmica, hidráulica, eletrônica ou outra.

          A automação é um conceito e um conjunto de técnicas por meio das quais se constroem
sistemas ativos capazes de atuar com uma eficiência ótima pelo uso de informações recebidas do
meio sobre o qual atuam. Com base nas informações, o sistema calcula a ação corretiva mais
apropriada para a execução da ação e esta é uma característica de sistemas em malha fechada,
conhecidos como sistemas de realimentação, ou seja: aquele que mantém uma relação expressa
entre o valor de saída em relação ao da entrada de referencia do processo. Essa relação
entrada/saída serve para corrigir eventuais valores na saída que estejam fora dos valores
desejados. Para tanto, são utilizados controladores que, por meio da execução algorítmica de um
programa ou circuito eletrônico, comparam o valor atual com o valor desejado, efetuando o
cálculo para ajuste e correção. O valor desejado também é conhecido da literatura inglese como
setpoint.

         Na automação, prevê-se o uso extensivo dos mesmos conceitos associados à
automatização. Entretanto, o nível de flexibilidade imputado ao sistema é bem mais elevado pelo
fato de estar indissoluvelmente associado ao conceito de software. Tal recurso provê, a um
sistema dotado de automação, a fim de, intencionalmente, produzir-se uma gama diferenciada de
resultados.

        Embora se esteja associando o conceito de um controle de malha aberta ao de malha
fechada por meio dos termos automatização e automação, respectivamente, o termo
automatização também é empregado para situações em que a saída depende da entrada por meio
de uma realimentação em sua malha de controle, uma vez que máquinas da época apresentavam,
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mesmo de forma primária, um controle em malha fechada, revelando ser possuidoras de
um sistema de controle inteligente”.

         Apesar de sutil diferença entre os termos, confundidos até por importantes autores na
área, em ambos os casos o sistema deverá seguir as leis básicas da cibernética (ciência que
estuda e estabelece a teoria geral de sistemas). Uma delas é que todo sistema dotado de retroação
e controle implica na presença de três componentes básicos, cuja principal característica é a
realimentação das informações requeridas para o seu controle, conforme ilustra a malha de
realimentação da figura abaixo.
                                            Processo



                                Atuador                   Sensor
                                                          Processo



                                            Controlador

        Sensor é definido como sendo um dispositivo sensível a um fenômeno físico, tais como:
temperatura, umidade, luz, pressão, entre outros. Por meio desta sensibilidade, os sensores
enviam um sinal, que pode ser um simples abrir e fechar de contatos, para os dispositivos de
medição e controle. Ou, caso exista a necessidade de medir um grandeza elétrica (como por
exemplo: corrente) a partir de um fenômeno físico qualquer envolvendo grandezas físicas que
não sejam de natureza elétrica, tem-se , conceitualmente, a necessidade de utilizar um
transdutor, que se caracteriza por um dispositivo capaz de responder ao fenômeno físico, ou
estímulo, de forma a converter sua magnitude em um sinal elétrico conhecido, proporcional à
amplitude desse estímulo. Os transdutores também são conhecidos como conversores de sinais.

         Os atuadores são dispositivos a serem acionados para executarem uma determinada
força de deslocamento ou outra ação física, definida pelo sistema controlador por meio de uma
ação de controle (maneira pela qual o controlador produz o sinal de controle). Podem ser
magnéticos, hidráulicos, pneumáticos, elétricos ou de acionamento misto. Como exemplo, tem-
se: válvulas e cilindros pneumáticos, válvulas proporcionais, motores, aquecedores, entre outros.

         Num sistema automatizado, para que se possa calcular e implementar um tipo de
controlador dedicado, é preciso modelar matematicamente o processo, conhecendo-se, portanto,
toda sua planta. Por meio de critérios de estabilidade conhecidos da teoria “clássica de controle”,
obtêm-se os parâmetros necessários para o correto projeto desse controlador, em que será
possível obter uma efetiva ação de controle. Neste trabalho, porém, o controle abordado será do
tipo discreto, portanto o controlador que se está preconizando é o controlador lógico
programável, a ser visto em detalhes posteriormente.

          Muitas das aplicações existentes destinadas ao controle de processos se mostram
insatisfatórias, pois dentro de um curto período de tempo, existe a necessidade de amostrar o
sinal a ser controlado e de obter uma alta velocidade de resposta. Basta um atraso na
realimentação do sistema e os novos dados irão gerar uma solução de controle baseada em
valores passados. O problema será tão maior quanto for o seu atraso. Seu estudo e determinação
3
são feitos pela análise dinâmica do processo. Tais problemas existem e são geralmente
encontrados em sistemas de controle em tempo real.

    A MALDIÇÃO DO EMPREGO DA MÁQUINA
         A grande questão que deve ser abordada, com muito cuidado, é a velha falácia de que a
automação é sinônimo de desemprego. Com a pretensão de mostrar algumas facetas dessa
polêmica frase, sem correr o risco de que vire mais um fetiche, é preciso uma contextualização
histórica.

         Desde 1767, quando Hargreaves construiu uma máquina de fiar que substituía o
trabalho que era executado pelo equivalente a 100 homens, e mais tarde, quando Arkwright
inventou o tear mecânico (movido pela força da água), calculava-se haver, na Inglaterra,
aproximadamente 7900 pessoas empregadas na produção de tecidos de algodão. Todas elas
preocupadas com a dificuldade futura de encontrar emprego. Em apenas 25 anos, o número de
pessoas que estavam trabalhando em fiação e tecelagem de algodão era aproximadamente
320.000, um aumento de quase 4.000%.
         O que se verificou neste caso foi um aumento da produção, proporcionado pela
possibilidade de se produzir em série, com máquinas automatizadas que revolucionaram o
paradigma industrial da época.

          Em 1870 e 1880, a marinha mercante inglesa aumentou seu movimento para cerca de
22.000.000 de toneladas, só em carregamentos para o exterior e descargas, entretanto, o número
de homens empregados na realização desse grande movimento diminuiu em 1880, quando
comparado ao de 1870. Isto ocorreu motivado pela introdução de máquinas de içar a vapor e
elevadores de grãos e cereais.
          Verifica-se. neste caso uma aparente diminuição da mão-de-obra, porém outros
empregos foram criados, quando da fabricação dessas máquinas de içar a vapor e de tais
elevadores, além da possibilidade de redução dos custos portuários da época. Refletindo assim,
no preço operacional final dos produtos que por ali passavam.
          Além do que, a potência, que já estava sendo produzida pelas máquinas a vapor
existentes no mundo. e em operação no ano de 1887, foi calculada pelo departamento de
estatística, em Berlim, como o equivalente à 200.000.000 cavalos, o equivalente a 1.000.000.000
de homens, ou, pelo menos, três vezes a população ativa da Terra.

          Na depressão de 1932, começou-se novamente a lançar à máquina a culpa pelo
desemprego.
          Por outro lado, a preocupação em criar empregos, em Houston, Texas, por volta de
1941, era tanta, que mestres-encanadores e o sindicato concordaram em que canos pré-fabricados
para a instalação só seriam instalados pelos membros do sindicato, somente se a rosca de uma
das extremidade do cano fosse cortada, para que se pudesse acrescentar uma nova rosca, no local
da instalação. Em várias outras cidades, o sindicato dos eletricistas exigia que, se qualquer luz ou
força temporária tivesse que ser usada numa construção, deveria ser mantido na obra um
eletricista, com tempo integral, ao qual não deixam o operário sem seu emprego.
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       A primeira dama norte-americana, Sra. Eleanor Roosevelt, em 1945, escreveu
numa coluna de jornal sindicalizado: “chegamos, hoje, a um ponto em que os processos para
economizar mão-de-obra só são bons quando não deixam o operário sem seu emprego”.

        Nos Estados Unidos, em 1961, líderes sindicais e funcionários do governo falavam
solenemente da “automação” como a principal causa do desemprego. Esse processo tecnológico
contínuo e irreversível foi debatido como se fosse alguma coisa inteiramente nova no mundo.

         Neste avanço tecnológico alguns inventos apenas aperfeiçoam seus materiais, tornando
sua aplicabilidade mais confiável e de mais qualidade como é o caso do plástico, vidro, madeira
e o aço. Outros, como o avião, realizam operações que a mão-de-obra direta não poderia realizar
e são possíveis graças ao nível de automação que se tem atualmente. E a grande maioria delas
acabam criando novas profissões, gerando diversas ocupações decorrentes de seu impacto social
tecnológico, como é o caso dos televisores, computadores e o telefone.

          As novas profissões surgem também do hibridismo de duas ou mais ocupações como,
por exemplo, as oriundas da mecatrônica, biotecnologia, bioengenharia, entre outras. E algumas
profissões encontram-se em extinção como é o caso do datilógrafo, sapateiro, torneiro mecânico,
linotipista (compositor manual de textos de jornais, livros e revistas). Algumas passam por
transformações bem acentuadas como é o caso do agrônomo, do médico, do engenheiro e do
costureiro.

         Como não poderia deixar de ser diferente, no Brasil, o setor de automação se constitui
um mercado emergente. O setor conta com fornecedores nacionais e internacionais de todas as
linhas de produtos para o controle de processos nos mais diferentes níveis. Como a informação
se constitui um processo rápido de atualização e o acesso a ela é feito de forma global e imediata,
como, por exemplo: o acesso disponível pela rede mundial de computadores – a Internet, o
Brasil conta com o que há de mais moderno nessa área, apresentando soluções sofisticadas e de
última geração, estando representado pelas principais empresas do setor mundial.
         Estima-se que a taxa de faturamento e crescimento desse mercado gira em torno de
15%, caso persista o crescimento econômico dado pela estabilização da economia brasileira
neste final de século. O mercado potencial brasileiro para este setor, em 1998, segundo a
ABINEE – Associação Brasileira da Indústria Elétrica Eletrônica, vais ser US$ 1,6 bilhões,
devendo ultrapassar o milênio com um mercado aberto, seguindo a taxa estimulada, no valor de
US$ 1,8 bilhões.
         Observe o gráfico da figura abaixo mostrando o faturamento bruto das principais
empresas do setor até 1997, dados coletados no 8o Congresso e Exposição Internacional de
Automação.

                                  Faturamento Bruto US$ milhões
                       700
                       600
                                                                    630
                       500
                                                                    540
                       400
                                                                    530
                       300                                          500
                       200                                          450
                       100                                          370
                         0
                             93     94   95   96   97   98(*)
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          Segundo os dados do Ministério do Trabalho, no Brasil, entre 1990 e 1997, houve
uma redução de mais de 2 milhões d empregos formais dentre os quais, os empregos de
atividades relacionadas à automação contribuíram de maneira substancial. É clara que esta
situação deve ser analisada juntamente com o contexto sócio-econômico global, em que fortes
crises internacionais também contribuíram para que esses números fossem expressivos.

         Em linhas gerais, pairam atualmente sobre a sociedade questões de cunho filosófico
cujas respostas não são imediatas e nem triviais. Entre elas:


Por que automatizar
                Trata-se de um processo de evolução tecnológica irreversível;
                Valorização do ser humano em sua liberação na execução de tarefas entediantes
e repetitivas, ou mesmo em situações de trabalho insalubres e de riscos;
                Aumento da qualidade de vida de toda uma sociedade, promovendo seu conforto e
                maior integração;
                Maior enriquecimento pelo menor custo do produto (pela baixo manutenção, ou
                pela rapidez e precisão na execução de tarefas) ou pelo aumento de produtividade
                (num curto período de tempo);
                Uma questão de sobrevivência e forte apelo de marketing, dentro de um mercado
                altamente competitivo;
                Criação de empregos diretos e indiretos, além de novos empregos relacionados
                com a manutenção, desenvolvimento e supervisão de sistemas;
                Busca pela qualidade do produto e a satisfação do cliente.

Por que não automatizar
             Por ser um processo irreversível, torna-o imprevisível, cujas as consequências só
             poderão ser avaliadas no futuro;
             Pelo fato de existir um profissional cada vez mais qualificado para o exercícios
             dessas funções, vem impondo uma política de emprego de afunilamento;
             À medida que a população passa a crescer desordenadamente, aumentam as
             desigualdades sociais, provocando um limite de instabilidade;
             Como toda tecnologia nova, pode trazer sérios riscos ao setor de produção;
             Devido ao mercado globalizado, somente os grandes grupos de empresas
             possuem acesso rápido e fácil a toda essa nova tecnologia;
             Diminuição imediata de emprego disponível;
             Na busca pela qualidade , deixa de se valorizar o artesão para se apostar nas
             grandes produções, tornando o homem cada vez mais dependente
             tecnologicamente.


Perfil para o profissional do século XXI
              Conhecimento técnico especializado e profundo dos produtos comercializados
              pela empresa para obter uma maior compreensão do contexto econômico em que
              a empresa atua;
6
              Capacidade de análise de mercado, avaliando a concorrência de modo a
              poder medir com segurança o grau de satisfação de seus clientes;
              Visão ampla com capacidade de adaptação em outras áreas da empresa,
              possuindo a característica flexível da empregabilidade;
              Disciplina e automotivação;
              Disposição para aprender, desenvolver suas próprias habilidades;
              Fazer bom uso do tempo, organizá-lo, priorizá-lo e equilibrá-lo;
              Ser honesto, trabalhador e ético.

         A sociedade ativa da revolução industrial era formada por operários, homens executores
de tarefas repetitivas, dentro de uma concepção mecênica, tornando-se escravos da máquina. Na
sociedade atual, verifica-se um trabalhador portador do conhecimento, executor de si mesmo,
dentro de uma concepção digna, estão descobrindo uma nova relação de produção, inserida à
revolução científica e técnica do novo significado do trabalho.

       “O objetivo econômico de qualquer indivíduo, como o de qualquer nação, é o de obter
os melhores resultados com um mínimo de esforço; este, talvez, seja o fetiche do pleno
emprego”.
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    LÓGICA COMBINACIONAL
         Quando se pretende medir uma determinada grandeza a ser observada, a instrumentação
eletrônica proporciona dispositivos que se caracterizam por serem digitais, uma vez que seus
mostradores são a display, e outros, por serem analógicos, pelo fato de seus mostradores serem
representados por meio de ponteiros ou formas de onda.
         Na verdade, mesmo que este ou aquele equipamento esteja sendo classificado, por
exemplo, como do tipo digital, não se pode esquecer que internamente ele pode estar
manipulando sinais analógicos ( um transistor operando como amplificador), assim como
manipulando sinais digitais ( um transistor operando como chave).
         Portanto, diz-se que, mesmo que um dispositivo seja do tipo digital ou analógico, ele
opera internamente com um sistema misto digital/analógico).

SINAIS ANALÓGICOS E DIGITAIS
        Muitas são as vantagens dos circuitos digitais em relação aos analógicos, mas para
entender tais primazias, faz-se necessárias a compreensão de suas diferenças.

Sinais Analógicos
         Um sinal é dito analógico quando varia continuamente no tempo, também chamado de
sinal de tempo contínuo. Essa variação contínua estabelece a marcação de infinitos valores
dentro de um intervalo qualquer, como representado na figura abaixo. Com isto, qualquer
instrumento que indique variáveis por meio de ponteiros ou formas de ondas são exemplos de
dispositivos analógicos, tais quais; velocidade de automóvel, relógios de ponteiros, entre outros.




                          Sinal de tempo contínuo   Sinal de tempo discreto

Sinais Digitais
          Um sinal é dito digital quando varia bruscamente no tempo, também chamado de sinal
de tempo discreto. Essa variação discreta estabelece a marcação de uma quantidade finita de
valore dentro de um intervalo qualquer, como representado na figura acima. Com isto, qualquer
instrumento que indique variáveis por meios de números ou dígitos são exemplos de dispositivos
digitais, tais quais: calculadora eletrônica, relógio com saída tipo display, entre outros.

Os circuitos digitais operam informações com base no processo de tomada de decisões em dois
níveis: nível alto e nível baixo, também chamados de nível lógico 1 (um) e nível lógico 0 (zero)
respectivamente. Cada nível estabelece um valor de tensão, dependendo da tecnologia digital
empregada (CMOS, TTL, entre outras). Sendo assim, enquanto os circuitos analógicos operam
por meio do sistema decimal de unidades, o digital opera pelo sistema binário.
Muita são as vantagens dos circuitos digitais por operarem por meio de valores discretos de
tensão, em relação aos circuitos analógicos. Imaginem se existisse um sinal digital de “base
10”,no qual dez níveis de tensão seriam processados para representar os algarismos de 0 a 9.
Uma pequena variação da fonte e tudo estaria descontrolado. Um 9 poderia, repentinamente, se
8
tornar um 8, e vice-versa. Quanto maior o número de variáveis envolvidas na representação
de uma grandeza, menor sua estabilidade.

         Com a presença ou ausência de tensão, mesmo com variações de tensão (ruídos internos
– produzidos por chaves, externos – produzidos por flutuações da rede), os circuitos podem ainda
facilmente diferenciar entre a presença e a ausência numa boa margem de valores, e o 0 continua
sendo 0, assim como 0o 1 continua representando o mesmo nível lógico.

              Diz-se que os circuitos digitais são mais precisos e mais exatos que as técnicas
              analógicas, pois além de serem menos afetados por ruídos, são menos
              susceptíveis à mudança nos parâmetro elétricos.

          Em função de os circuitos digitais poderem atuas segundo uma determinada faixa de
tensão, para o reconhecimento e um determinado nível lógico, seus projetos são mais baratos que
os analógicos, uma vez que os digitais empregam essencialmente circuitos de chamamento
(transistores, resistores e diodos) fundamentalmente) e os analógicos se utilizam de dispositivos
mais robustos (capacitores, indutores, resistores de precisão, transformadores), sendo menos
adequados para a integração de componentes.

              Os projetos que incluem as técnicas digitais são menos complexos e mais
              adequados quanto à integração dos componentes.

        Como conseqüência do exposto, os circuitos digitais são mais velozes na realização de
operações lógicas e aritmética, eliminam a possibilidade de correção de erros de transmissão ou
recepção, além de serem mais simples e mais baratos.

SISTEMAS NUMÉRICOS
         Os sistemas numéricos foram criados pelos homens para representara quantidade
relacionada às sua observações. Tais sistemas foram desenvolvidos por meio de símbolos,
caracteres e do estabelecimento de regras para a sua representação gráfica. O número de
caracteres que define um sistema é chamado de base ou raiz do sistema, representado pela letra
“r”. A correta notação, para se representar a base que identifica um símbolo qualquer, faz-se
colocando-a como subscrito à direita do caractere menos significativo do valor que está sendo
identificado, como por exemplo: 1610 que representa o algarismo dezesseis na base 10. Os
sistemas abordados ao longo deste estudo são:
               Decimal              Sistema de base 10 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9);
               Binário              Sistema de base 2    (0,1);
               Octal                Sistema de base 8    (0,12,3,4,5,6,7);
               Hexadecimal          Sistema d base 16    (01,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F).

             Observe que as seis primeiras letras maiúsculas do alfabeto representam os
        caracteres, equivalentes aos decimais 10,11,12,13,14 e 15 do sistema de base 16.
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Decimal
          O sistema decimal é representado por dez símbolos, que são os caracteres de 0 a 9.
Quando, por exemplo, necessitar efetuar um valor numérico de 127,33 volts, acaba-se de
registrar cento e vinte e sete vírgula trinta e três unidades de tensão. Cada caracter possui um
valor referente à posição que ele ocupa em relação aos demais , ou seja, essa notação é chamada
de notação posicional do valor observado. Os caracteres têm maior significação no sentido da
direita para a esquerda do número. Neste caso, o algarismo 1, à esquerda, é o mais significativo e
o 3, mais à direita, o menos significativo. No caso da base ser decimal, esse índice pode ser
omitido.

        Qualquer sistema representado em sua forma posicional pode ser decomposto numa
forma polinomial, como um somatório de potências de mesma base igual à raiz desse sistema.
        Exemplo
             435,2610 = 400 + 30 + 5 + 0,2 + 0,06
                     = 4 x 102 + 3 x x 101 + 5 x 100 + 2 x 10-1 +6 x 10-2

Binário
         O sistema binário é representado por dois símbolos que são os caracteres 0 e 1. Uma
representação posicional no sistema binário pode ser desenvolvida numa forma polinomial que
envolve um somatório de potência de 2. Veja o exemplo abaixo.

          10112 = 1 x 23 + 0 x 22 + 1 x 21 + 1 x 20

         Caso se efetue o somatório dos valores anotados no exemplo anterior, obter-se-ia o
valor 11 (onze) no sistema decimal.
         Qualquer algarismo ou dígito de número binário é denominado “bit” (binary digit).
11101110112 ⇒ 9 bits.
              1 byte está associado à combinação de números binários de o bits.
              1 niblle ou tétrada está associado à combinação de números de 4 bits.
              1 word está associada à combinação de 16 bits.
              1 double-word, a 32 bits.

         O caractere 1 mais á esquerda corresponde ao caractere mais significativo, ou seja:
most-significative-bit, e é denominado MSB. O caractere 1 mais à direita corresponde ao menos
significativo, ou least-significative-bit, denominado LSB.
         Os circuitos digitais processam informações representadas no sistema binário.

Conversão Binário para Decimal
        Conclui-se que o equivalente de um binário qualquer é obtido pela representação
polinomial do número na base 2, pelo processo da soma.
        Exemplo:
        101,12 = 1 x 22 + 0 x 21 + 1 x 20 + 1 x 2-1
               = 4 + 0 + 1 + 0,5
               = 5,5
10

Conversão Decimal para Binário
         Neste caso, usa-se um método conhecido como método das “divisões sucessivas”, no
qual o número decimal é sucessivamente dividido por 2, o que mostra o exemplo abaixo.

2310 = 23 2
         1 11 2
          1 5 2                               2310 = 101112
             1 2 2
                0 1

Ocatal
        Uma representação posicional no sistema octal pode ser desenvolvida numa forma
polinomial que envolva um somatório de potências. Os controladores programáveis possuem,
em geral, seu endereçamento de memórias baseado no sistema octal.
        Exemplo:
        56,328 = 5 x 81 + 6 x 80 + 3 x 8-1 + 2 x 8-2
                = 40 + 6 + 0,375 + 0,03125
                = 46,40625

Conversão Octal para Decimal
         O equivalente é obtido da representação polinomial, exemplo acima, do número da base
8 pelo processamento da soma.

Conversão Decimal para Octal
       Método das “divisões sucessivas”. Número decimal dividido por 8.
       Exemplo:
       7710 = 77 8
               5 9 8                      7710 = 1158
                 1 1

Hexadecimal
        Uma representação posicional no sistema hexadecimal pode ser desenvolvida numa
forma polinomial que envolva um somatório de potências de 16.
        Exemplo:
        5A3,E116 = 5 x 162 + A x 161 + 3 x 160 + E x 16-1 + 1 x 16-2
                  = 5.256 + 160 + 3 + 14 + 0,0625 + 0,0039063
                  = 1443,8789...10
        Lembre-se que:
             A16 = 1010
             EH = 1410
             Ambas as formas de representar a base hexadecimal são válidas, com índice
        ”16” ou “H”.
11
Código BCD
        Em muitos casos, na indústria, para facilitar a interpretação pelo usuário, a informação
processada num sistema digital deve ser convertida para o sistema decimal e, em muitas
aplicações , o sistema digital estará representado pelo código BCD.
        Para efetuar a conversão do sistema decimal para o código BCD (Binary Coded
Decimal), cada dígito decimal é diretamente convertido para 4 bits no código binário. O exemplo
abaixo mostra como representar o decimal no sistema BCD.
  3                 2                   4             ,           1                  6
0011              0010                0100                      0001               0110
                                324,1610 = 0011 0010 0100,0001 0110BDC


ESTADOS LÓGICOS
         Como foi anteriormente, os circuitos digitais processam informações utilizando-se do
sistema de numeração binária que correlaciona os níveis lógicos, altos e baixo, ou seja, 0 e 1.
Sendo uma proposição caracterizada sempre como ”verdadeira ou falsa”, pode-se fazer uma
analogia com uma lâmpada cujos estados serão correlacionados, como mostra a figura abaixo.




                              Lâmpada Apagada     Lâmpada Acesa
         Os dois estados lógicos mostrados acima são correlacionados de várias maneiras, tais
quais:
         um dos estado    1     ligado     alto   verdadeiro      sim.
         outro estado     0   desligado   baixo      falso        não.

Operações Lógicas
        A relação entre duas ou mais variáveis que representam estados binários é estabelecida
por meio de três operações lógicas, classificadas em:
               produto lógico        (função e)
               soma lógica           (função ou)
               inversão              (função não)

        Para melhor entender, suponha que uma lâmpada estará acesa sempre que duas
condições forem satisfeitas. São elas:
        A) a lâmpada esteja boa e
        B) o interruptor esteja ligado.

         Estabelecidas as premissas, suponha que Y seja a proposição de que a lâmpada esteja
acesa ou apagada, verdadeiro ou falso, respectivamente. Y será verdadeiro quando A e B forem
verdadeiros. Se A e B forem falsos, Y será necessariamente uma proposição falsa. As relações
entre as variáveis A e B e A ou B representam operações lógicas. Como será definido
posteriormente, Y representa a saída da função lógica desse exemplo.
12
Tabela Verdade
          Também chamada de tabela de combinação. A confecção da tabela verdade é, em
geral, o primeiro passo para a análise e compreensão de um problema de lógica.
          Mostrar uma tabela verdade é escrever todas as combinações possíveis dos estados
lógicos de todas as variáveis da função, incluindo o estado lógico resultante de cada combinação.
O número de combinações possíveis de “n” variáveis é na ordem de 2n. Para o exemplo da
lâmpada, o valor de “n” é 2, encerrando quatro combinações, portanto.

        Observe como montar a tabela verdade do exemplo proposto anteriormente.
Primeiramente, listam-se todas s hipóteses possíveis pertinentes ao caso apresentado:

        1.       lâmpada queimada, interruptor desligado;
        2.       lâmpada queimada, interruptor ligado;
        3.       lâmpada boa, interruptor desligado e
        4.       lâmpada boa, interruptor ligado.

         A seguir, monta-se a tabela, criando as colunas das premissas, também conhecidas
como variáveis de entrada. Neste exemplo, têm-se as variáveis A e B. Tais colunas devem ser
preenchidas segundo o número total de hipóteses avaliadas no problema. Neste caso, como são
apenas as variáveis de entrada, têm-se quatro combinações de ocorrência. A última coluna
define o resultado lógico esperado, ou variáveis de saída. A variável Y é verificada segundo o
método dedutivo pelo argumento afirmação do antecedente. Verifique o resultado nas tabelas do
exemplo abaixo.

             A         B         Y                                    A          B        Y
             F         F         F                                    0          0        0
             F         V         F                                    0          1        0
             V         F         F                                    1          0        0
             V         V         V                                    1          1        1

         Observe que ao associar estado lógico “verdadeiro” ao valor binário “1” e “falso” ao
nível lógico “0”, estão sendo dadas as condições de realizar operações lógicas, com regras
apoiadas na álgebra de boole, que será estudada posteriormente.

       A figura abaixo traz um diagrama em blocos que mostra como resolver, em etapas, um
problema de lógica.

                            Interpretação            Tabela -              Geração de
                                lógica               Verdade                funções
                                                                            lógicas
                           Organização do raciocínio na solução de problemas de lógicas
13
Funções Lógicas
        Define-se uma função lógica como aquela definida na álgebra elementar, porem sua
imagem fica restrita aos valores representados pelos níveis lógicos 0 e 1.
        No exemplo da lâmpada, pode-se prever que a equação lógica observada da tabela de
combinações é:
                                            Y=A*B
Em que o símbolo “*” representa a operação lógica da multiplicação.
        As operações lógicas envolvidas fazem parte de um corolário baseado na álgebra de
boole. A seguir, apresentam-se as funções lógicas básicas seguidas de sua tabela verdade e
analogias com um circuito elétrico e seu diagrama de contatos (também conhecido originalmente
como diagrama de Ladder).

Função “SIM ou IDENTIDADE”
       Função:                                Tabela verdade:
                                                                    A           Y
                      Y=A                                           0           0
                                                                    1           1


       Circuito elétrico equivalente:         Diagrama de contatos:
                          A

                                                                    A               Y

                              Y

                  Lâmpada apagada
             Observe em sua tabela de combinações que a saída é um espelho da entrada.

Função “OU”
       Função:                                Tabela verdade:
                                                                A       B   Y
                      Y = A +B                                  0       0   0
                                                                0       1   1
                                                                1       0   1
                                                                1       1   1


       Circuito elétrico equivalente:         Diagrama de contatos:
                          A
                          B                                             A           Y
                                                                        B
                              Y
14
Função “E”
       Função:                                      Tabela verdade:
                                                                      A       B        Y
                      Y=A*B                                           0       0        0
                                                                      0       1        0
                                                                      1       0        0
                                                                      1       1        1


                 Circuito elétrico equivalente:             Diagrama de contatos:
                                    A           B
                                                                                  A            B   Y


                                        Y

Função “NÃO”
       Função:                                      Tabela verdade:
                                                                          A                Y
                      Y=A                                                 0                1
                                                                          1                0


      Circuito elétrico equivalente:                Diagrama de contatos:
                        R                                                 A                    Y

                                                                                  ou
                            A        Y
                                                                          A                    Y


Função “NÃO OU”
       Função:                                      Tabela verdade:
                                                                      A       B        Y
                      Y = A +B                                        0       0        1
                                                                      0       1        0
                                                                      1       0        0
                                                                      1       1        0


      Circuito elétrico equivalente:                Diagrama de contatos:

                        R                                                 A                    Y
                                                                          B
                            A   B           Y
15
Função “NÃO E”
       Função:                                       Tabela verdade:
                                                                       A   B       Y
                    Y=A*B                                              0   0       1
                                                                       0   1       1
                                                                       1   0       1
                                                                       1   1       0


               Circuito elétrico equivalente:               Diagrama de contatos:
                                 R
                                         A                                     A       B       Y
                                                     Y
                                         B

Função “OU EXCLUSIVO”
       Função:                                       Tabela verdade:
                                                                       A   B       Y
               Y=A*B+A*B                                               0   0       0
                                                                       0   1       1
                                                                       1   0       1
                                                                       1   1       0


               Circuito elétrico equivalente:               Diagrama de contatos:
                             R       A
                                     B       A                                 A       B       Y
                                                     Y                             A       B       Y
                                             B                                 A       B
                                                                                   A       B
Função “NÃO OU EXCLUSIVO”
       Função:                                       Tabela verdade:
                                                                       A   B       Y
               Y=A*B+A*B                                               0   0       0
                                                                       0   1       1
                                                                       1   0       1
                                                                       1   1       0


               Circuito elétrico equivalente:               Diagrama de contatos:
                                     A           B
                                     A           B                             A       B       Y

                                                                               A       B
                                         Y

        O diagrama de contatos apresentados em todas as funções lógicas representa a
linguagem de programação mais usadas nos controladores lógicos programáveis, como será
visto mais adiante.
16
              Ainda com relação aos circuitos elétricos equivalentes, deve-se tomar o
              cuidado para não relacionar o fato de um contato ser do tipo NA com o estado
              lógico 0, bem como, do tipo NF com o nível 1, pois, futuramente, descobrir-se-á
              que um contato NF poderá ser associado ao nível lógico 0, como também um NA,
              ao nível 1.

ÁLGEBRA DE BOOLE
         Ao associar os bits 0 e 1 aos estados lógicos, cria-se um raciocínio lógico de operação.
Uma vez que os computadores processam essas lógicas, devem-se criar procedimentos e
modelos matemáticos que possam ser interpretado por eles. Estes princípios matemáticos são
denominados Álgebra de Boole.
         Como a álgebra tradicional, o silogismo matemático se apoia em postulados específicos.
Tais postulados serão relacionados de forma sucinta e não rigorosa.

Postulados
        Entes abstratos que provocam uma definição intuitiva, em que haja a necessidade de
demonstração. Os postulados servem de base e sustentação aos teoremas, assim como na álgebra
convencional. São eles:

        1.    Associativa das operações “e” e “ou”.
              (A*B) * C = A * (B*C)       ∴      (A + B) + C = A + (B + C)

        2.    Comutativa das operações “e” e “ou”.
              A * B = B *A               ∴      A+B=B+A

        3.    Elemento Neutro das operações “e” e “ou”.
              1*A=A                      ∴      0+A=A

        4.    Distributiva da operação “e” sobre a operação “ou”.
              A * (B + C) = (A * B) + (A * C)

        5.    Distributiva da operação “ou” sobre a operação “e”.
              A + (B * C) = (A + B) * (A + C)

        6.    Existência de um elemento complemento das operações “e” e “ou”.
              A*A=0                       ∴     A+A=1

        Com exceção dos dois últimos postulados apresentados, 5 e 6, todos os demais possuem
correspondência na álgebra tradicional.

        A operação “e” continua tendo prioridade sobre a operação “ou”, do mesmo modo que
os operações de multiplicação possuem sobre as operações de adição da álgebra tradicional.
Valem, portanto, as mesmas regras da utilização dos parênteses, chaves e colchetes.
17
Teoremas
         São regras, leis, não intuitivas, que necessitam ser demonstradas para se tornar
evidentes. Tais proposições são apresentadas a seguir, segundo o grau de aplicação para o
conteúdo abordado e explorado pelos circuitos lógicos orientados para o controle de processos.
         Uma vez que tais teoremas são de extrema simplicidade, sua demonstração não será
necessária.

        1.    Teorema da Dualidade das operações e e ou.
              A*A=A       ∴      A+A=A

        2.    Teorema da Convolução (complemento do complemento)
              A=A

        3.    Teorema “De Morgan”
              Parte 1. O complemento de uma “soma” de elementos é igual ao “produto” dos
              seus complementos.
              A + B + C + ... = A * B * C * ...

              Parte 2. O complemento de um “produto” de elementos é igual à “soma” dos
              seus complementos.
              A * B * C * ... = A + B + C + ...

        Dada a importância de tais postulados e teoremas, observe no   quadro abaixo que segue
algumas operações que devem ser entendidas e memorizadas:
              0*0=0                                                    1+1=1
              1*0=0                                                    0+1=1
              1*1=1                                                    0+0=0

               A*0=0                                                   A+1=1
               A*1=A                                                   A +0 = A


               0=1                                                         0=0
               1=0                                                         1=1



               A+A=A                                                  A*A=A
18
MAPAS DE KARNAUGH
         Os diagramas ou mapas de Karnaugh, tais como uma tabela verdade, caracterizam um
meio de mostrar a relação entre as variáveis de entrada em função da saída de uma expressão
booleana. Tais mapas são representados por arranjos retangulares divididos em 2n quadradosm
chamados celas, em que “n” caracteriza o número de variáveis envolvidas. Cada “cela” possui
um código binário que a caracteriza. Esse código também pode ser o correspondente decimal ou
ainda, representado de forma algébrica, como por exemplo: A * B.
         A seguir, mostra-se um mapa de Karnaugh com duas variáveis. Observe que para “n” =
2, o número de combinações, ou celas, eqüivale a quatro.

a)                                     b)                                 c)
     B                                      B                                  B
A         0       1                    A        0       1                 A          0    1
          00       01                               0       1
     0                                      0                                  0 A*B A*B
          10          11                            2       3

     1                                      1                                  1 A*B A*B
     Celas nominadas com                    Celas nominadas com
        código binário                         código decimal                      Celas nominadas
                                                                                    algebricamente


        Embora todas as três formas de nomear uma “cela” sejam válidas, optar-se-á pela
nomenclatura do item b) para a representação de mapas. Quando o interesse for de nomes a
grupos de “celas”, dar-se-á maior importância à nomenclatura do item c).

        Para um mapa de três variáveis, tem-se um total de oito celas que devem estar dispostas
na forma vertical ou horizontal, como mostra a figura abaixo.
a)
   B                                                b)
AB 0 0 1 1                                           BC
                                                           00 01 11 10
  00                                                A         0   1     3    2
         2     3
                                                       0
  01                                                          4   5     7     6
         6     7
                                                       1
  11
              4        5

 10
              Para um mapa de quatro variáveis, tem-se um total de 16 “celas”, como mostra a figura
abaixo.
                                      CD
                                          00 01 11 10
                                      AB    0  1  3   2
                                       00
                                                    4       5    7    6

                                        01
                                                 12     13      15   14
                                        11
                                                    8       9   11   10

                                        10
19
Representação da Função
        Para obter a função algébrica de uma tabela verdade por meio de técnica gráfica de
Karnaugh, deve-se obedecer a um procedimento básico quando do seu mapeamento. Tlal
procedimento é descrito em seguida:

         1.   Representação da função no mapa.
         Um bit “1” deve ser colocado na cela de mesmo nome (equivalente decimal) que a
função assume o valor 1, ou seja, os mintermos (produto algébrico de todas as variáveis) para os
quais a função assume o nível lógico 1 devem ser transportados para o mapa. Por exemplo: uma
tabela verdade com três premissas, a combinação A = 0, B = 1 e C = 1, deve fazer com que a
função se torne verdadeira, isto é, assuma nível lógico 1, a cela correspondente ao decimal 3
(011 em binário) deve ser conter o valor 1 e as demais celas permanecerão inalteradas.

            2.    Formação de grupos.
            Deve-se entender por grupo, um número conveniente de celas adjacentes. Para uma
função com “n” variáveis, dá-se prioridade, e nesta ordem, aos grupos com 2n-1, 2n-2, 2n-3,...,
2n-(n-1) , 20 “celas”. Conclui-se que na formação dos grupos tem que se tomar o cuidado de formá-
los com o maior número de celas possíveis, caracterizando o menor número de grupos. Por
exemplo: caso se tenha uma tabela com três variáveis, devem-se formar grupos de no máxima
quatro celas, seguidas de duas e por último, uma única cela. Observe que o número de celas do
grupo deve ser igual a uma potência de 2, cuja única exceção serve para o grupo unitário (com
uma única cela).
            Deve-se repetir este procedimento até que todas as celas, para as quais a função assumir
o estado lógico 1, estejam devidamente agrupadas.

         3.   Nomeação dos grupos formados
         Após a formação dos grupos formados, eles devem ser nomeados obedecendo a regras
próprias. Primeiramente, verifique os conjuntos comuns a todas as celas do grupo. O nome do
grupo será formado pelas variáveis comuns a todas essas celas. Caso uma variável seja comum e
possuir o estado lógico 0, esta irá contribuir para o nome do grupo representado pelo seu
complemento. Ver exemplo abaixo.


 CD                                                   CD
     00 01 11 10                                          00 01 11 10
AB     0                                             AB
         11 13   2
                                   AD
                                                            0  1  3   2
  00                                                   00
       4                                                                               A
         15 17                                                 4     5     7
                 6                                                               6

  01                                                   01
        12    13     15    14                                 12    13    15    14
 11                                                    11
         8     9     11    10                                  8     9     11    10

 10                                                    10

                                                                      D
20
        Observe que para as celas 1,3,5 e 7, as únicas variáveis que não variam são: A e
D. Como a variável A assume o estado lógico 0 nas quatro celas, seu complemento dá nome ao
grupo, bem como a variável D assume o estado lógico 1 nas quatro celas, ela também dá nome
ao grupo.

         4.    Exclusão de grupos.
         Devem-se excluir grupos que estejam totalmente inclusos em outro grupo. Logo, só
participará da expressão minimizada, o grupo que pelo menos uma das suas celas não pertença a
outro grupo. Ver exemplo abaixo.

 CD
     00 01 11 10
AB                                                          O grupo AD deve ser excluído,
      10 1 1 1 3 1 2              AD                uma vez que suas celas já participaram da
  00
        4
           15 17
                     6
                                                    formação de outros dois grupos.
  01
       12
          1 13 1 15 14
                                                             A função lógica é um somatório de
  11                             BD
           8   9     11    10                       todos os grupos encontrados, ou seja
 10                                                                    F = AB + BD
      AB
               Existem casos em que um grupo pode ser formado de mais de uma maneira, ou
               seja, com celas diferentes. Tal arranjo deve gerar expressões algébricas distintas,
               porém equivalentes.

        A exclusão de grupos torna-se o último procedimento a ser verificado na representação
da função por meio do mapeamento de Karnaugh.
        Observe a resolução de um problema de lógica combinacional em todas as suas etapas
no exemplo abaixo.

        Exemplo
        Pedro decidiu ir ao boliche desde que Márcia fosse com ele e pudesse ser usado o carro
da família. Márcia, no entanto, decidiu ir à piscina desde que não estivesse chovendo e a
temperatura estivesse acima de 25 graus. O pai de Pedro planejou usar o carro para ir ao
supermercado caso chovesse, ou se a temperatura estivesse acima dos 25 graus. Em que
condições Pedro irá ao boliche? Encontre a expressão lógica que torne verdadeira sua reposta.

Solução:
        Primeiramente, deve-se organizar o problema, descobrindo quais são as premissas.
Observe que Pedro só irá ao boliche se puder contar com o carro e se Márcia for com ele, porém
tanto Márcia quanto o carro dependem das condições ambientais, tais como: tempo e
temperatura. Logo, Pedro depende do tempo e da temperatura. Veja como é feita a atribuição
lógica.
                       sem chuva          0                           maior que 25o        0
Tempo (t)                                       Temperatura (T)
                      sem chuva          1                            menor que 25o         1
21
         Esta atribuição de nível lógico é aleatória, ou seja: a hipótese de estar chovendo
poderia também ter recebido o estado lógico1; fica evidente que o contrário seria 0.
         Veja como ficaram as proposições:

         Para Márcia
              Márcia vai à piscina se: não estiver chovendo e a temperatura estiver acima dos
              25 graus
              Márcia vais ao boliche se: estiver chovendo ou a temperatura estiver abaixo dos
              25 graus.

        Observe que a negação da primeira proposição implica no seu complemento e como
conseqüência o cumprimento do teorema de De Morgan.
             Márcia vais ao boliche para T = 0 “ou” T = 1.

         Para o carro.
               Pai de Pedro irá ocupar o carro caso: chover ou a temperatura estiver a acima
               dos 25 graus
               Pai de Pedro não irá ocupá-lo se: não chover e a temperatura estiver abaixo dos
               25 graus.
               Pedro vais com o carro para: t = 1 “ou” T = 1.

          Observe que Pedro vai ao boliche somente se Márcia aceitar seu convite (item 1), e
puder sair (item 2), portanto: o resultado é a intersecção das condições (1) e (2). A única hipótese
que torna as proposições verdadeiras ao mesmo tempo é para T = 1 e t = 1. Observe a tabela
verdade.
 T t P
 0 0 0
 0 1 0
 1 0 0
 1 1 1
          Em que, a variável de saída determina se Pedro vai ao boliche ou não. Foi utilizado o
critério segundo o qual: P = 0, não vai ao boliche; e P = 1, Pedro vai. A expressão lógica que
torna este problema verdaeiro é representada pelo produto lógico entre as variáveis de entrada,
ou seja, Pedro irá ao boliche se a temperatura for menor que 25o e o tempo estiver sem chuva:
                                                   P=T*t
          Observe que para o problema proposto não foi necessária a utilização do mapa de
Karnaugh para a representação de sua função booleana, devido à facilidade de sua tabela
verdade, mas caso tivesse sido optado pelo mapa, o modelo seria o da figura abaixo.
   T
 t      0      1
        00       01
   0
        10
             1   11
                        Tt
   1
22
Funções Incompletas
         Existem certos problemas que apresentam, em uma das combinações possíveis de sua
tabela verdade, o resultado lógico indefinido, ou seja, para aquela proposição tanto faz um estado
lógico 0 ou 1. Para esses casos, deve-se proceder marcando com a letra “x” o valor da saída
dessa proposição. A cela correspondente no mapa de Karnaugh também recebe o mesmo valor, a
letra “x”, que participa na formação dos grupos como se ali tivesse um nível lógico 1.
23
    CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS
INTRODUÇÃO
          Este estudo tem como objetivo uma prover visão geral das características e recursos
hoje disponível no mercado de Controladores Programáveis (CP’s), bem como, a sua aplicação
nos diversos campos da automação industrial e controle de processos, onde as necessidades de
flexibilidade, versatilidade, disponibilidade, alta confiabilidade, manutenabilidade,
modularidade, robustez e baixos custos, o tornam uma excelente opção.

          Mas, o que é um Controlador Programável? Como surgiu?
          Mesmo antes da industrialização da eletrônica digital, os primeiros projetistas de
comando elaboravam circuitos digitais como contatos programáveis. O programa era
armazenado em plugs multi-pinos e as instruções codificadas por meio de ligações elétricas entre
os pinos destes plugs. Esses programas eram muito limitados, e, sua principal função era a
seleção das operações das máquinas e/ou processos.
          Desta forma, além de uma operacionalidade muito baixa, existiam outros problemas:
alto consumo de energia, difícil manutenção, modificações de comandos dificultados e onerosos
com muitas alterações na fiação ocasionando número de horas paradas, além das dificuldades em
manter documentação atualizada dos esquemas de comando modificado.
          Com a industrialização da eletrônica, os custos diminuíram, ao mesmo tempo em que a
flexibilidade aumentou, permitindo a utilização de comandos eletrônicos em larga escala.
          Mas alguns problemas persistiram, em que sentia estes problemas de forma significativa
era a indústria automobilística, pois a cada ano com o lançamento de novos modelos, muitos
painéis era sucateados pois os custos para alteração eram maiores do que a instalação de novos
painéis.
          Porém, em 1968 a GM através de sua Divisão Hidromatic preparou as especificações
detalhadas do que posteriormente denominou-se de Controlador Programável (CP). Estas
especificações retratavam as necessidades da indústria, independentemente do produto final que
iria ser fabricado. Em 1969 foi instalado o primeiro CP na GM executando apenas funções de
inter-travamento.

         Historicamente os CP’s tiveram a seguinte evolução:
         De 1970 a 1974, em adição às funções inter-travamento e sequenciamento (lógica),
foram acrescentadas funções de temporização e contagem, funções aritméticas, manipulação de
dados e introdução de terminais de programação.
         De 1975 a 1979 foram incrementados ainda maiores recursos de software que
propiciaram expansões na capacidade de memória, controles analógicos de malha fechada com
algoritmos PID, utilização de estações remotas de interfaces de E/S (Entradas e Saídas) e a
comunicação com outros equipamentos “inteligentes”.
         Com os desenvolvimentos deste período, o CP passou a substituir o microcomputador
em muitas aplicações industrias.
         Nesta atual, através dos enormes avanços tecnológicos, tanto de hardware como de
software, pode-se dizer que o CP evoluiu para o conceito de controlador universal de processos,
pois pode configurar-se para todas as necessidades de controle de processos e com custos
extremamente atraentes.
24
        Abaixo descreve-se alguns dos recursos e funções que foram implementados:
             Interfaces de E/S “inteligentes” (microprocessadas) para funções de controle
             PID, posicionamento, acoplamento, etc.
             Unidades periféricas especiais, tais como: terminais de vídeo monocromático e
             coloridos, terminais de fita cassete, microcomputador PC, consoles locais com
             teclado numérico-funcional e display alfanumérico, impressora, etc.
             O conceito de família de CP’s, ou seja, linha de produtos em diversas faixas de
             aplicação, desde pequenos controladores (pequena capacidade de memória e
             números de pontos de E/S) até sofisticados controladores de concepção bastante
             modular.
             Linguagens de programação de alto nível para operações não atendidas pelas
             linguagens convencionais.
             Desenvolvimento de pacotes de software aplicativos, de forma configurável, tais
             como: regulação e cálculos complexos de aritmética de ponto flutuante,
             monitoração de valores digitais e analógicos, protocolação (processamento de
             textos, relatórios de eventos, quando em operação conjunta com periféricos tais
             como terminais de vídeo e impressora), etc.
             Redes de comunicação entre CP’s e entre CP’s a outros equipamentos.

         Assim os técnicos em controle de máquinas e processos passaram a contar com um
dispositivo capaz de:
         a)    Permitir fácil diagnóstico de funcionamento ainda na fase de projeto do sistema
               e/ou de reparos em falhas que vem a ocorrer durante a sua operação.
         b) Ser instalado em cabines reduzidas devido ao pequeno espaço físico exigido.
         c)    Operar com reduzido grau de proteção, pelo fato de não serem gerados
               faiscamentos.
         d) Ser facilmente reprogramado sem necessidade de interromper o processo
               produtivo (programação on-line).
         e)    Possibilitar a criação de um banco de armazenamento de programas que podem
               ser reutilizados a qualquer momento.
         f)    Manter uma documentação sempre atualizada com processo em execução.
         g) Apresentar baixo consumo de energia.
         h) Manter o funcionamento da planta de produção com uma reduzida equipe de
               manutenção.
         i)    Garantir maior confiabilidade pela menor incidência de defeitos.
         j)    Emitir menos níveis de ruídos eletrostáticos.
         k) Ter flexibilidade de expansão do número de entradas e saídas por serem
               controladas.
         l)    Ter a capacidade de se comunicar com diversos outros equipamentos.

         Devido à ampla gama de equipamentos e sistemas disponíveis para controle industrial,
aliada à crescente capacidade de recursos que o CLP vem agregando, existe a possibilidade de
confundir outros equipamentos com ele. Para evitar tal equívoco, devem-se observar as três
características básicas, que servem de referência para identificar um equipamento de controle
industrial como sendo um controlador lógico programável:
25
        a)    O equipamento deve executar uma rotina cíclica de operação enquanto em
              funcionamento;
        b)    A forma básica de programação deve ser realizada a partir de uma linguagem
              oriunda dos diagramas elétricos de relés;
        c)    O produto deve ser projetado para operação em ambiente industrial sujeito a
              condições ambientais adversas.

        A utilização de siglas também é um fator de confusão. Veja as mais utilizadas:
         CLP: tradução para o português da sigla Programmable Logic Controloller, ou seja,
Controlador Lógico Programável, a qual tem sua utilização restrita uma vez que se tornou marca
registrada de propriedade exclusiva de um fabricante nacional.
        PLC: abreviatura do termo em inglês Programmable Logic Controloller;
        CP: tradução da abreviatura do termo em inglês Programmable Logic, a qual se refere a
um equipamento capaz de efetuar controles diversos além do de lógica.

DEFINIÇÃO
          Sistema eletrônico digital, desenvolvido para uso em ambiente industrial, que usa uma
memória Programável para armazenamento interno de instruções do usuário, para
implementação de funções específicas, tais como: lógica, sequenciamento, temporização,
contagem e aritmética, para controlar, através de módulos de entrada e saída (digital analógica),
vários tipos de máquinas e processos.
          O CLP e seus periféricos, ambos associados, são projetados de forma a poder serem
integrados dentro de um sistema de controle industrial e finalmente usados a todas as funções as
quais são destinados.
          A norma NEMA define formalmente um PLC como: “Suporte eletrônico-digital para
armazenar instruções de funções específicas, como de lógica, seqüencialização, contagem e
aritmética; todas dedicadas ao controle de máquinas e processos”.
          Já a norma ABNT cita que Controlador Programável é um equipamento eletrônico-
digial, com harware e software compatíveis com as aplicações industriais.

PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO
        O CLP, como todo sistema microprocessado, tem seu princípio de funcionamento
baseado em três passos:
        1.    Trazer dados da máquina ou processo para o CLP, através de entradas;
        2.    Processar estes dados de acordo com uma lógica pré-determinada;
        3.    Transmitir os dados processados para as saídas do CLP.
        Para melhor compreensão do que seja um CLP e do seu princípio de funcionamento, são
apresentados, em seguida, alguns conceitos associados, os quais são de fundamental importância
que sejam assimilados.

Variáveis de entrada:
        São sinais externos do que recebidos pelo CLP, os quais podem ser oriundos de fontes
pertencentes ao processo controlado ou de comandos gerados pelo operador. Tais sinais são
gerados por dispositivos como sensores diversos, chaves ou botoeiras, dentre outros.
26
Variáveis de saída:
         São os dispositivos controlados por cada ponto de saída do CLP. Tais pontos poderão
servir para intervenção direta no processo controlado por acionamento próprio, ou também
poderão servir para sinalização de saída de contactores, válvulas, lâmpadas, displays, dentre
outros.

Programa
         Seqüência específica de instruções, selecionadas de um conjunto de opções oferecidas
pelo CLP em uso e, que irão efetuar as ações de controle desejadas, ativando ou não as memórias
internas e os pontos de saída do PLC a partir da monitoração do estado das mesmas memórias
internas e/ou dos pontos de entrada do CLP.
         Um CLP é basicamente composto por dois elemento principais: uma CPU (Unidade
Central de Processamento) e interfaces para os sinais de entrada e saída. A ilustração abaixo
mostra o diagramas de blocos de um CLP genérico.

                              E               Proces-            Memó-   S
                              N                sador              ria    A
                              T
                              R                                          Í
                              A                                          D
                              D                         C.P.U.
                              A                                          A

        O diagrama de blocos a seguir, ilustra a lógica funcional de um CLP.
                   M E M Ó R IA D E
                    PRO G RA M A




             U N ID A D E C E N T R A L D E
                PRO C ESSA M EN T O

                                                                         FO N TE

                     M E M Ó R IA
                     DE DADOS




                I N T E R F A C E D E E /S




         P R O C E S S O O U M Á Q U IN A


        Com a partida, o CLP executará as seguintes tarefas:

        1.       Transferirá os sinais existentes na interface de entrada para a memória de dados
                 (RAM).
27
        2.    Iniciará a varredura do software aplicativo armazenado na memória de
              programa (SCAN), utilizando os dados armazenados na memória de dados.
              Dentro deste ciclo, executará todas as operações que estavam programadas no
              software      aplicativo,    como      intertravamento,      habilitações    de
              temporizadores/contadores, armazenagem de dados processados na memória de
              dados, etc...
        3.    Concluída a varredura do software aplicativo, o CLP transferirá os dados
              processados (resultado de operações lógicas) para a interface de saída.
              Paralelamente, novos dados provenientes da interface de entrada irão alimentar a
              memória de dados.

         O tempo total para a execução dessas tarefas, depende, dentre outros fatores, da
velocidade e característica do processador utilizado, do tamanho do programa de controle do
usuário, alem da quantidade e tipo de pontos de entrada/saída. Como regra geral, tal tempo se
encontra na faixa média de milissegundos (até microssegundos nos CLP de última geração).
         Em algumas situações críticas de controle, em que o processo não pode esperar todo o
tempo de execução do ciclo de varredura, pois deve executar uma rotina imediatamente, ou ainda
quando o sinal de entrada é emitido por um tempo inferior ao mesmo ciclo, há casos em que o
CLP tem a capacidade de interromper a execução do ciclo de varredura, para, prioritariamente,
atender a essa situação. Entretanto, apesar de não se regra geral, a compreensão do ciclo de
varredura é suficiente para conhecer seu princípio básico de funcionamento.

    CONSTITUIÇÃO DO CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL
         Para executar demonstrados acima é necessário que o CLP possua obrigatoriamente, as
seguintes partes básicas:
               FONTE DE ALIMENTAÇÃO
               UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTOS – (C.P.U.)
               MEMÓRIAS
               INTERFACE DE ENTRADA E SAÍDA (E/S)
               TERMINAL DE PROGRAMAÇÃO

FONTE DE ALIMENTAÇÃO:
         É um dispositivo que converte a voltagem de rede elétrica local, de corrente alternada
para uma voltagem em corrente contínua (figura abaixo). Ela fornece todos os níveis de tensão
exigidos para as operações internas do CLP (Ex.: CPU, Memória, E/S).
         O CLP recebe alimentação da rede elétrica local; caso falte energia elétrica, a bateria
mantém o programa do usuário para não perder toda a programação. Quando a energia elétrica
retorna, o processador entra em operação e reinicia o ciclo de trabalho no programa do usuário.
28
    ALIMENTAÇÃO                       FONTE DE                         Mantém o CLP
    REDE ELÉTRICA                     ALIMENTA-                              em
       LOCAL                          ÇÃO ESTA-                        funcionamento
       127VAC                         BILIZAÇÃO
       220VAC



                                                     A bateria mantém os
                                      COMPARTI-      dados na memória,
                                      MENTO DE        caso falte energia
                                      BATERIA              elétrica

              Diagrama em blocos resumido do sistema de alimentação de CLP

UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO (CPU):
        A CPU é o cérebro do sistema. Ela lê o sinal das entradas na memória de dados, executa
operações aritméticas e lógicas baseadas na memória de programa, e gera os comandos
apropriados para a memória de dados controlar os estados das saídas.
        A principal função do processador é o gerenciamento de todo o sistema composto pelo
CLP. Tal função é efetuada pelo executivo, semelhante a um sistema operacional de computador
(como o DOS ou Windows), o qual é responsável, dentre outras tarefas, pela garantia de
execução do ciclo de varredura.

                                        C . P . U.




                  Periféricos      Sistema        Programa
                   Terminal de    Operacional        Do
                  programação      do CLP                         Memórias
                                                   Usuário
                    Gravador      “Monitor”


        Abaixo são apresentados algumas considerações e características principais:
             Utiliza microprocessadores ou microcontroladores de 8, 16 0u 32 bits e, em CP’s
             maiores, um coprocessador (microprocessador dedicado) adicional para
             aumentar a capacidade de processamento em cálculos complexos com aritmética
             de ponto flutuante.
             A maioria dos fabricantes de CLP’s especificam os tempos de varredura como
             função do tamanho do programa (p.e. 10ms/1k de programa), e situam-se na faixa
             desde 0,5 até 10ms/k, caracterizando a existência de CLP’s rápidos e lentos.
             Alguns fabricantes provêem recursos de hardware e software que possibilitam
             interrupções na varredura normal de forma a “ler” uma entrada ou “atualizar”
             uma saída imediatamente.
             Recursos auto-diagnose para detecção e indicação de falhas (comunicação,
             memória, bateria, alimentação, temperatura, etc) são também disponíveis em
29
              alguns CLP’s. Normalmente os indicadores estão localizados na parte
              frontal do cartão da CPU.

MEMÓRIAS
          O termo programável do CLP implica numa seqüência de instruções, o programa, que
deve estar armazenada e disponível em algum local. Tal região é denominada sistema de
memória, que deverá estar organizada de modo a formar o “mapa de memória”. Para entender o
assunto, faz-se necessário definir o que seja uma célula de memória e que tipo existem
disponíveis atualmente, para então, em seguida, compreender como são organizados os mapas de
memória em um CLP.
          Uma célula de memória é a unidade básica para armazenamento de um único bit de
informações em um sistema de memória. As memórias semicondutoras, a gravação magnética e
a gravação ótica são os métodos mais largamente utilizadas para armazenamento de informação
digital. Embora não se encontrem ainda discos de CD-ROM para armazenamento de programas
de CLP, o armazenamento em meios magnéticos é largamente difundido entre os equipamentos
comerciais. Entretanto, para compreensão do funcionamento da CPU é importante que se
conheça um pouco sobre as memórias semicondutoras, as quais substituíram dispositivos mais
antigos formados por núcleos de ferrite.
          O circuito eletrônico utilizado para construir memórias semicondutoras são usualmente
flip-flops por meio de transistores bipolares, MOS ou outra tecnologia. Embora existam diversos
tipos disponíveis, as memórias semicondutoras podem ser classificadas em duas categorias:

Volátil e Não Volátil
         Memórias de armazenamento voláteis são aquelas nas quais uma perda, mesmo que
breve, de alimentação de energia resultará na perda da informação armazenada. Em
contrapartida, memórias de armazenamento não voláteis mantêm sua informação mesmo durante
ausência de alimentação, o que às vezes é denominado memória retentiva. Na organização do
sistema de memória dos CLP, encontra-se o uso de ambos os tipos, incluindo-se ainda, em
alguns equipamentos, um sistema de fornecimento de energia via baterias ou acumulador, a fim
de manter os dados que estão armazenados em memórias voláteis. Os tipos de memórias e como
suas principais características afetam a forma de armazenamento/alteração dos dados serão
relacionados em seguida:

         RAM: (Random Access Memory) é o tipo de memória volátil mais amplamente
utilizado. Sua principal característica reside no fato de que os dados podem ser gravados e
alterados facilmente, ficando a critério das necessidades do usuário. Nos CLP’s, são utilizadas
para formar uma área de armazenamento temporário como espécie de rascunho de informações
tanto de dados como de programas.

         ROM: (Read Only Memory) são memórias especialmente projetadas para manter
armazenadas informações que, sob hipótese alguma, poderão ser alteradas. Assim, sua única
forma de acesso é para operação de leitura. Devido a essa característica, elas se encaixam na
categoria de memórias não voláteis. Num CLP, elas podem ser encontradas para o
armazenamento do programa executivo, por exemplo.
30
        PROM: (Programmable Read Only Memory) semelhante às ROM, esse tipo de
memória permite que os dados sejam gravados pelo próprio usuário, porém em uma única
operação de gravação que, caso mal sucedida, comprometerá permanentemente a sua utilização.

         EPROM: (Erasable Programmable Read Only Memory) é um tipo especial de PROM
que permite ao usuário efetuar alterações nos dados ali contidos. O processo de apagamento dos
dados pré-armazenados é feito pela exposição temporária do chip a uma fonte de luz ultravioleta.
A EPROM pode se constituir um excelente meio de armazenamento não volátil do programa de
controle que o CLP irá executar, após, porém, o mesmo Ter sido elaborado e totalmente isento
de erros enquanto armazenado em RAM.

         EEPROM: (Eletrically Erasable Programmable Read Only Memory) são dispositivos
de memória que , apesar de não voláteis, oferecem a mesma flexibilidade de reprogramação
existente nas RAM. A grande maioria dos CLP’s atuais vêm equipados com EPROM em seu
sistema de memória devido à sensível vantagem advinda do seu uso. Porém, elas apresentam
duas limitações: primeiro, é o processo de regravação de seus dados que só pode ser efetuado
após a limpeza da célula (o que exige um tempo da ordem de milissegundos por byte), e
segundo, que a vida útil de uma EEPROM é limitada pelo número de reprogramação que ela
pode receber (da ordem de dez mil operações limpeza/escrita).

         Após esta rápida apresentação dos principais tipos de memórias semicondutoras, em
seguida, será visto como elas são organizadas e, quais suas principais atribuições no caso
específico de um CLP.
         Um sistema de memória pode ser, a princípio, visualizado como uma longa fila de
células de memória. Como cada uma dessas células contém uma informação digital do tipo “0” e
“1”, passarão a ser denominadas simplesmente bit de memória. Entretanto, como os
processadores podem manipular mais de um bit de cada vez, essa lista de bit na memória passa a
ser organizada em grupos compatíveis com a capacidade do processador. Esses grupos recebem
denominações específicas conforme seu tamanho, como já foi definido anteriormente. Tem-se
que:
               Nibble       = 4 bit
               Byte         = 8 bit
               Word         = 16 bit
               double Word = 32 bit

         Estes elementos formarão estrutura do mapa de sistema de memória, conforme
ilustrado abaixo, e cuja quantidade máxima de grupos irá depender da capacidade de
endereçamento do processador.
              bit        Nibble         Byte                       Word



                                               DoubleWord

                                     Unidade de memória
31
         A forma como é organizado o mapa de memória em um CLP varia de fabricante
para fabricante e ainda entre modelos para um único fabricante. Porém, como as necessidades
inerentes à operação de um CLP são semelhantes, pode-se generalizar que seu mapa de memória
seja constituído por cinco regiões distintas, como ilustrado abaixo.

                                  Programa Executivo
                             Área de Dados para o Executivo
                                Tabela de Entradas/Saídas

                             Área de Dados para a Aplicação

                                  Programa Aplicação
                                  (escrito pelo usuário)
                            Mapa de memória genérico em um CLP

          A área referente ao executivo deve ser não volátil, já a sua área de trabalho deve ser do
tipo volátil, uma vez que os dados ali armazenados são constantemente atualizadas como, por
exemplo, data, hora e estado do equipamento. Essas duas regiões previamente descritas são
internas e de responsabilidade exclusiva do fabricante, sendo acessível ao usuário apenas para
leitura de algumas variáveis do sistema.

         Nas suas áreas do programa de aplicação e de trabalho, é que irão se localizar as linhas
de controle escritas pelo usuário conforme desejada, bem como os dados necessários à sua
parametrização. Para o programa, encontram-se normalmente regiões de memória regraváveis,
seja por RAM protegida via bateria ou acumulador, seja por EEPROM. Já na área de dados pode
ser volátil, sendo que, em alguns equipamentos, apresenta uma parcela de sua região protegida
por baterias ou acumulador.

          Ë na área dedicada às entradas e saídas do CLP que se encontram as informações
referentes ao estado de cada um dos dispositivos ligados a ele. Na ilustração abaixo, pode-se
verificar um exemplo de como é constituída uma área de memória para entradas /saídas.

                     INTERFACE
                                             MEMÓRIA
                         DE
                      ENTRADA




                                                                  INTERFACE
                                                                      DE
                                                                    SAÍDA

                          Mapa de memória da área de entrada/saída
32
         Observa-se que a chave fechada da entrada ocasiona a transição para o nível
lógico 1 do seu respectivo bit na memória, assim como a colocação em nível 1 de um bit de saída
leva, por exemplo, ao acendimento de uma lâmpada que esteja hipoteticamente conectada a essa
saída.

INTERFACES DE ENTRADA E SAÍDA (E/S)
         O sistema de entrada/saída é que irá realizar a conexão física entre a CPU e o mundo
externo por meio de vários tipos de circuitos de interfaceamento. Tais circuitos possuem padrões
semelhantes nos diversos equipamento. A seguir, será feito menção a eles, subdividindo-os nos
de natureza discreta (ou de um único bit de informação) e naqueles de natureza numérica
(analógicos ou de vários bits).

Entradas/Saídas Discretas
         São os tipos de sinais mais comumente encontrados em sistemas automatizados com
CLP. Nesses tipos de interface, a informação consiste em um único bit cujo estado pode
apresentar duas possíveis situações: ligado ou desligado (daí sua característica discreta). Na
tabela seguinte, apresenta-se uma lista de vários dispositivos de entrada/saída com tais
características.
              DISPOSITIVOS DE ENTRADA DISPOSITIVOS DE SAÍDA
                     Chaves Seletoras                  Relés de controle
                       Pushbottons                        Solenóides
                   Sensores Fotoelétricos             Partida de motores
                    Chaves fim-de-curso                    Válvulas
                 Sensores de proximidade                 Ventiladores
                 Chaves sensoras de nível                  Alarmes
                    Contatos de partida                   Lâmpadas
                     Contatos de relés                      Sirenes

         Cada um desses dispositivos é acionado por fontes de alimentação distintas e que
normalmente não são de mesma magnitude ou natureza. Por esta razão, as interfaces com
dispositivos de entrada/saída discretos são disponíveis em vários níveis de tensão CA ou CC,
conforme os seguintes padrões comerciais:
        12 Vcc                  24 Vcc                  110 Vca                220 Vca

         Adicionalmente, para as saídas, também são encontrados contatos abre/fecha de relé os
quais normalmente suportam correntes de até 1A com isolação de 220 Vca, mas que podem
variar conforme o modelo do fabricante. Outra característica é o número de pontos de
entrada/saída que possui terminal em comum, o qual pode variar entre dois, quatro ou mais
pontos, ou apenas um (saída isolada), o que também dependerá do modelo e fabricante do
equipamento.
33
         A seguir, é apresentada uma série de diagramas referentes a exemplo de
interfaces de entrada/saída do tipo discreto.
                                        Filtro
                                      Capacitivo

            Entrada
                                                                                                 CPU
            Comum

                          Ponte                        Divisor           Optoacoplador
                       Retificadora                   Resistivo
                            Interface para entrada de sinais CA / CC

                                                                                         Saída


                        CPU



                                      Optoacoplador         Triac       Filtro RC    Comum
                              Interface para saída de sinal em CA
                                                                            +V



                        CPU                                                              Saída



                                      Optoacoplador           Transistor             Comum
                                 Interface para saída de sinal CC
                                                                         +V
                                                                                           Saída


                      CPU                                                                  Comum



                                Optoacoplador              Transistor
                        Interface para saída de sinal via contato de relé

Entradas/saídas Numéricas
        Com as potencialidades de processamento aritmético que passaram a integrar os
processadores nos atuais CLP’s, novas características de controle puderam facilmente ser
adicionados a esse equipamento.
34
         Ainda que o tempo de ciclo de varredura seja demasiado lento, várias aplicações,
como controle térmico ou reação físico-químicas diversas, possuem uma constante de tempo
suficientemente grande para que os CP’s possam ser empregados com sucesso.
         A recepção ou envio de sinais numéricos se faz principalmente por meio de pontos de
entrada/saída analógicos, o que implicitamente significa que dentro do CLP há um circuito
conversor analógico-digital ou digital-analógico conforme o caso. A diferença marcante em
relação aos sinais discretos é que mais de um bit deverá ser manipulado, seja pela conversão do
sinal analógico, seja pelo tratamento de dispositivos multibis, como é o caso do acionamento de
motores de passo, ou o acendimento de display. A tabela seguinte exemplifica alguns
dispositivos     numéricos de entrada e de saída tanto de características analógicas como
características multibits.

              ENTRADAS ANALÓGICAS                   SAÍDAS ANALÓGICAS
             Transdutores de tensão e corrente          Válvula analógica
               Transdutores de temperatura         Acionamento de motores DC
                 Transdutores de pressão            Controladores de potência
                  Transdutores de fluxo                Atuadores analógicos
                     Potenciômetros                    Mostradores gráficos
                        L.V.D.T.                      Medidores analógicos
               ENTRADAS MULTIBITS                    SAÍDAS MULTIBITS
                   Chave Thumbwhell               Acionamento de motor de passo
                   Enconder absoluto                Display de sete segmentos
                  Enconder incremental                Displays alfanuméricos

         Cada um dos dispositivos analógicos, em particular, é acionado por fontes de
alimentação distintas e que normalmente são de mesma magnitude ou natureza. Por esta razão, as
interfaces com dispositivos de entrada/saída analógicas são disponíveis em várias faixas de
tensão ou corrente, conforme os seguintes padrões comerciais:

CORRENTE CC:                  0 A 20 mA               4 a 20 mA
TENSÃO CC:                   -10V a +10V              -5V a +5V                +1V a +5V
        A seguir, são apresentados diagramas de interfaces de entrada/saída do tipo analógicas.

                       Entrada em                                   bit MSB
                        corrente

                                                          A/D                 CPU
                                                                    bit LSB

                                    Conversor
                                    de corrente         Conversor
                                    em tensão           analógico
                                                         digital
                       Interface para entrada analógica (por corrente)
35
                                                            Saída
                                      bit MSB             analógica


                            CPU                 D/A
                                      bit LSB
                                                            Comum


                          Conversor
                           digital
                          analógico
                               Interface para saída analógica

PERIFÉRICOS
       Dentre os diversos equipamentos periféricos aos CLP’s pode-se destacar os de
programação, que basicamente, tem por finalidade principal a introdução do programa na
memória do CLP e a visualização e documentação do mesmo.
       Os equipamentos de programação mais comumente utilizados são os seguintes:

Terminal inteligente:
         Sendo microprocessado, é capaz de executar funções de edição de programas e outras
independentemente da UCP do controlador. Ele possui sua própria memória com software para
criação, alteração e monitoração dos programas. A grande vantagem é a de poder também editar
e armazenar os programas de controle sem estar acoplados ao CLP. Esta capacidade é conhecida
como programação "off-line"
         Em geral estes terminais possuem acionadores de "Floppy-Disks” (discos flexíveis) e
programadores de EPROM's o que possibilita também o arquivo de programas tento em Floppy-
Disks como em EPROM's.
         Alguns terminais possuem ainda uma interface de rede o que permite acoplá-los às
redes locais de comunicação. Este arranjo permite o terminal acessar qualquer CLP na rede,
alterar parâmetros ou programas, e monitorar quaisquer elementos sem estar acoplado
diretamente a qualquer CLP. Com software adequado, este arranjo pode permitir também um
meio centralizado de aquisição e apresentação inclusive gráfica, dos dados dos diferentes
controladores da rede. Uma desvantagem, é que estes terminais não são intercambiáveis entre
diferentes fabricantes de CLP’s.

Microcomputadores
         Com o advento dos microcomputadores pessoais (PC’s) e com a crescente utilização
dos mesmos em ambientes industriais, a grande maioria dos fabricantes desenvolveram software
especiais que possibilitaram utilizá-los também como programadores tanto “on line" como “off
line" A grande maioria destes software foram desenvolvidos com base na linha de micros
compatíveis com os IBM-PC’s, facilitando inclusive a compilação de programas em linguagens
de alto nível (BASIC, C, PASCAL, etc).
         Há atualmente uma acentuada utilização destes equipamentos com CLP's,
principalmente como Interface Homem-Máquina/Processo no nível de Supervisão do controle de
processos.
36
Mini-Programadores (Terminais de Bolso)
       São bastante compactos, assemelhando-se em muito com as calculadoras de mão. Este
equipamento é preferencialmente utilizado para aplicação o campo, para testes e parametrização.

Outros Periféricos
         Ainda dentro da família de equipamentos periféricos aos CLP’s pode-se destacar os
seguintes:

Interface Homem-Máquina
        Com dimensões reduzidas, são utilizados principalmente para introdução e visualização
de dados e mensagens. São compostos de um teclado numérico-funcional, muitas vezes do tipo
membrana1 e de display alfanumérico, sendo gerenciados por um microprocessador.

Impressoras
         São utilizadas normalmente para prover cópia do programa de controle e geração de
relatórios e mensagens ao operador. A comunicação é feita normalmente através de interfaces de
comunicação serial padrão RS 232C.

Interfaceamento de Periféricos

Comunicação Serial:
        É a mais comumente utilizada para a maioria dos periféricos e é feita utilizando-se
simples cabos de par-traçado. Os padrões mais utilizados são o RS 232C, loop de corrente
2OmA, e o RS-22IRS485 em alguns casos.

        RS-232C: Este padrão define basicamente as características dos sinais elétricos, bem
como os detalhes mecânicos (pinagem) da interface.
        É empregada para velocidades de transmissão de até 20k baud (bits/seg) e distância
máxima de 15 metros. (Com a utilização dos modens esta distância pode ser ampliada).

         RS4221RS-485: É uma versão melhorada do padrão RS-232C. Ela possibilita,
principalmente, o emprego de velocidade de transmissão de até 100k baud para distância de até
1200m, podendo alcançar velocidades da ordem de Mbaud para distancias menores.

         LOOP DE CORRENTE 2OmA: A interface de loop de corrente é idêntica a RS-232C
e, evidentemente como é baseada em níveis de corrente em vez de tensão, possibilita o emprego
em distâncias bem maiores Muitos CP's oferecem ambos os padrões, RS232C e loop de corrente.

SOFTWARE

Recursos de Software do CP:
         Além do número de pontos de E/S, o que determina a utilização de um CP são os
recursos de software disponíveis, isto é, que funções ele pode executar.
         Todos os CLP’s possuem as seguintes funções básicas de software
37
              Lógica E, OU e XOR;
              SET e RESET
              Temporização e contagem;
              Cálculos com aritmética básica (+,-,x,÷);
              Parênteses ( para associação de lógicas):
              Comparação de valores;
              Registrador de deslocamento;
              Salto
        A medida que os CLP's tem sua capacidade de processamento aumentada surge a
necessidade de funções de software mais avançadas tais como:

               Cálculos com ponto flutuante;
               Cálculos integrais e trigonométricos
               Malhas de controle PID;
               Posicionamento;
               Contagem rápida;
               Leitura de sinais analógicos;
               Leitura de sinais de temperatura;
               Linearização de sinais analógicos;
               Lógica fuzzi;
               Outros.

    LINGUAGENS DE PROGRAMAÇÃO
         Como visto anteriormente os CLP’s foram criados a partir da necessidade de substituir os
painéis de controle a relés. Naquele contexto, uma linguagem de programação que fosse familiar 5
experiência dos técnicos e engenheiros, já acostumados com a lógica de relés, seria a escolha mais
adequada ao desenvolvimento de programas CLP. Assim, desde então, essa linguagem tem sido a forma
mais comumente encontrada nos equipamentos, independente de seu porte.

          Entretanto, com as sofisticações oferecidas pelos processadores e seus novos algoritmos, a
representação simbólica dos programas tornou-se, em alguns casos, impossível de ser implementada por
meio de um diagrama de relés. Formas alternativas de especificação de programas passaram, então, a ser
utilizadas. Quatro formas de linguagem de programação predominam nos CLP’s disponíveis atualmente.
São elas:
                Diagrama de Contatos
                Blocos Funcionais
                Mnemônicos Booleanos
                Parâmetros Idiomáticos

          Apesar de a maioria das instruções de programação poder ser representada em qualquer tipo de
linguagem, há certas particularidades que apenas cada um dos tipos irá fornecer, como é o caso, por
exemplo, dos saltos de instruções, chamadas a sub-rotinas e processamento aritmético, dentre outras. A
ilustração abaixo apresenta o aspecto de cada uma das formas de linguagem discutidas.
Automacao clp
Automacao clp
Automacao clp
Automacao clp
Automacao clp
Automacao clp
Automacao clp
Automacao clp
Automacao clp
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  • 1. 1 A AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL A automação industrial se verifica sempre que novas técnicas de controle são introduzidas num processo. Associado ao aumento de produtividade, como fator preponderante do aumento da qualidade de vida por meio do poder de compra adquirido pela sociedade. Torna- se o maior poder gerado de riquezas que jamais existiu. Segundo alguns autores, “as técnicas de produção e a produtividade do trabalho são o fator preponderante do poder de compra”. Pode-se dizer que automação industrial é oferecer e gerenciar soluções, pois ela sai do nível de chão de fabrica para voltar seu foco para o gerenciamento da informação. Apesar da diferença sutil entre os termos, é importante salientar a existência de dois termos muito difundidos popularmente: automatização e automação. O termo automatização se difundiu desde a construção das primeiras máquinas e se consolidou com a revolução industrial e, portanto, automatização está indissoluvelmente ligada à sugestão de movimento automático, repetitivo, mecânico e é sinônimo de mecanização, portanto reproduz ação. Caso se entenda que tal mecanização implica somente em uma ação cega, sem correção, tem-se um sistema no qual a saída independe da entrada, ou seja, não existe uma relação entre o valor desejado para um sistema e o valor recebido por este, por meio da variável responsável por sua atuação. Diz-se que esse tipo de controle se dá por malha aberta. Neste caso, o sistema terá sempre o mesmo comportamento esperado, pois ele, é determinado por leis físicas indissoluvelmente associadas ao hardware utilizado. Hardware que pode ser da natureza mecânica, elétrica, térmica, hidráulica, eletrônica ou outra. A automação é um conceito e um conjunto de técnicas por meio das quais se constroem sistemas ativos capazes de atuar com uma eficiência ótima pelo uso de informações recebidas do meio sobre o qual atuam. Com base nas informações, o sistema calcula a ação corretiva mais apropriada para a execução da ação e esta é uma característica de sistemas em malha fechada, conhecidos como sistemas de realimentação, ou seja: aquele que mantém uma relação expressa entre o valor de saída em relação ao da entrada de referencia do processo. Essa relação entrada/saída serve para corrigir eventuais valores na saída que estejam fora dos valores desejados. Para tanto, são utilizados controladores que, por meio da execução algorítmica de um programa ou circuito eletrônico, comparam o valor atual com o valor desejado, efetuando o cálculo para ajuste e correção. O valor desejado também é conhecido da literatura inglese como setpoint. Na automação, prevê-se o uso extensivo dos mesmos conceitos associados à automatização. Entretanto, o nível de flexibilidade imputado ao sistema é bem mais elevado pelo fato de estar indissoluvelmente associado ao conceito de software. Tal recurso provê, a um sistema dotado de automação, a fim de, intencionalmente, produzir-se uma gama diferenciada de resultados. Embora se esteja associando o conceito de um controle de malha aberta ao de malha fechada por meio dos termos automatização e automação, respectivamente, o termo automatização também é empregado para situações em que a saída depende da entrada por meio de uma realimentação em sua malha de controle, uma vez que máquinas da época apresentavam,
  • 2. 2 mesmo de forma primária, um controle em malha fechada, revelando ser possuidoras de um sistema de controle inteligente”. Apesar de sutil diferença entre os termos, confundidos até por importantes autores na área, em ambos os casos o sistema deverá seguir as leis básicas da cibernética (ciência que estuda e estabelece a teoria geral de sistemas). Uma delas é que todo sistema dotado de retroação e controle implica na presença de três componentes básicos, cuja principal característica é a realimentação das informações requeridas para o seu controle, conforme ilustra a malha de realimentação da figura abaixo. Processo Atuador Sensor Processo Controlador Sensor é definido como sendo um dispositivo sensível a um fenômeno físico, tais como: temperatura, umidade, luz, pressão, entre outros. Por meio desta sensibilidade, os sensores enviam um sinal, que pode ser um simples abrir e fechar de contatos, para os dispositivos de medição e controle. Ou, caso exista a necessidade de medir um grandeza elétrica (como por exemplo: corrente) a partir de um fenômeno físico qualquer envolvendo grandezas físicas que não sejam de natureza elétrica, tem-se , conceitualmente, a necessidade de utilizar um transdutor, que se caracteriza por um dispositivo capaz de responder ao fenômeno físico, ou estímulo, de forma a converter sua magnitude em um sinal elétrico conhecido, proporcional à amplitude desse estímulo. Os transdutores também são conhecidos como conversores de sinais. Os atuadores são dispositivos a serem acionados para executarem uma determinada força de deslocamento ou outra ação física, definida pelo sistema controlador por meio de uma ação de controle (maneira pela qual o controlador produz o sinal de controle). Podem ser magnéticos, hidráulicos, pneumáticos, elétricos ou de acionamento misto. Como exemplo, tem- se: válvulas e cilindros pneumáticos, válvulas proporcionais, motores, aquecedores, entre outros. Num sistema automatizado, para que se possa calcular e implementar um tipo de controlador dedicado, é preciso modelar matematicamente o processo, conhecendo-se, portanto, toda sua planta. Por meio de critérios de estabilidade conhecidos da teoria “clássica de controle”, obtêm-se os parâmetros necessários para o correto projeto desse controlador, em que será possível obter uma efetiva ação de controle. Neste trabalho, porém, o controle abordado será do tipo discreto, portanto o controlador que se está preconizando é o controlador lógico programável, a ser visto em detalhes posteriormente. Muitas das aplicações existentes destinadas ao controle de processos se mostram insatisfatórias, pois dentro de um curto período de tempo, existe a necessidade de amostrar o sinal a ser controlado e de obter uma alta velocidade de resposta. Basta um atraso na realimentação do sistema e os novos dados irão gerar uma solução de controle baseada em valores passados. O problema será tão maior quanto for o seu atraso. Seu estudo e determinação
  • 3. 3 são feitos pela análise dinâmica do processo. Tais problemas existem e são geralmente encontrados em sistemas de controle em tempo real. A MALDIÇÃO DO EMPREGO DA MÁQUINA A grande questão que deve ser abordada, com muito cuidado, é a velha falácia de que a automação é sinônimo de desemprego. Com a pretensão de mostrar algumas facetas dessa polêmica frase, sem correr o risco de que vire mais um fetiche, é preciso uma contextualização histórica. Desde 1767, quando Hargreaves construiu uma máquina de fiar que substituía o trabalho que era executado pelo equivalente a 100 homens, e mais tarde, quando Arkwright inventou o tear mecânico (movido pela força da água), calculava-se haver, na Inglaterra, aproximadamente 7900 pessoas empregadas na produção de tecidos de algodão. Todas elas preocupadas com a dificuldade futura de encontrar emprego. Em apenas 25 anos, o número de pessoas que estavam trabalhando em fiação e tecelagem de algodão era aproximadamente 320.000, um aumento de quase 4.000%. O que se verificou neste caso foi um aumento da produção, proporcionado pela possibilidade de se produzir em série, com máquinas automatizadas que revolucionaram o paradigma industrial da época. Em 1870 e 1880, a marinha mercante inglesa aumentou seu movimento para cerca de 22.000.000 de toneladas, só em carregamentos para o exterior e descargas, entretanto, o número de homens empregados na realização desse grande movimento diminuiu em 1880, quando comparado ao de 1870. Isto ocorreu motivado pela introdução de máquinas de içar a vapor e elevadores de grãos e cereais. Verifica-se. neste caso uma aparente diminuição da mão-de-obra, porém outros empregos foram criados, quando da fabricação dessas máquinas de içar a vapor e de tais elevadores, além da possibilidade de redução dos custos portuários da época. Refletindo assim, no preço operacional final dos produtos que por ali passavam. Além do que, a potência, que já estava sendo produzida pelas máquinas a vapor existentes no mundo. e em operação no ano de 1887, foi calculada pelo departamento de estatística, em Berlim, como o equivalente à 200.000.000 cavalos, o equivalente a 1.000.000.000 de homens, ou, pelo menos, três vezes a população ativa da Terra. Na depressão de 1932, começou-se novamente a lançar à máquina a culpa pelo desemprego. Por outro lado, a preocupação em criar empregos, em Houston, Texas, por volta de 1941, era tanta, que mestres-encanadores e o sindicato concordaram em que canos pré-fabricados para a instalação só seriam instalados pelos membros do sindicato, somente se a rosca de uma das extremidade do cano fosse cortada, para que se pudesse acrescentar uma nova rosca, no local da instalação. Em várias outras cidades, o sindicato dos eletricistas exigia que, se qualquer luz ou força temporária tivesse que ser usada numa construção, deveria ser mantido na obra um eletricista, com tempo integral, ao qual não deixam o operário sem seu emprego.
  • 4. 4 A primeira dama norte-americana, Sra. Eleanor Roosevelt, em 1945, escreveu numa coluna de jornal sindicalizado: “chegamos, hoje, a um ponto em que os processos para economizar mão-de-obra só são bons quando não deixam o operário sem seu emprego”. Nos Estados Unidos, em 1961, líderes sindicais e funcionários do governo falavam solenemente da “automação” como a principal causa do desemprego. Esse processo tecnológico contínuo e irreversível foi debatido como se fosse alguma coisa inteiramente nova no mundo. Neste avanço tecnológico alguns inventos apenas aperfeiçoam seus materiais, tornando sua aplicabilidade mais confiável e de mais qualidade como é o caso do plástico, vidro, madeira e o aço. Outros, como o avião, realizam operações que a mão-de-obra direta não poderia realizar e são possíveis graças ao nível de automação que se tem atualmente. E a grande maioria delas acabam criando novas profissões, gerando diversas ocupações decorrentes de seu impacto social tecnológico, como é o caso dos televisores, computadores e o telefone. As novas profissões surgem também do hibridismo de duas ou mais ocupações como, por exemplo, as oriundas da mecatrônica, biotecnologia, bioengenharia, entre outras. E algumas profissões encontram-se em extinção como é o caso do datilógrafo, sapateiro, torneiro mecânico, linotipista (compositor manual de textos de jornais, livros e revistas). Algumas passam por transformações bem acentuadas como é o caso do agrônomo, do médico, do engenheiro e do costureiro. Como não poderia deixar de ser diferente, no Brasil, o setor de automação se constitui um mercado emergente. O setor conta com fornecedores nacionais e internacionais de todas as linhas de produtos para o controle de processos nos mais diferentes níveis. Como a informação se constitui um processo rápido de atualização e o acesso a ela é feito de forma global e imediata, como, por exemplo: o acesso disponível pela rede mundial de computadores – a Internet, o Brasil conta com o que há de mais moderno nessa área, apresentando soluções sofisticadas e de última geração, estando representado pelas principais empresas do setor mundial. Estima-se que a taxa de faturamento e crescimento desse mercado gira em torno de 15%, caso persista o crescimento econômico dado pela estabilização da economia brasileira neste final de século. O mercado potencial brasileiro para este setor, em 1998, segundo a ABINEE – Associação Brasileira da Indústria Elétrica Eletrônica, vais ser US$ 1,6 bilhões, devendo ultrapassar o milênio com um mercado aberto, seguindo a taxa estimulada, no valor de US$ 1,8 bilhões. Observe o gráfico da figura abaixo mostrando o faturamento bruto das principais empresas do setor até 1997, dados coletados no 8o Congresso e Exposição Internacional de Automação. Faturamento Bruto US$ milhões 700 600 630 500 540 400 530 300 500 200 450 100 370 0 93 94 95 96 97 98(*)
  • 5. 5 Segundo os dados do Ministério do Trabalho, no Brasil, entre 1990 e 1997, houve uma redução de mais de 2 milhões d empregos formais dentre os quais, os empregos de atividades relacionadas à automação contribuíram de maneira substancial. É clara que esta situação deve ser analisada juntamente com o contexto sócio-econômico global, em que fortes crises internacionais também contribuíram para que esses números fossem expressivos. Em linhas gerais, pairam atualmente sobre a sociedade questões de cunho filosófico cujas respostas não são imediatas e nem triviais. Entre elas: Por que automatizar Trata-se de um processo de evolução tecnológica irreversível; Valorização do ser humano em sua liberação na execução de tarefas entediantes e repetitivas, ou mesmo em situações de trabalho insalubres e de riscos; Aumento da qualidade de vida de toda uma sociedade, promovendo seu conforto e maior integração; Maior enriquecimento pelo menor custo do produto (pela baixo manutenção, ou pela rapidez e precisão na execução de tarefas) ou pelo aumento de produtividade (num curto período de tempo); Uma questão de sobrevivência e forte apelo de marketing, dentro de um mercado altamente competitivo; Criação de empregos diretos e indiretos, além de novos empregos relacionados com a manutenção, desenvolvimento e supervisão de sistemas; Busca pela qualidade do produto e a satisfação do cliente. Por que não automatizar Por ser um processo irreversível, torna-o imprevisível, cujas as consequências só poderão ser avaliadas no futuro; Pelo fato de existir um profissional cada vez mais qualificado para o exercícios dessas funções, vem impondo uma política de emprego de afunilamento; À medida que a população passa a crescer desordenadamente, aumentam as desigualdades sociais, provocando um limite de instabilidade; Como toda tecnologia nova, pode trazer sérios riscos ao setor de produção; Devido ao mercado globalizado, somente os grandes grupos de empresas possuem acesso rápido e fácil a toda essa nova tecnologia; Diminuição imediata de emprego disponível; Na busca pela qualidade , deixa de se valorizar o artesão para se apostar nas grandes produções, tornando o homem cada vez mais dependente tecnologicamente. Perfil para o profissional do século XXI Conhecimento técnico especializado e profundo dos produtos comercializados pela empresa para obter uma maior compreensão do contexto econômico em que a empresa atua;
  • 6. 6 Capacidade de análise de mercado, avaliando a concorrência de modo a poder medir com segurança o grau de satisfação de seus clientes; Visão ampla com capacidade de adaptação em outras áreas da empresa, possuindo a característica flexível da empregabilidade; Disciplina e automotivação; Disposição para aprender, desenvolver suas próprias habilidades; Fazer bom uso do tempo, organizá-lo, priorizá-lo e equilibrá-lo; Ser honesto, trabalhador e ético. A sociedade ativa da revolução industrial era formada por operários, homens executores de tarefas repetitivas, dentro de uma concepção mecênica, tornando-se escravos da máquina. Na sociedade atual, verifica-se um trabalhador portador do conhecimento, executor de si mesmo, dentro de uma concepção digna, estão descobrindo uma nova relação de produção, inserida à revolução científica e técnica do novo significado do trabalho. “O objetivo econômico de qualquer indivíduo, como o de qualquer nação, é o de obter os melhores resultados com um mínimo de esforço; este, talvez, seja o fetiche do pleno emprego”.
  • 7. 7 LÓGICA COMBINACIONAL Quando se pretende medir uma determinada grandeza a ser observada, a instrumentação eletrônica proporciona dispositivos que se caracterizam por serem digitais, uma vez que seus mostradores são a display, e outros, por serem analógicos, pelo fato de seus mostradores serem representados por meio de ponteiros ou formas de onda. Na verdade, mesmo que este ou aquele equipamento esteja sendo classificado, por exemplo, como do tipo digital, não se pode esquecer que internamente ele pode estar manipulando sinais analógicos ( um transistor operando como amplificador), assim como manipulando sinais digitais ( um transistor operando como chave). Portanto, diz-se que, mesmo que um dispositivo seja do tipo digital ou analógico, ele opera internamente com um sistema misto digital/analógico). SINAIS ANALÓGICOS E DIGITAIS Muitas são as vantagens dos circuitos digitais em relação aos analógicos, mas para entender tais primazias, faz-se necessárias a compreensão de suas diferenças. Sinais Analógicos Um sinal é dito analógico quando varia continuamente no tempo, também chamado de sinal de tempo contínuo. Essa variação contínua estabelece a marcação de infinitos valores dentro de um intervalo qualquer, como representado na figura abaixo. Com isto, qualquer instrumento que indique variáveis por meio de ponteiros ou formas de ondas são exemplos de dispositivos analógicos, tais quais; velocidade de automóvel, relógios de ponteiros, entre outros. Sinal de tempo contínuo Sinal de tempo discreto Sinais Digitais Um sinal é dito digital quando varia bruscamente no tempo, também chamado de sinal de tempo discreto. Essa variação discreta estabelece a marcação de uma quantidade finita de valore dentro de um intervalo qualquer, como representado na figura acima. Com isto, qualquer instrumento que indique variáveis por meios de números ou dígitos são exemplos de dispositivos digitais, tais quais: calculadora eletrônica, relógio com saída tipo display, entre outros. Os circuitos digitais operam informações com base no processo de tomada de decisões em dois níveis: nível alto e nível baixo, também chamados de nível lógico 1 (um) e nível lógico 0 (zero) respectivamente. Cada nível estabelece um valor de tensão, dependendo da tecnologia digital empregada (CMOS, TTL, entre outras). Sendo assim, enquanto os circuitos analógicos operam por meio do sistema decimal de unidades, o digital opera pelo sistema binário. Muita são as vantagens dos circuitos digitais por operarem por meio de valores discretos de tensão, em relação aos circuitos analógicos. Imaginem se existisse um sinal digital de “base 10”,no qual dez níveis de tensão seriam processados para representar os algarismos de 0 a 9. Uma pequena variação da fonte e tudo estaria descontrolado. Um 9 poderia, repentinamente, se
  • 8. 8 tornar um 8, e vice-versa. Quanto maior o número de variáveis envolvidas na representação de uma grandeza, menor sua estabilidade. Com a presença ou ausência de tensão, mesmo com variações de tensão (ruídos internos – produzidos por chaves, externos – produzidos por flutuações da rede), os circuitos podem ainda facilmente diferenciar entre a presença e a ausência numa boa margem de valores, e o 0 continua sendo 0, assim como 0o 1 continua representando o mesmo nível lógico. Diz-se que os circuitos digitais são mais precisos e mais exatos que as técnicas analógicas, pois além de serem menos afetados por ruídos, são menos susceptíveis à mudança nos parâmetro elétricos. Em função de os circuitos digitais poderem atuas segundo uma determinada faixa de tensão, para o reconhecimento e um determinado nível lógico, seus projetos são mais baratos que os analógicos, uma vez que os digitais empregam essencialmente circuitos de chamamento (transistores, resistores e diodos) fundamentalmente) e os analógicos se utilizam de dispositivos mais robustos (capacitores, indutores, resistores de precisão, transformadores), sendo menos adequados para a integração de componentes. Os projetos que incluem as técnicas digitais são menos complexos e mais adequados quanto à integração dos componentes. Como conseqüência do exposto, os circuitos digitais são mais velozes na realização de operações lógicas e aritmética, eliminam a possibilidade de correção de erros de transmissão ou recepção, além de serem mais simples e mais baratos. SISTEMAS NUMÉRICOS Os sistemas numéricos foram criados pelos homens para representara quantidade relacionada às sua observações. Tais sistemas foram desenvolvidos por meio de símbolos, caracteres e do estabelecimento de regras para a sua representação gráfica. O número de caracteres que define um sistema é chamado de base ou raiz do sistema, representado pela letra “r”. A correta notação, para se representar a base que identifica um símbolo qualquer, faz-se colocando-a como subscrito à direita do caractere menos significativo do valor que está sendo identificado, como por exemplo: 1610 que representa o algarismo dezesseis na base 10. Os sistemas abordados ao longo deste estudo são: Decimal Sistema de base 10 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9); Binário Sistema de base 2 (0,1); Octal Sistema de base 8 (0,12,3,4,5,6,7); Hexadecimal Sistema d base 16 (01,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F). Observe que as seis primeiras letras maiúsculas do alfabeto representam os caracteres, equivalentes aos decimais 10,11,12,13,14 e 15 do sistema de base 16.
  • 9. 9 Decimal O sistema decimal é representado por dez símbolos, que são os caracteres de 0 a 9. Quando, por exemplo, necessitar efetuar um valor numérico de 127,33 volts, acaba-se de registrar cento e vinte e sete vírgula trinta e três unidades de tensão. Cada caracter possui um valor referente à posição que ele ocupa em relação aos demais , ou seja, essa notação é chamada de notação posicional do valor observado. Os caracteres têm maior significação no sentido da direita para a esquerda do número. Neste caso, o algarismo 1, à esquerda, é o mais significativo e o 3, mais à direita, o menos significativo. No caso da base ser decimal, esse índice pode ser omitido. Qualquer sistema representado em sua forma posicional pode ser decomposto numa forma polinomial, como um somatório de potências de mesma base igual à raiz desse sistema. Exemplo 435,2610 = 400 + 30 + 5 + 0,2 + 0,06 = 4 x 102 + 3 x x 101 + 5 x 100 + 2 x 10-1 +6 x 10-2 Binário O sistema binário é representado por dois símbolos que são os caracteres 0 e 1. Uma representação posicional no sistema binário pode ser desenvolvida numa forma polinomial que envolve um somatório de potência de 2. Veja o exemplo abaixo. 10112 = 1 x 23 + 0 x 22 + 1 x 21 + 1 x 20 Caso se efetue o somatório dos valores anotados no exemplo anterior, obter-se-ia o valor 11 (onze) no sistema decimal. Qualquer algarismo ou dígito de número binário é denominado “bit” (binary digit). 11101110112 ⇒ 9 bits. 1 byte está associado à combinação de números binários de o bits. 1 niblle ou tétrada está associado à combinação de números de 4 bits. 1 word está associada à combinação de 16 bits. 1 double-word, a 32 bits. O caractere 1 mais á esquerda corresponde ao caractere mais significativo, ou seja: most-significative-bit, e é denominado MSB. O caractere 1 mais à direita corresponde ao menos significativo, ou least-significative-bit, denominado LSB. Os circuitos digitais processam informações representadas no sistema binário. Conversão Binário para Decimal Conclui-se que o equivalente de um binário qualquer é obtido pela representação polinomial do número na base 2, pelo processo da soma. Exemplo: 101,12 = 1 x 22 + 0 x 21 + 1 x 20 + 1 x 2-1 = 4 + 0 + 1 + 0,5 = 5,5
  • 10. 10 Conversão Decimal para Binário Neste caso, usa-se um método conhecido como método das “divisões sucessivas”, no qual o número decimal é sucessivamente dividido por 2, o que mostra o exemplo abaixo. 2310 = 23 2 1 11 2 1 5 2 2310 = 101112 1 2 2 0 1 Ocatal Uma representação posicional no sistema octal pode ser desenvolvida numa forma polinomial que envolva um somatório de potências. Os controladores programáveis possuem, em geral, seu endereçamento de memórias baseado no sistema octal. Exemplo: 56,328 = 5 x 81 + 6 x 80 + 3 x 8-1 + 2 x 8-2 = 40 + 6 + 0,375 + 0,03125 = 46,40625 Conversão Octal para Decimal O equivalente é obtido da representação polinomial, exemplo acima, do número da base 8 pelo processamento da soma. Conversão Decimal para Octal Método das “divisões sucessivas”. Número decimal dividido por 8. Exemplo: 7710 = 77 8 5 9 8 7710 = 1158 1 1 Hexadecimal Uma representação posicional no sistema hexadecimal pode ser desenvolvida numa forma polinomial que envolva um somatório de potências de 16. Exemplo: 5A3,E116 = 5 x 162 + A x 161 + 3 x 160 + E x 16-1 + 1 x 16-2 = 5.256 + 160 + 3 + 14 + 0,0625 + 0,0039063 = 1443,8789...10 Lembre-se que: A16 = 1010 EH = 1410 Ambas as formas de representar a base hexadecimal são válidas, com índice ”16” ou “H”.
  • 11. 11 Código BCD Em muitos casos, na indústria, para facilitar a interpretação pelo usuário, a informação processada num sistema digital deve ser convertida para o sistema decimal e, em muitas aplicações , o sistema digital estará representado pelo código BCD. Para efetuar a conversão do sistema decimal para o código BCD (Binary Coded Decimal), cada dígito decimal é diretamente convertido para 4 bits no código binário. O exemplo abaixo mostra como representar o decimal no sistema BCD. 3 2 4 , 1 6 0011 0010 0100 0001 0110 324,1610 = 0011 0010 0100,0001 0110BDC ESTADOS LÓGICOS Como foi anteriormente, os circuitos digitais processam informações utilizando-se do sistema de numeração binária que correlaciona os níveis lógicos, altos e baixo, ou seja, 0 e 1. Sendo uma proposição caracterizada sempre como ”verdadeira ou falsa”, pode-se fazer uma analogia com uma lâmpada cujos estados serão correlacionados, como mostra a figura abaixo. Lâmpada Apagada Lâmpada Acesa Os dois estados lógicos mostrados acima são correlacionados de várias maneiras, tais quais: um dos estado 1 ligado alto verdadeiro sim. outro estado 0 desligado baixo falso não. Operações Lógicas A relação entre duas ou mais variáveis que representam estados binários é estabelecida por meio de três operações lógicas, classificadas em: produto lógico (função e) soma lógica (função ou) inversão (função não) Para melhor entender, suponha que uma lâmpada estará acesa sempre que duas condições forem satisfeitas. São elas: A) a lâmpada esteja boa e B) o interruptor esteja ligado. Estabelecidas as premissas, suponha que Y seja a proposição de que a lâmpada esteja acesa ou apagada, verdadeiro ou falso, respectivamente. Y será verdadeiro quando A e B forem verdadeiros. Se A e B forem falsos, Y será necessariamente uma proposição falsa. As relações entre as variáveis A e B e A ou B representam operações lógicas. Como será definido posteriormente, Y representa a saída da função lógica desse exemplo.
  • 12. 12 Tabela Verdade Também chamada de tabela de combinação. A confecção da tabela verdade é, em geral, o primeiro passo para a análise e compreensão de um problema de lógica. Mostrar uma tabela verdade é escrever todas as combinações possíveis dos estados lógicos de todas as variáveis da função, incluindo o estado lógico resultante de cada combinação. O número de combinações possíveis de “n” variáveis é na ordem de 2n. Para o exemplo da lâmpada, o valor de “n” é 2, encerrando quatro combinações, portanto. Observe como montar a tabela verdade do exemplo proposto anteriormente. Primeiramente, listam-se todas s hipóteses possíveis pertinentes ao caso apresentado: 1. lâmpada queimada, interruptor desligado; 2. lâmpada queimada, interruptor ligado; 3. lâmpada boa, interruptor desligado e 4. lâmpada boa, interruptor ligado. A seguir, monta-se a tabela, criando as colunas das premissas, também conhecidas como variáveis de entrada. Neste exemplo, têm-se as variáveis A e B. Tais colunas devem ser preenchidas segundo o número total de hipóteses avaliadas no problema. Neste caso, como são apenas as variáveis de entrada, têm-se quatro combinações de ocorrência. A última coluna define o resultado lógico esperado, ou variáveis de saída. A variável Y é verificada segundo o método dedutivo pelo argumento afirmação do antecedente. Verifique o resultado nas tabelas do exemplo abaixo. A B Y A B Y F F F 0 0 0 F V F 0 1 0 V F F 1 0 0 V V V 1 1 1 Observe que ao associar estado lógico “verdadeiro” ao valor binário “1” e “falso” ao nível lógico “0”, estão sendo dadas as condições de realizar operações lógicas, com regras apoiadas na álgebra de boole, que será estudada posteriormente. A figura abaixo traz um diagrama em blocos que mostra como resolver, em etapas, um problema de lógica. Interpretação Tabela - Geração de lógica Verdade funções lógicas Organização do raciocínio na solução de problemas de lógicas
  • 13. 13 Funções Lógicas Define-se uma função lógica como aquela definida na álgebra elementar, porem sua imagem fica restrita aos valores representados pelos níveis lógicos 0 e 1. No exemplo da lâmpada, pode-se prever que a equação lógica observada da tabela de combinações é: Y=A*B Em que o símbolo “*” representa a operação lógica da multiplicação. As operações lógicas envolvidas fazem parte de um corolário baseado na álgebra de boole. A seguir, apresentam-se as funções lógicas básicas seguidas de sua tabela verdade e analogias com um circuito elétrico e seu diagrama de contatos (também conhecido originalmente como diagrama de Ladder). Função “SIM ou IDENTIDADE” Função: Tabela verdade: A Y Y=A 0 0 1 1 Circuito elétrico equivalente: Diagrama de contatos: A A Y Y Lâmpada apagada Observe em sua tabela de combinações que a saída é um espelho da entrada. Função “OU” Função: Tabela verdade: A B Y Y = A +B 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 Circuito elétrico equivalente: Diagrama de contatos: A B A Y B Y
  • 14. 14 Função “E” Função: Tabela verdade: A B Y Y=A*B 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 Circuito elétrico equivalente: Diagrama de contatos: A B A B Y Y Função “NÃO” Função: Tabela verdade: A Y Y=A 0 1 1 0 Circuito elétrico equivalente: Diagrama de contatos: R A Y ou A Y A Y Função “NÃO OU” Função: Tabela verdade: A B Y Y = A +B 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 Circuito elétrico equivalente: Diagrama de contatos: R A Y B A B Y
  • 15. 15 Função “NÃO E” Função: Tabela verdade: A B Y Y=A*B 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 Circuito elétrico equivalente: Diagrama de contatos: R A A B Y Y B Função “OU EXCLUSIVO” Função: Tabela verdade: A B Y Y=A*B+A*B 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 Circuito elétrico equivalente: Diagrama de contatos: R A B A A B Y Y A B Y B A B A B Função “NÃO OU EXCLUSIVO” Função: Tabela verdade: A B Y Y=A*B+A*B 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 Circuito elétrico equivalente: Diagrama de contatos: A B A B A B Y A B Y O diagrama de contatos apresentados em todas as funções lógicas representa a linguagem de programação mais usadas nos controladores lógicos programáveis, como será visto mais adiante.
  • 16. 16 Ainda com relação aos circuitos elétricos equivalentes, deve-se tomar o cuidado para não relacionar o fato de um contato ser do tipo NA com o estado lógico 0, bem como, do tipo NF com o nível 1, pois, futuramente, descobrir-se-á que um contato NF poderá ser associado ao nível lógico 0, como também um NA, ao nível 1. ÁLGEBRA DE BOOLE Ao associar os bits 0 e 1 aos estados lógicos, cria-se um raciocínio lógico de operação. Uma vez que os computadores processam essas lógicas, devem-se criar procedimentos e modelos matemáticos que possam ser interpretado por eles. Estes princípios matemáticos são denominados Álgebra de Boole. Como a álgebra tradicional, o silogismo matemático se apoia em postulados específicos. Tais postulados serão relacionados de forma sucinta e não rigorosa. Postulados Entes abstratos que provocam uma definição intuitiva, em que haja a necessidade de demonstração. Os postulados servem de base e sustentação aos teoremas, assim como na álgebra convencional. São eles: 1. Associativa das operações “e” e “ou”. (A*B) * C = A * (B*C) ∴ (A + B) + C = A + (B + C) 2. Comutativa das operações “e” e “ou”. A * B = B *A ∴ A+B=B+A 3. Elemento Neutro das operações “e” e “ou”. 1*A=A ∴ 0+A=A 4. Distributiva da operação “e” sobre a operação “ou”. A * (B + C) = (A * B) + (A * C) 5. Distributiva da operação “ou” sobre a operação “e”. A + (B * C) = (A + B) * (A + C) 6. Existência de um elemento complemento das operações “e” e “ou”. A*A=0 ∴ A+A=1 Com exceção dos dois últimos postulados apresentados, 5 e 6, todos os demais possuem correspondência na álgebra tradicional. A operação “e” continua tendo prioridade sobre a operação “ou”, do mesmo modo que os operações de multiplicação possuem sobre as operações de adição da álgebra tradicional. Valem, portanto, as mesmas regras da utilização dos parênteses, chaves e colchetes.
  • 17. 17 Teoremas São regras, leis, não intuitivas, que necessitam ser demonstradas para se tornar evidentes. Tais proposições são apresentadas a seguir, segundo o grau de aplicação para o conteúdo abordado e explorado pelos circuitos lógicos orientados para o controle de processos. Uma vez que tais teoremas são de extrema simplicidade, sua demonstração não será necessária. 1. Teorema da Dualidade das operações e e ou. A*A=A ∴ A+A=A 2. Teorema da Convolução (complemento do complemento) A=A 3. Teorema “De Morgan” Parte 1. O complemento de uma “soma” de elementos é igual ao “produto” dos seus complementos. A + B + C + ... = A * B * C * ... Parte 2. O complemento de um “produto” de elementos é igual à “soma” dos seus complementos. A * B * C * ... = A + B + C + ... Dada a importância de tais postulados e teoremas, observe no quadro abaixo que segue algumas operações que devem ser entendidas e memorizadas: 0*0=0 1+1=1 1*0=0 0+1=1 1*1=1 0+0=0 A*0=0 A+1=1 A*1=A A +0 = A 0=1 0=0 1=0 1=1 A+A=A A*A=A
  • 18. 18 MAPAS DE KARNAUGH Os diagramas ou mapas de Karnaugh, tais como uma tabela verdade, caracterizam um meio de mostrar a relação entre as variáveis de entrada em função da saída de uma expressão booleana. Tais mapas são representados por arranjos retangulares divididos em 2n quadradosm chamados celas, em que “n” caracteriza o número de variáveis envolvidas. Cada “cela” possui um código binário que a caracteriza. Esse código também pode ser o correspondente decimal ou ainda, representado de forma algébrica, como por exemplo: A * B. A seguir, mostra-se um mapa de Karnaugh com duas variáveis. Observe que para “n” = 2, o número de combinações, ou celas, eqüivale a quatro. a) b) c) B B B A 0 1 A 0 1 A 0 1 00 01 0 1 0 0 0 A*B A*B 10 11 2 3 1 1 1 A*B A*B Celas nominadas com Celas nominadas com código binário código decimal Celas nominadas algebricamente Embora todas as três formas de nomear uma “cela” sejam válidas, optar-se-á pela nomenclatura do item b) para a representação de mapas. Quando o interesse for de nomes a grupos de “celas”, dar-se-á maior importância à nomenclatura do item c). Para um mapa de três variáveis, tem-se um total de oito celas que devem estar dispostas na forma vertical ou horizontal, como mostra a figura abaixo. a) B b) AB 0 0 1 1 BC 00 01 11 10 00 A 0 1 3 2 2 3 0 01 4 5 7 6 6 7 1 11 4 5 10 Para um mapa de quatro variáveis, tem-se um total de 16 “celas”, como mostra a figura abaixo. CD 00 01 11 10 AB 0 1 3 2 00 4 5 7 6 01 12 13 15 14 11 8 9 11 10 10
  • 19. 19 Representação da Função Para obter a função algébrica de uma tabela verdade por meio de técnica gráfica de Karnaugh, deve-se obedecer a um procedimento básico quando do seu mapeamento. Tlal procedimento é descrito em seguida: 1. Representação da função no mapa. Um bit “1” deve ser colocado na cela de mesmo nome (equivalente decimal) que a função assume o valor 1, ou seja, os mintermos (produto algébrico de todas as variáveis) para os quais a função assume o nível lógico 1 devem ser transportados para o mapa. Por exemplo: uma tabela verdade com três premissas, a combinação A = 0, B = 1 e C = 1, deve fazer com que a função se torne verdadeira, isto é, assuma nível lógico 1, a cela correspondente ao decimal 3 (011 em binário) deve ser conter o valor 1 e as demais celas permanecerão inalteradas. 2. Formação de grupos. Deve-se entender por grupo, um número conveniente de celas adjacentes. Para uma função com “n” variáveis, dá-se prioridade, e nesta ordem, aos grupos com 2n-1, 2n-2, 2n-3,..., 2n-(n-1) , 20 “celas”. Conclui-se que na formação dos grupos tem que se tomar o cuidado de formá- los com o maior número de celas possíveis, caracterizando o menor número de grupos. Por exemplo: caso se tenha uma tabela com três variáveis, devem-se formar grupos de no máxima quatro celas, seguidas de duas e por último, uma única cela. Observe que o número de celas do grupo deve ser igual a uma potência de 2, cuja única exceção serve para o grupo unitário (com uma única cela). Deve-se repetir este procedimento até que todas as celas, para as quais a função assumir o estado lógico 1, estejam devidamente agrupadas. 3. Nomeação dos grupos formados Após a formação dos grupos formados, eles devem ser nomeados obedecendo a regras próprias. Primeiramente, verifique os conjuntos comuns a todas as celas do grupo. O nome do grupo será formado pelas variáveis comuns a todas essas celas. Caso uma variável seja comum e possuir o estado lógico 0, esta irá contribuir para o nome do grupo representado pelo seu complemento. Ver exemplo abaixo. CD CD 00 01 11 10 00 01 11 10 AB 0 AB 11 13 2 AD 0 1 3 2 00 00 4 A 15 17 4 5 7 6 6 01 01 12 13 15 14 12 13 15 14 11 11 8 9 11 10 8 9 11 10 10 10 D
  • 20. 20 Observe que para as celas 1,3,5 e 7, as únicas variáveis que não variam são: A e D. Como a variável A assume o estado lógico 0 nas quatro celas, seu complemento dá nome ao grupo, bem como a variável D assume o estado lógico 1 nas quatro celas, ela também dá nome ao grupo. 4. Exclusão de grupos. Devem-se excluir grupos que estejam totalmente inclusos em outro grupo. Logo, só participará da expressão minimizada, o grupo que pelo menos uma das suas celas não pertença a outro grupo. Ver exemplo abaixo. CD 00 01 11 10 AB O grupo AD deve ser excluído, 10 1 1 1 3 1 2 AD uma vez que suas celas já participaram da 00 4 15 17 6 formação de outros dois grupos. 01 12 1 13 1 15 14 A função lógica é um somatório de 11 BD 8 9 11 10 todos os grupos encontrados, ou seja 10 F = AB + BD AB Existem casos em que um grupo pode ser formado de mais de uma maneira, ou seja, com celas diferentes. Tal arranjo deve gerar expressões algébricas distintas, porém equivalentes. A exclusão de grupos torna-se o último procedimento a ser verificado na representação da função por meio do mapeamento de Karnaugh. Observe a resolução de um problema de lógica combinacional em todas as suas etapas no exemplo abaixo. Exemplo Pedro decidiu ir ao boliche desde que Márcia fosse com ele e pudesse ser usado o carro da família. Márcia, no entanto, decidiu ir à piscina desde que não estivesse chovendo e a temperatura estivesse acima de 25 graus. O pai de Pedro planejou usar o carro para ir ao supermercado caso chovesse, ou se a temperatura estivesse acima dos 25 graus. Em que condições Pedro irá ao boliche? Encontre a expressão lógica que torne verdadeira sua reposta. Solução: Primeiramente, deve-se organizar o problema, descobrindo quais são as premissas. Observe que Pedro só irá ao boliche se puder contar com o carro e se Márcia for com ele, porém tanto Márcia quanto o carro dependem das condições ambientais, tais como: tempo e temperatura. Logo, Pedro depende do tempo e da temperatura. Veja como é feita a atribuição lógica. sem chuva 0 maior que 25o 0 Tempo (t) Temperatura (T) sem chuva 1 menor que 25o 1
  • 21. 21 Esta atribuição de nível lógico é aleatória, ou seja: a hipótese de estar chovendo poderia também ter recebido o estado lógico1; fica evidente que o contrário seria 0. Veja como ficaram as proposições: Para Márcia Márcia vai à piscina se: não estiver chovendo e a temperatura estiver acima dos 25 graus Márcia vais ao boliche se: estiver chovendo ou a temperatura estiver abaixo dos 25 graus. Observe que a negação da primeira proposição implica no seu complemento e como conseqüência o cumprimento do teorema de De Morgan. Márcia vais ao boliche para T = 0 “ou” T = 1. Para o carro. Pai de Pedro irá ocupar o carro caso: chover ou a temperatura estiver a acima dos 25 graus Pai de Pedro não irá ocupá-lo se: não chover e a temperatura estiver abaixo dos 25 graus. Pedro vais com o carro para: t = 1 “ou” T = 1. Observe que Pedro vai ao boliche somente se Márcia aceitar seu convite (item 1), e puder sair (item 2), portanto: o resultado é a intersecção das condições (1) e (2). A única hipótese que torna as proposições verdadeiras ao mesmo tempo é para T = 1 e t = 1. Observe a tabela verdade. T t P 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 Em que, a variável de saída determina se Pedro vai ao boliche ou não. Foi utilizado o critério segundo o qual: P = 0, não vai ao boliche; e P = 1, Pedro vai. A expressão lógica que torna este problema verdaeiro é representada pelo produto lógico entre as variáveis de entrada, ou seja, Pedro irá ao boliche se a temperatura for menor que 25o e o tempo estiver sem chuva: P=T*t Observe que para o problema proposto não foi necessária a utilização do mapa de Karnaugh para a representação de sua função booleana, devido à facilidade de sua tabela verdade, mas caso tivesse sido optado pelo mapa, o modelo seria o da figura abaixo. T t 0 1 00 01 0 10 1 11 Tt 1
  • 22. 22 Funções Incompletas Existem certos problemas que apresentam, em uma das combinações possíveis de sua tabela verdade, o resultado lógico indefinido, ou seja, para aquela proposição tanto faz um estado lógico 0 ou 1. Para esses casos, deve-se proceder marcando com a letra “x” o valor da saída dessa proposição. A cela correspondente no mapa de Karnaugh também recebe o mesmo valor, a letra “x”, que participa na formação dos grupos como se ali tivesse um nível lógico 1.
  • 23. 23 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS INTRODUÇÃO Este estudo tem como objetivo uma prover visão geral das características e recursos hoje disponível no mercado de Controladores Programáveis (CP’s), bem como, a sua aplicação nos diversos campos da automação industrial e controle de processos, onde as necessidades de flexibilidade, versatilidade, disponibilidade, alta confiabilidade, manutenabilidade, modularidade, robustez e baixos custos, o tornam uma excelente opção. Mas, o que é um Controlador Programável? Como surgiu? Mesmo antes da industrialização da eletrônica digital, os primeiros projetistas de comando elaboravam circuitos digitais como contatos programáveis. O programa era armazenado em plugs multi-pinos e as instruções codificadas por meio de ligações elétricas entre os pinos destes plugs. Esses programas eram muito limitados, e, sua principal função era a seleção das operações das máquinas e/ou processos. Desta forma, além de uma operacionalidade muito baixa, existiam outros problemas: alto consumo de energia, difícil manutenção, modificações de comandos dificultados e onerosos com muitas alterações na fiação ocasionando número de horas paradas, além das dificuldades em manter documentação atualizada dos esquemas de comando modificado. Com a industrialização da eletrônica, os custos diminuíram, ao mesmo tempo em que a flexibilidade aumentou, permitindo a utilização de comandos eletrônicos em larga escala. Mas alguns problemas persistiram, em que sentia estes problemas de forma significativa era a indústria automobilística, pois a cada ano com o lançamento de novos modelos, muitos painéis era sucateados pois os custos para alteração eram maiores do que a instalação de novos painéis. Porém, em 1968 a GM através de sua Divisão Hidromatic preparou as especificações detalhadas do que posteriormente denominou-se de Controlador Programável (CP). Estas especificações retratavam as necessidades da indústria, independentemente do produto final que iria ser fabricado. Em 1969 foi instalado o primeiro CP na GM executando apenas funções de inter-travamento. Historicamente os CP’s tiveram a seguinte evolução: De 1970 a 1974, em adição às funções inter-travamento e sequenciamento (lógica), foram acrescentadas funções de temporização e contagem, funções aritméticas, manipulação de dados e introdução de terminais de programação. De 1975 a 1979 foram incrementados ainda maiores recursos de software que propiciaram expansões na capacidade de memória, controles analógicos de malha fechada com algoritmos PID, utilização de estações remotas de interfaces de E/S (Entradas e Saídas) e a comunicação com outros equipamentos “inteligentes”. Com os desenvolvimentos deste período, o CP passou a substituir o microcomputador em muitas aplicações industrias. Nesta atual, através dos enormes avanços tecnológicos, tanto de hardware como de software, pode-se dizer que o CP evoluiu para o conceito de controlador universal de processos, pois pode configurar-se para todas as necessidades de controle de processos e com custos extremamente atraentes.
  • 24. 24 Abaixo descreve-se alguns dos recursos e funções que foram implementados: Interfaces de E/S “inteligentes” (microprocessadas) para funções de controle PID, posicionamento, acoplamento, etc. Unidades periféricas especiais, tais como: terminais de vídeo monocromático e coloridos, terminais de fita cassete, microcomputador PC, consoles locais com teclado numérico-funcional e display alfanumérico, impressora, etc. O conceito de família de CP’s, ou seja, linha de produtos em diversas faixas de aplicação, desde pequenos controladores (pequena capacidade de memória e números de pontos de E/S) até sofisticados controladores de concepção bastante modular. Linguagens de programação de alto nível para operações não atendidas pelas linguagens convencionais. Desenvolvimento de pacotes de software aplicativos, de forma configurável, tais como: regulação e cálculos complexos de aritmética de ponto flutuante, monitoração de valores digitais e analógicos, protocolação (processamento de textos, relatórios de eventos, quando em operação conjunta com periféricos tais como terminais de vídeo e impressora), etc. Redes de comunicação entre CP’s e entre CP’s a outros equipamentos. Assim os técnicos em controle de máquinas e processos passaram a contar com um dispositivo capaz de: a) Permitir fácil diagnóstico de funcionamento ainda na fase de projeto do sistema e/ou de reparos em falhas que vem a ocorrer durante a sua operação. b) Ser instalado em cabines reduzidas devido ao pequeno espaço físico exigido. c) Operar com reduzido grau de proteção, pelo fato de não serem gerados faiscamentos. d) Ser facilmente reprogramado sem necessidade de interromper o processo produtivo (programação on-line). e) Possibilitar a criação de um banco de armazenamento de programas que podem ser reutilizados a qualquer momento. f) Manter uma documentação sempre atualizada com processo em execução. g) Apresentar baixo consumo de energia. h) Manter o funcionamento da planta de produção com uma reduzida equipe de manutenção. i) Garantir maior confiabilidade pela menor incidência de defeitos. j) Emitir menos níveis de ruídos eletrostáticos. k) Ter flexibilidade de expansão do número de entradas e saídas por serem controladas. l) Ter a capacidade de se comunicar com diversos outros equipamentos. Devido à ampla gama de equipamentos e sistemas disponíveis para controle industrial, aliada à crescente capacidade de recursos que o CLP vem agregando, existe a possibilidade de confundir outros equipamentos com ele. Para evitar tal equívoco, devem-se observar as três características básicas, que servem de referência para identificar um equipamento de controle industrial como sendo um controlador lógico programável:
  • 25. 25 a) O equipamento deve executar uma rotina cíclica de operação enquanto em funcionamento; b) A forma básica de programação deve ser realizada a partir de uma linguagem oriunda dos diagramas elétricos de relés; c) O produto deve ser projetado para operação em ambiente industrial sujeito a condições ambientais adversas. A utilização de siglas também é um fator de confusão. Veja as mais utilizadas: CLP: tradução para o português da sigla Programmable Logic Controloller, ou seja, Controlador Lógico Programável, a qual tem sua utilização restrita uma vez que se tornou marca registrada de propriedade exclusiva de um fabricante nacional. PLC: abreviatura do termo em inglês Programmable Logic Controloller; CP: tradução da abreviatura do termo em inglês Programmable Logic, a qual se refere a um equipamento capaz de efetuar controles diversos além do de lógica. DEFINIÇÃO Sistema eletrônico digital, desenvolvido para uso em ambiente industrial, que usa uma memória Programável para armazenamento interno de instruções do usuário, para implementação de funções específicas, tais como: lógica, sequenciamento, temporização, contagem e aritmética, para controlar, através de módulos de entrada e saída (digital analógica), vários tipos de máquinas e processos. O CLP e seus periféricos, ambos associados, são projetados de forma a poder serem integrados dentro de um sistema de controle industrial e finalmente usados a todas as funções as quais são destinados. A norma NEMA define formalmente um PLC como: “Suporte eletrônico-digital para armazenar instruções de funções específicas, como de lógica, seqüencialização, contagem e aritmética; todas dedicadas ao controle de máquinas e processos”. Já a norma ABNT cita que Controlador Programável é um equipamento eletrônico- digial, com harware e software compatíveis com as aplicações industriais. PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO O CLP, como todo sistema microprocessado, tem seu princípio de funcionamento baseado em três passos: 1. Trazer dados da máquina ou processo para o CLP, através de entradas; 2. Processar estes dados de acordo com uma lógica pré-determinada; 3. Transmitir os dados processados para as saídas do CLP. Para melhor compreensão do que seja um CLP e do seu princípio de funcionamento, são apresentados, em seguida, alguns conceitos associados, os quais são de fundamental importância que sejam assimilados. Variáveis de entrada: São sinais externos do que recebidos pelo CLP, os quais podem ser oriundos de fontes pertencentes ao processo controlado ou de comandos gerados pelo operador. Tais sinais são gerados por dispositivos como sensores diversos, chaves ou botoeiras, dentre outros.
  • 26. 26 Variáveis de saída: São os dispositivos controlados por cada ponto de saída do CLP. Tais pontos poderão servir para intervenção direta no processo controlado por acionamento próprio, ou também poderão servir para sinalização de saída de contactores, válvulas, lâmpadas, displays, dentre outros. Programa Seqüência específica de instruções, selecionadas de um conjunto de opções oferecidas pelo CLP em uso e, que irão efetuar as ações de controle desejadas, ativando ou não as memórias internas e os pontos de saída do PLC a partir da monitoração do estado das mesmas memórias internas e/ou dos pontos de entrada do CLP. Um CLP é basicamente composto por dois elemento principais: uma CPU (Unidade Central de Processamento) e interfaces para os sinais de entrada e saída. A ilustração abaixo mostra o diagramas de blocos de um CLP genérico. E Proces- Memó- S N sador ria A T R Í A D D C.P.U. A A O diagrama de blocos a seguir, ilustra a lógica funcional de um CLP. M E M Ó R IA D E PRO G RA M A U N ID A D E C E N T R A L D E PRO C ESSA M EN T O FO N TE M E M Ó R IA DE DADOS I N T E R F A C E D E E /S P R O C E S S O O U M Á Q U IN A Com a partida, o CLP executará as seguintes tarefas: 1. Transferirá os sinais existentes na interface de entrada para a memória de dados (RAM).
  • 27. 27 2. Iniciará a varredura do software aplicativo armazenado na memória de programa (SCAN), utilizando os dados armazenados na memória de dados. Dentro deste ciclo, executará todas as operações que estavam programadas no software aplicativo, como intertravamento, habilitações de temporizadores/contadores, armazenagem de dados processados na memória de dados, etc... 3. Concluída a varredura do software aplicativo, o CLP transferirá os dados processados (resultado de operações lógicas) para a interface de saída. Paralelamente, novos dados provenientes da interface de entrada irão alimentar a memória de dados. O tempo total para a execução dessas tarefas, depende, dentre outros fatores, da velocidade e característica do processador utilizado, do tamanho do programa de controle do usuário, alem da quantidade e tipo de pontos de entrada/saída. Como regra geral, tal tempo se encontra na faixa média de milissegundos (até microssegundos nos CLP de última geração). Em algumas situações críticas de controle, em que o processo não pode esperar todo o tempo de execução do ciclo de varredura, pois deve executar uma rotina imediatamente, ou ainda quando o sinal de entrada é emitido por um tempo inferior ao mesmo ciclo, há casos em que o CLP tem a capacidade de interromper a execução do ciclo de varredura, para, prioritariamente, atender a essa situação. Entretanto, apesar de não se regra geral, a compreensão do ciclo de varredura é suficiente para conhecer seu princípio básico de funcionamento. CONSTITUIÇÃO DO CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL Para executar demonstrados acima é necessário que o CLP possua obrigatoriamente, as seguintes partes básicas: FONTE DE ALIMENTAÇÃO UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTOS – (C.P.U.) MEMÓRIAS INTERFACE DE ENTRADA E SAÍDA (E/S) TERMINAL DE PROGRAMAÇÃO FONTE DE ALIMENTAÇÃO: É um dispositivo que converte a voltagem de rede elétrica local, de corrente alternada para uma voltagem em corrente contínua (figura abaixo). Ela fornece todos os níveis de tensão exigidos para as operações internas do CLP (Ex.: CPU, Memória, E/S). O CLP recebe alimentação da rede elétrica local; caso falte energia elétrica, a bateria mantém o programa do usuário para não perder toda a programação. Quando a energia elétrica retorna, o processador entra em operação e reinicia o ciclo de trabalho no programa do usuário.
  • 28. 28 ALIMENTAÇÃO FONTE DE Mantém o CLP REDE ELÉTRICA ALIMENTA- em LOCAL ÇÃO ESTA- funcionamento 127VAC BILIZAÇÃO 220VAC A bateria mantém os COMPARTI- dados na memória, MENTO DE caso falte energia BATERIA elétrica Diagrama em blocos resumido do sistema de alimentação de CLP UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO (CPU): A CPU é o cérebro do sistema. Ela lê o sinal das entradas na memória de dados, executa operações aritméticas e lógicas baseadas na memória de programa, e gera os comandos apropriados para a memória de dados controlar os estados das saídas. A principal função do processador é o gerenciamento de todo o sistema composto pelo CLP. Tal função é efetuada pelo executivo, semelhante a um sistema operacional de computador (como o DOS ou Windows), o qual é responsável, dentre outras tarefas, pela garantia de execução do ciclo de varredura. C . P . U. Periféricos Sistema Programa Terminal de Operacional Do programação do CLP Memórias Usuário Gravador “Monitor” Abaixo são apresentados algumas considerações e características principais: Utiliza microprocessadores ou microcontroladores de 8, 16 0u 32 bits e, em CP’s maiores, um coprocessador (microprocessador dedicado) adicional para aumentar a capacidade de processamento em cálculos complexos com aritmética de ponto flutuante. A maioria dos fabricantes de CLP’s especificam os tempos de varredura como função do tamanho do programa (p.e. 10ms/1k de programa), e situam-se na faixa desde 0,5 até 10ms/k, caracterizando a existência de CLP’s rápidos e lentos. Alguns fabricantes provêem recursos de hardware e software que possibilitam interrupções na varredura normal de forma a “ler” uma entrada ou “atualizar” uma saída imediatamente. Recursos auto-diagnose para detecção e indicação de falhas (comunicação, memória, bateria, alimentação, temperatura, etc) são também disponíveis em
  • 29. 29 alguns CLP’s. Normalmente os indicadores estão localizados na parte frontal do cartão da CPU. MEMÓRIAS O termo programável do CLP implica numa seqüência de instruções, o programa, que deve estar armazenada e disponível em algum local. Tal região é denominada sistema de memória, que deverá estar organizada de modo a formar o “mapa de memória”. Para entender o assunto, faz-se necessário definir o que seja uma célula de memória e que tipo existem disponíveis atualmente, para então, em seguida, compreender como são organizados os mapas de memória em um CLP. Uma célula de memória é a unidade básica para armazenamento de um único bit de informações em um sistema de memória. As memórias semicondutoras, a gravação magnética e a gravação ótica são os métodos mais largamente utilizadas para armazenamento de informação digital. Embora não se encontrem ainda discos de CD-ROM para armazenamento de programas de CLP, o armazenamento em meios magnéticos é largamente difundido entre os equipamentos comerciais. Entretanto, para compreensão do funcionamento da CPU é importante que se conheça um pouco sobre as memórias semicondutoras, as quais substituíram dispositivos mais antigos formados por núcleos de ferrite. O circuito eletrônico utilizado para construir memórias semicondutoras são usualmente flip-flops por meio de transistores bipolares, MOS ou outra tecnologia. Embora existam diversos tipos disponíveis, as memórias semicondutoras podem ser classificadas em duas categorias: Volátil e Não Volátil Memórias de armazenamento voláteis são aquelas nas quais uma perda, mesmo que breve, de alimentação de energia resultará na perda da informação armazenada. Em contrapartida, memórias de armazenamento não voláteis mantêm sua informação mesmo durante ausência de alimentação, o que às vezes é denominado memória retentiva. Na organização do sistema de memória dos CLP, encontra-se o uso de ambos os tipos, incluindo-se ainda, em alguns equipamentos, um sistema de fornecimento de energia via baterias ou acumulador, a fim de manter os dados que estão armazenados em memórias voláteis. Os tipos de memórias e como suas principais características afetam a forma de armazenamento/alteração dos dados serão relacionados em seguida: RAM: (Random Access Memory) é o tipo de memória volátil mais amplamente utilizado. Sua principal característica reside no fato de que os dados podem ser gravados e alterados facilmente, ficando a critério das necessidades do usuário. Nos CLP’s, são utilizadas para formar uma área de armazenamento temporário como espécie de rascunho de informações tanto de dados como de programas. ROM: (Read Only Memory) são memórias especialmente projetadas para manter armazenadas informações que, sob hipótese alguma, poderão ser alteradas. Assim, sua única forma de acesso é para operação de leitura. Devido a essa característica, elas se encaixam na categoria de memórias não voláteis. Num CLP, elas podem ser encontradas para o armazenamento do programa executivo, por exemplo.
  • 30. 30 PROM: (Programmable Read Only Memory) semelhante às ROM, esse tipo de memória permite que os dados sejam gravados pelo próprio usuário, porém em uma única operação de gravação que, caso mal sucedida, comprometerá permanentemente a sua utilização. EPROM: (Erasable Programmable Read Only Memory) é um tipo especial de PROM que permite ao usuário efetuar alterações nos dados ali contidos. O processo de apagamento dos dados pré-armazenados é feito pela exposição temporária do chip a uma fonte de luz ultravioleta. A EPROM pode se constituir um excelente meio de armazenamento não volátil do programa de controle que o CLP irá executar, após, porém, o mesmo Ter sido elaborado e totalmente isento de erros enquanto armazenado em RAM. EEPROM: (Eletrically Erasable Programmable Read Only Memory) são dispositivos de memória que , apesar de não voláteis, oferecem a mesma flexibilidade de reprogramação existente nas RAM. A grande maioria dos CLP’s atuais vêm equipados com EPROM em seu sistema de memória devido à sensível vantagem advinda do seu uso. Porém, elas apresentam duas limitações: primeiro, é o processo de regravação de seus dados que só pode ser efetuado após a limpeza da célula (o que exige um tempo da ordem de milissegundos por byte), e segundo, que a vida útil de uma EEPROM é limitada pelo número de reprogramação que ela pode receber (da ordem de dez mil operações limpeza/escrita). Após esta rápida apresentação dos principais tipos de memórias semicondutoras, em seguida, será visto como elas são organizadas e, quais suas principais atribuições no caso específico de um CLP. Um sistema de memória pode ser, a princípio, visualizado como uma longa fila de células de memória. Como cada uma dessas células contém uma informação digital do tipo “0” e “1”, passarão a ser denominadas simplesmente bit de memória. Entretanto, como os processadores podem manipular mais de um bit de cada vez, essa lista de bit na memória passa a ser organizada em grupos compatíveis com a capacidade do processador. Esses grupos recebem denominações específicas conforme seu tamanho, como já foi definido anteriormente. Tem-se que: Nibble = 4 bit Byte = 8 bit Word = 16 bit double Word = 32 bit Estes elementos formarão estrutura do mapa de sistema de memória, conforme ilustrado abaixo, e cuja quantidade máxima de grupos irá depender da capacidade de endereçamento do processador. bit Nibble Byte Word DoubleWord Unidade de memória
  • 31. 31 A forma como é organizado o mapa de memória em um CLP varia de fabricante para fabricante e ainda entre modelos para um único fabricante. Porém, como as necessidades inerentes à operação de um CLP são semelhantes, pode-se generalizar que seu mapa de memória seja constituído por cinco regiões distintas, como ilustrado abaixo. Programa Executivo Área de Dados para o Executivo Tabela de Entradas/Saídas Área de Dados para a Aplicação Programa Aplicação (escrito pelo usuário) Mapa de memória genérico em um CLP A área referente ao executivo deve ser não volátil, já a sua área de trabalho deve ser do tipo volátil, uma vez que os dados ali armazenados são constantemente atualizadas como, por exemplo, data, hora e estado do equipamento. Essas duas regiões previamente descritas são internas e de responsabilidade exclusiva do fabricante, sendo acessível ao usuário apenas para leitura de algumas variáveis do sistema. Nas suas áreas do programa de aplicação e de trabalho, é que irão se localizar as linhas de controle escritas pelo usuário conforme desejada, bem como os dados necessários à sua parametrização. Para o programa, encontram-se normalmente regiões de memória regraváveis, seja por RAM protegida via bateria ou acumulador, seja por EEPROM. Já na área de dados pode ser volátil, sendo que, em alguns equipamentos, apresenta uma parcela de sua região protegida por baterias ou acumulador. Ë na área dedicada às entradas e saídas do CLP que se encontram as informações referentes ao estado de cada um dos dispositivos ligados a ele. Na ilustração abaixo, pode-se verificar um exemplo de como é constituída uma área de memória para entradas /saídas. INTERFACE MEMÓRIA DE ENTRADA INTERFACE DE SAÍDA Mapa de memória da área de entrada/saída
  • 32. 32 Observa-se que a chave fechada da entrada ocasiona a transição para o nível lógico 1 do seu respectivo bit na memória, assim como a colocação em nível 1 de um bit de saída leva, por exemplo, ao acendimento de uma lâmpada que esteja hipoteticamente conectada a essa saída. INTERFACES DE ENTRADA E SAÍDA (E/S) O sistema de entrada/saída é que irá realizar a conexão física entre a CPU e o mundo externo por meio de vários tipos de circuitos de interfaceamento. Tais circuitos possuem padrões semelhantes nos diversos equipamento. A seguir, será feito menção a eles, subdividindo-os nos de natureza discreta (ou de um único bit de informação) e naqueles de natureza numérica (analógicos ou de vários bits). Entradas/Saídas Discretas São os tipos de sinais mais comumente encontrados em sistemas automatizados com CLP. Nesses tipos de interface, a informação consiste em um único bit cujo estado pode apresentar duas possíveis situações: ligado ou desligado (daí sua característica discreta). Na tabela seguinte, apresenta-se uma lista de vários dispositivos de entrada/saída com tais características. DISPOSITIVOS DE ENTRADA DISPOSITIVOS DE SAÍDA Chaves Seletoras Relés de controle Pushbottons Solenóides Sensores Fotoelétricos Partida de motores Chaves fim-de-curso Válvulas Sensores de proximidade Ventiladores Chaves sensoras de nível Alarmes Contatos de partida Lâmpadas Contatos de relés Sirenes Cada um desses dispositivos é acionado por fontes de alimentação distintas e que normalmente não são de mesma magnitude ou natureza. Por esta razão, as interfaces com dispositivos de entrada/saída discretos são disponíveis em vários níveis de tensão CA ou CC, conforme os seguintes padrões comerciais: 12 Vcc 24 Vcc 110 Vca 220 Vca Adicionalmente, para as saídas, também são encontrados contatos abre/fecha de relé os quais normalmente suportam correntes de até 1A com isolação de 220 Vca, mas que podem variar conforme o modelo do fabricante. Outra característica é o número de pontos de entrada/saída que possui terminal em comum, o qual pode variar entre dois, quatro ou mais pontos, ou apenas um (saída isolada), o que também dependerá do modelo e fabricante do equipamento.
  • 33. 33 A seguir, é apresentada uma série de diagramas referentes a exemplo de interfaces de entrada/saída do tipo discreto. Filtro Capacitivo Entrada CPU Comum Ponte Divisor Optoacoplador Retificadora Resistivo Interface para entrada de sinais CA / CC Saída CPU Optoacoplador Triac Filtro RC Comum Interface para saída de sinal em CA +V CPU Saída Optoacoplador Transistor Comum Interface para saída de sinal CC +V Saída CPU Comum Optoacoplador Transistor Interface para saída de sinal via contato de relé Entradas/saídas Numéricas Com as potencialidades de processamento aritmético que passaram a integrar os processadores nos atuais CLP’s, novas características de controle puderam facilmente ser adicionados a esse equipamento.
  • 34. 34 Ainda que o tempo de ciclo de varredura seja demasiado lento, várias aplicações, como controle térmico ou reação físico-químicas diversas, possuem uma constante de tempo suficientemente grande para que os CP’s possam ser empregados com sucesso. A recepção ou envio de sinais numéricos se faz principalmente por meio de pontos de entrada/saída analógicos, o que implicitamente significa que dentro do CLP há um circuito conversor analógico-digital ou digital-analógico conforme o caso. A diferença marcante em relação aos sinais discretos é que mais de um bit deverá ser manipulado, seja pela conversão do sinal analógico, seja pelo tratamento de dispositivos multibis, como é o caso do acionamento de motores de passo, ou o acendimento de display. A tabela seguinte exemplifica alguns dispositivos numéricos de entrada e de saída tanto de características analógicas como características multibits. ENTRADAS ANALÓGICAS SAÍDAS ANALÓGICAS Transdutores de tensão e corrente Válvula analógica Transdutores de temperatura Acionamento de motores DC Transdutores de pressão Controladores de potência Transdutores de fluxo Atuadores analógicos Potenciômetros Mostradores gráficos L.V.D.T. Medidores analógicos ENTRADAS MULTIBITS SAÍDAS MULTIBITS Chave Thumbwhell Acionamento de motor de passo Enconder absoluto Display de sete segmentos Enconder incremental Displays alfanuméricos Cada um dos dispositivos analógicos, em particular, é acionado por fontes de alimentação distintas e que normalmente são de mesma magnitude ou natureza. Por esta razão, as interfaces com dispositivos de entrada/saída analógicas são disponíveis em várias faixas de tensão ou corrente, conforme os seguintes padrões comerciais: CORRENTE CC: 0 A 20 mA 4 a 20 mA TENSÃO CC: -10V a +10V -5V a +5V +1V a +5V A seguir, são apresentados diagramas de interfaces de entrada/saída do tipo analógicas. Entrada em bit MSB corrente A/D CPU bit LSB Conversor de corrente Conversor em tensão analógico digital Interface para entrada analógica (por corrente)
  • 35. 35 Saída bit MSB analógica CPU D/A bit LSB Comum Conversor digital analógico Interface para saída analógica PERIFÉRICOS Dentre os diversos equipamentos periféricos aos CLP’s pode-se destacar os de programação, que basicamente, tem por finalidade principal a introdução do programa na memória do CLP e a visualização e documentação do mesmo. Os equipamentos de programação mais comumente utilizados são os seguintes: Terminal inteligente: Sendo microprocessado, é capaz de executar funções de edição de programas e outras independentemente da UCP do controlador. Ele possui sua própria memória com software para criação, alteração e monitoração dos programas. A grande vantagem é a de poder também editar e armazenar os programas de controle sem estar acoplados ao CLP. Esta capacidade é conhecida como programação "off-line" Em geral estes terminais possuem acionadores de "Floppy-Disks” (discos flexíveis) e programadores de EPROM's o que possibilita também o arquivo de programas tento em Floppy- Disks como em EPROM's. Alguns terminais possuem ainda uma interface de rede o que permite acoplá-los às redes locais de comunicação. Este arranjo permite o terminal acessar qualquer CLP na rede, alterar parâmetros ou programas, e monitorar quaisquer elementos sem estar acoplado diretamente a qualquer CLP. Com software adequado, este arranjo pode permitir também um meio centralizado de aquisição e apresentação inclusive gráfica, dos dados dos diferentes controladores da rede. Uma desvantagem, é que estes terminais não são intercambiáveis entre diferentes fabricantes de CLP’s. Microcomputadores Com o advento dos microcomputadores pessoais (PC’s) e com a crescente utilização dos mesmos em ambientes industriais, a grande maioria dos fabricantes desenvolveram software especiais que possibilitaram utilizá-los também como programadores tanto “on line" como “off line" A grande maioria destes software foram desenvolvidos com base na linha de micros compatíveis com os IBM-PC’s, facilitando inclusive a compilação de programas em linguagens de alto nível (BASIC, C, PASCAL, etc). Há atualmente uma acentuada utilização destes equipamentos com CLP's, principalmente como Interface Homem-Máquina/Processo no nível de Supervisão do controle de processos.
  • 36. 36 Mini-Programadores (Terminais de Bolso) São bastante compactos, assemelhando-se em muito com as calculadoras de mão. Este equipamento é preferencialmente utilizado para aplicação o campo, para testes e parametrização. Outros Periféricos Ainda dentro da família de equipamentos periféricos aos CLP’s pode-se destacar os seguintes: Interface Homem-Máquina Com dimensões reduzidas, são utilizados principalmente para introdução e visualização de dados e mensagens. São compostos de um teclado numérico-funcional, muitas vezes do tipo membrana1 e de display alfanumérico, sendo gerenciados por um microprocessador. Impressoras São utilizadas normalmente para prover cópia do programa de controle e geração de relatórios e mensagens ao operador. A comunicação é feita normalmente através de interfaces de comunicação serial padrão RS 232C. Interfaceamento de Periféricos Comunicação Serial: É a mais comumente utilizada para a maioria dos periféricos e é feita utilizando-se simples cabos de par-traçado. Os padrões mais utilizados são o RS 232C, loop de corrente 2OmA, e o RS-22IRS485 em alguns casos. RS-232C: Este padrão define basicamente as características dos sinais elétricos, bem como os detalhes mecânicos (pinagem) da interface. É empregada para velocidades de transmissão de até 20k baud (bits/seg) e distância máxima de 15 metros. (Com a utilização dos modens esta distância pode ser ampliada). RS4221RS-485: É uma versão melhorada do padrão RS-232C. Ela possibilita, principalmente, o emprego de velocidade de transmissão de até 100k baud para distância de até 1200m, podendo alcançar velocidades da ordem de Mbaud para distancias menores. LOOP DE CORRENTE 2OmA: A interface de loop de corrente é idêntica a RS-232C e, evidentemente como é baseada em níveis de corrente em vez de tensão, possibilita o emprego em distâncias bem maiores Muitos CP's oferecem ambos os padrões, RS232C e loop de corrente. SOFTWARE Recursos de Software do CP: Além do número de pontos de E/S, o que determina a utilização de um CP são os recursos de software disponíveis, isto é, que funções ele pode executar. Todos os CLP’s possuem as seguintes funções básicas de software
  • 37. 37 Lógica E, OU e XOR; SET e RESET Temporização e contagem; Cálculos com aritmética básica (+,-,x,÷); Parênteses ( para associação de lógicas): Comparação de valores; Registrador de deslocamento; Salto A medida que os CLP's tem sua capacidade de processamento aumentada surge a necessidade de funções de software mais avançadas tais como: Cálculos com ponto flutuante; Cálculos integrais e trigonométricos Malhas de controle PID; Posicionamento; Contagem rápida; Leitura de sinais analógicos; Leitura de sinais de temperatura; Linearização de sinais analógicos; Lógica fuzzi; Outros. LINGUAGENS DE PROGRAMAÇÃO Como visto anteriormente os CLP’s foram criados a partir da necessidade de substituir os painéis de controle a relés. Naquele contexto, uma linguagem de programação que fosse familiar 5 experiência dos técnicos e engenheiros, já acostumados com a lógica de relés, seria a escolha mais adequada ao desenvolvimento de programas CLP. Assim, desde então, essa linguagem tem sido a forma mais comumente encontrada nos equipamentos, independente de seu porte. Entretanto, com as sofisticações oferecidas pelos processadores e seus novos algoritmos, a representação simbólica dos programas tornou-se, em alguns casos, impossível de ser implementada por meio de um diagrama de relés. Formas alternativas de especificação de programas passaram, então, a ser utilizadas. Quatro formas de linguagem de programação predominam nos CLP’s disponíveis atualmente. São elas: Diagrama de Contatos Blocos Funcionais Mnemônicos Booleanos Parâmetros Idiomáticos Apesar de a maioria das instruções de programação poder ser representada em qualquer tipo de linguagem, há certas particularidades que apenas cada um dos tipos irá fornecer, como é o caso, por exemplo, dos saltos de instruções, chamadas a sub-rotinas e processamento aritmético, dentre outras. A ilustração abaixo apresenta o aspecto de cada uma das formas de linguagem discutidas.