Vinícius Guilherme Hoffmann CLP Vinícius Guilherme Hoffmann Interfaces de Entradas e de Saídas

INTRODUÇÃO Uma das principais vantagens de se utilizar o CLP é a possibilidade de alterar uma lógica sem alterar as conexões físicas das entradas e das saídas; Desta forma a lógica de acionamento das saídas pode ser alterada de acordo com as exigências do processo, sem necessidade de alteração das conexões elétricas; Essa facilidade de alteração é possível porque nas ligações do CLP não há conexão física entre os dispositivos de entrada e os de saída como em um painel elétrico convencional; A única conexão é através do programa que pode ser facilmente alterado.

INTRODUÇÃO

INTRODUÇÃO Para ilustrar os benefícios da conexão via software, vamos utilizar o exemplo de controlar o acionamento de uma válvula solenoide através de duas chaves de fim de curso (CFC1 e CFC2) em série. Consideramos agora que a lógica necessite ser alterada para a colocação das chaves em paralelo e a adição de uma terceira chave conectada em série.

INTRODUÇÃO

INTRODUÇÃO Para proceder a alteração em um CLP, o tempo necessário seria menor do que um minuto. Em alguns casos é possível realiza-la sem desligar o sistema; A mesma alteração em um circuito com conexão elétrica deve levar de 30 a 60 minutos, ocasionando uma perda de produção no caso de um processo.

MÓDULOS DE ENTRADA Os módulos de entrada fazem a interface entre os elementos de sinais de entrada do CLP; Esses módulos são constituídos de cartões eletrônicos, com capacidade para receber um certo número de sinais de entrada; Pode ser encontrada uma variedade muito grande de tipos de cartão para atender as mais variedades aplicações nos ambientes industriais; Esses cartões podem ser divididos em cartão de entradas digitais (discretas) ou analógicas (contínuas).

ENTRADA DISCRETA (DIGITAL) Para esse tipo de cartão os valores de entradas podem assumir unicamente dois valores ou níveis bem definidos; Assim uma entrada digital pode ter os seguintes valores: 0 ou 1, desligado ou ligado, falso ou verdadeiro, desacionado ou acionado, desativado ou ativado; Uma chave de impulso normalmente aberta (NA) é usada como exemplo. Esse tipo de chave tem característica de só funcionar enquanto o usuário estiver à pressionando; Um dos lados da chave é conectado à primeira entrada do CLP, o outro lado é conectado a uma fonte interna de 24V CC do cartão de entrada.

ENTRADA DISCRETA (DIGITAL)

ENTRADA DISCRETA (DIGITAL) Quando a chave está aberta não tem nenhuma tensão aplicada à entrada do CLP. Esta é a condição desligada da entrada (OFF), ou seja, entrada aberta = nível lógico 0; Quando a chave é pressionada, 24 V CC são aplicados à entrada do CLP. Esta é a condição ligada da entrada (ON), ou seja, entrada ligada = nível lógico 1; Muitos CLP’s necessitam de uma fonte externa separada para alimentar as entradas.

ENTRADA DISCRETA (DIGITAL) Em um cartão de entradas digitais podem ser conectados diversos elementos discretos, tais como: botões, chaves, pressostatos, fotocélulas, sensores, teclado, chaves fim de curso, entre outros, como mostra o exemplo:

ENTRADAS CONTÍNUAS (ANALÓGICAS) As interfaces de entrada analógica permitem que o CLP manipule grandezas analógicas que são normalmente enviadas por sensores eletrônicos; As grandezas analógicas tratadas por esses módulos são normalmente tensão e corrente elétrica; No caso de tensão as faixas de utilização são de 0 a 10 Vcc, ou 0 a 5 Vcc, 1 V a 5 Vcc, -5 a +5 Vcc, -10 a +10 Vcc (no caso, as interfaces que permitem entradas positivas e negativas são chamadas de entradas diferenciais); No caso de corrente, as faixas utilizadas são 0 a 20 mA e de 4 a 20 mA.

ENTRADAS CONTÍNUAS (ANALÓGICAS) Um sinal analógico é a representação de uma grandeza contínua que pode assumir, em um determinado instante, qualquer valor entre os limites definidos; Como exemplo pode-se citar o transmissor de nível, o qual monitora a altura da coluna de liquido de um tanque. O valor do transmissor pode ser qualquer valor entre 0% e 100% do nível, sendo essa informação enviada a um cartão de entrada analógico de um CLP.

ENTRADAS CONTÍNUAS (ANALÓGICAS)

ENTRADAS CONTÍNUAS (ANALÓGICAS) Outros exemplos de dispositivos utilizados como entradas analógicas são sensores de pressão, vazão, temperatura, densidade, entre outros; Os transmissores dos diversos tipos também são conectados aos módulos de entrada analógica.

INTERFACES DE ENTRADA DE DADOS A unidade de entrada fornece a interface entre o sistema e o mundo externo, que pode ser feita por canais de entrada, para permitir a leitura de sinais como sensores, botões entre outros; Os canais de entrada fornecem isolação e condicionamento de sinais para que sensores e atuadores possam ser conectados diretamente sem um circuito de interface; Uma isolação elétrica é feira geralmente através de optoacopladores.

INTERFACES DE ENTRADA DE DADOS Quando um pulso digital passa através do LED, um pulso de infravermelho é produzido; Esse pulso é detectado por um foto transistor, que gera um pulso de tensão no circuito que está inserido; O espaço entre o LED e o foto transistor garante a isolação elétrica entre entrada e CPU;

INTERFACES DE ENTRADA DE DADOS

INTERFACES DE ENTRADA DE DADOS As entradas digitais de um CLP podem ser do tipo fonte (sourcing), também chamadas de entradas PNP, ou do tipo dreno (sinking), também chamadas de entradas NPN; Esta informação é fundamental para selecionar o tipo de saída do sensor que fará interface com a entrada do CLP e para realizar a conexão física corretamente;

SAÍDA PNP Na saída de um sensor PNP ou fonte, o nível da sua saída lógica vai comutar entre o fornecimento de uma tensão equivalente à alimentação das saídas e um circuito aberto. Neste caso, a saída transistorizada PNP tem o emissor conectado a Vcc e o coletor em aberto. Quando a saída é conectada a uma carga, que tem um dos seus lados aterrado, e o transistor estiver saturado (estiver conduzindo plenamente), vai fazer com que a tensão sobre a carga seja igual a tensão da alimentação ou aproximadamente nula quando o transistor estiver cortado (não conduzindo). De uma forma resumida, pode-se dizer que a saída PNP exibe uma lógica positiva (o dispositivo manda um sinal positivo para indicar que está ativado).

SAÍDA PNP

SAÍDA PNP Para sensores do tipo fonte (PNP), o circuito de entrada do CLP é conectado com o terminal comum do sensor. Quando o transistor PNP no sensor estiver desligado, nenhuma corrente flui entre o sensor e o CLP, a entrada do CLP fica em nível baixo (OFF). Quando o circuito sensor detecta um objeto, comuta o circuito do transistor PNP, acionando-o. A corrente circula da fonte de tensão Vcc através do transistor PNP e o opto isolador da entrada IN0 do CLP e sai pelo terminal comum para retornar ao lado negativo da fonte de energia. Neste caso, a entrada do CLP fica em nível (ON).

SAÍDA PNP Para este tipo de conexão, o valor de tensão Vcc deve ser suficiente para satisfazer o mínimo de tensão necessária para a entrada do CLP.

SAÍDA PNP Para este tipo de conexão, o valor de tensão Vcc deve ser suficiente para satisfazer o mínimo de tensão necessária para a entrada do CLP.

SAÍDA NPN No caso de um sensor NPN, quando o sensor de proximidade detectar algum objeto, vai enviar um sinal no transistor NPN comutar, que envia um sinal Gnd (negativo) para a entrada do CLP. De uma forma resumida , pode-se dizer que a saída NPN exibe uma lógica negativa (o dispositivo manda um sinal negativo para indicar que está ativado).

Saída NPN

SAÍDA NPN Ao utilizar um sensor dreno NPN, devemos conectá-lo a uma entrada tipo fonte. Com esta conexão temos a seguinte operação: quando o transistor NPN estiver desligado no sensor, nenhuma corrente flui no CLP e o sensor. Entretanto, quando o sensor detecta algum objeto, o transistor NPN comuta para ligado, a corrente flui do lado positivo da fonte Vcc para o terminal comum do CLP, através do optoisolador, e para fora do terminal de entrada do CLP IN0 e através do transistor NPN para terra. Isso faz com que a entrada do CLP seja acionada.

Saída NPN

Saída NPN

REGRA GERAL Os sensores com saídas fonte (PNP) devem ser conectados a entrada dreno no CLP; Os sensores com saídas dreno (NPN) devem ser conectados a entradas fonte no CLP; Caso isso não seja obedecido, o elemento de entrada não vai funcionar.

Módulos de Saída São elementos responsáveis por fazer a interface entre o CLP e os elementos atuadores; São constituídos de cartões eletrônicos, com capacidade de enviar sinais para os atuadores, resultantes do processamento da lógica de controle; Os cartões de saída basicamente são de dois tipos: digitais e analógicos;

Saídas Digitais Válvulas solenoides, contatores, alarmes, relés, sirenes e lâmpadas são exemplos de atuadores conectados em saídas digitais, como indica a figura:

Saídas Digitais Como exemplo uma lâmpada pode ser ligada ou desligada através de uma conexão digital.

Saídas Digitais Como exemplo uma lâmpada pode ser ligada ou desligada através de uma conexão digital.

Saída Digital a Relé Aciona cargas alimentadas tanto por tensão contínua quanto alternada.; Uma das vantagens em utilizar este tipo de saída, se dá pelo fato de ser praticamente imune a qualquer transiente de rede; Esse tipo de saída possui uma pequena vida útil do contatos se comparado com outros tipos; Possui um número total de acionamentos aproximados de 150.000 à 300.000 vezes.

Saída Digital a Relé

Saída Digital a Relé

Saída Digital a Transistor O elemento que efetua o acionamento pode ser um transistor típico ou um transistor do tipo FET, que promove comutações com alta velocidade; Esse tipo de saída é recomendado quando são utilizados fontes de corrente contínua; Essa saída tem capacidade de 10.000.000 acionamentos ao longo de sua vida útil; Pode suportar uma corrente de até 1 A; Para a saída a transistor, optoisoladores são usados para isolar a carga a ser acionada do cartão do CLP.

Saída Digital a Transistor

Saída Digital a Transistor

Saída Digital a TRIAC Tem maior vida útil que a saída a relé; Neste tipo de saída o elemento acionador é um dispositivo de estado sólido (TRIAC), sendo seu uso recomendado para corrente alternada; Essa saída tem capacidade de 10.000.000 acionamentos ao longo de sua vida útil; Pode suportar uma corrente de até 1 A;

Saída Digital a TRIAC

Saída Digital a TRIAC

Saídas Analógicas Os módulos ou interfaces de saída analógica convertem valores numéricos em sinais de saída em tensão ou corrente. No caso de tensão normalmente de 0 a 10Vcc ou 0 a 5Vcc, e no caso de corrente de 0 a 20mA ou de 4 a 20mA. Por exemplo: se o cartão de saída analógica enviar 0Vcc, esse valor vai corresponder a 0%, e se o cartão enviar 10Vcc, vai corresponder a 100%; A função dessas saídas é bastante diferente das saídas digitais em que somente era possível colocar um elemento em dois estados.

Saídas Analógicas Com uma saída analógica pode-se ligar um motor com 40% da sua rotação nominal, uma válvula proporcional pode ser aberta 25%. As saídas analógicas são utilizadas para controlar dispositivos atuadores como válvulas proporcionais, motores, inversores de frequência, resistências elétricas entre outros.

Saídas Analógicas Um exemplo de saída analógica é um transdutor de corrente. Este dispositivo recebe uma corrente do CLP (por exemplo, 4 a 20 mA) e converte em uma pressão proporcional (por exemplo, 3 a 15 psi) ao valor da corrente recebida. Esta é uma forma típica de controle de abertura de válvulas pneumáticas proporcionais em uma malha de processo.

Saídas Analógicas Ainda existem módulos de saídas especiais para aplicações como: P.W.M para controle de motores CC; Controle de servomotores; Controle de motores de passo.

Referência