antes do advento de circuitos lógicos de Estado Sólido, sistemas de controle lógico foram projetados e construídos exclusivamente em torno de relés eletromecânicos. Relés estão longe de serem obsoletos no design moderno, mas foram substituídos em muitos de seus antigos papéis como dispositivos de controle de nível lógico, relegados na maioria das vezes para as aplicações que exigem alta corrente e/ou comutação de alta tensão.,sistemas e processos que requerem controle “on / off” abundam no comércio e indústria modernos, mas tais sistemas de controle raramente são construídos a partir de relés eletromecânicos ou portas lógicas discretas. Em vez disso, os computadores digitais preenchem a necessidade, que pode ser programada para fazer uma variedade de funções lógicas.
the History of Programmable Logic Controllers
In the late 1960’s an American company named Bedford Associates released a computing device they called the MODICON., Como um acrônimo, significava Controlador Digital Modular, e mais tarde tornou-se o nome de uma divisão da empresa dedicada ao design, fabricação e venda destes computadores de controle de propósito especial.
outras empresas de engenharia desenvolveram suas próprias versões deste dispositivo, e acabou por ser conhecido em termos não proprietários como um PLC, ou Programável Controlador Lógico., O propósito de um PLC era substituir diretamente relés eletromecânicos como elementos lógicos, substituindo em vez disso um computador digital de estado sólido com um programa armazenado, capaz de emular a interconexão de muitos relés para executar certas tarefas lógicas.
Ladder Logic and Programming PLCs
a PLC has many” input “terminals, through which it interpretes” high “and” low ” logical states from sensors and switches., Ele também tem muitos terminais de saída, através do qual ele emite sinais “altos” e “baixos” para luzes de potência, solenóides, contactores, pequenos motores, e outros dispositivos que se emprestam para o controle on/off.
In an effort to make PLCs easy to program, their programming language was designed to resell ladder logic diagrams. Assim, um eletricista industrial ou engenheiro elétrico acostumado a ler esquemas de lógica ladder sentir-se-ia confortável programando um PLC para executar as mesmas funções de controle.,
PLCs são computadores industriais, e como tal seus sinais de entrada e saída são tipicamente 120 volts AC, assim como os relés eletromecânicos de controle que foram projetados para substituir. Embora alguns PLCs tenham a capacidade de entrada e saída de sinais de baixa tensão de corrente contínua da magnitude utilizada em circuitos de portas lógicas, esta é a exceção e não a regra. A conexão de sinal e os padrões de programação variam um pouco entre diferentes modelos de PLC, mas eles são semelhantes o suficiente para permitir uma introdução “genérica” à programação PLC aqui.,
A ilustração a seguir mostra uma PLC simples, como pode aparecer de uma vista frontal. Dois terminais de parafuso fornecem conexão a 120 volts AC para alimentar o circuito interno do PLC, rotulado L1 e L2. Seis terminais de parafuso no lado esquerdo fornecem conexão a dispositivos de entrada, cada terminal representando um “canal” de entrada diferente com o seu próprio rótulo “X”.
O terminal de parafuso inferior-esquerdo é uma conexão “comum”, que é geralmente conectado a L2 (neutro) da fonte de energia de 120 VAC.,
Dentro do PLC habitação, ligados entre cada terminal de entrada e o terminal Comum, é um opto-isolador de dispositivo (Light-Emitting Diode) que fornece um sistema elétrico isolado “alto” sinal lógico de circuitos do computador (um foto-transistor interpreta o DIODO emissor de luz) quando há alimentação de 120 VAC aplicados entre o terminal de entrada e o terminal Comum., Uma indicação LED no painel frontal do PLC dá indicação visual de um “energizados” de entrada:
os sinais de Saída são gerados pelo PLC do computador circuitos de ativação de um dispositivo de comutação (transistor, TRIAC, ou até mesmo um relé eletromecânico), conectando-se a “Fonte” de terminal para qualquer um “Y” rotulada terminais de saída. O terminal” fonte”, correspondentemente, é geralmente conectado ao lado L1 da fonte de energia VAC 120., Como com cada entrada, uma indicação LED no painel frontal do PLC dá indicação visual de um “energizados” de saída:
desta forma, o PLC é capaz de interface com o mundo real dispositivos como switches e solenóides. A lógica real do sistema de controle é estabelecida dentro do PLC por meio de um programa de computador. Este programa determina que saída é energizada sob que condições de entrada.,
embora o programa em si pareça ser um diagrama de lógica ladder, com símbolos switch e relay, não há contatos reais de switch ou bobinas relay operando dentro do PLC para criar as relações lógicas entre entrada e saída. São contactos imaginários e bobinas, se preferir. O programa é inserido e visto através de um computador pessoal conectado à porta de programação do PLC. Considere o seguinte circuito e programa PLC:
Quando o interruptor de pushbutton está desactualizado (não comprimido), nenhuma energia é enviada para a entrada X1 da PLC., Seguindo o programa, que mostra um contato x1 normalmente aberto em série com uma bobina Y1, nenhuma “potência” será enviada para a bobina Y1. Assim, a saída Y1 do PLC permanece des-energizada, e a luz indicadora ligada a ela permanece escura.
Se o interruptor de pushbutton for pressionado, no entanto, a energia será enviada para a entrada X1 do PLC. Qualquer e todos os contatos X1 que aparecem no programa assumirão o estado atuado (não-normal), como se fossem contatos de relé atuados pela energização de uma bobina de relé chamada “X1”.,
neste caso, energizar a entrada X1 fará com que o contato x1 normalmente aberto “feche”, enviando “potência” para a bobina Y1. Quando a bobina de Y1 do programa “energiza”, a saída real de Y1 tornar-se-á energizada, iluminando a lâmpada conectada a ele:
deve ser entendido que o contato X1, bobina Y1, fios de conexão, e” potência ” que aparecem no visor do computador pessoal são todos virtuais. Eles não existem como componentes elétricos reais., Eles existem como comandos em um programa de computador—apenas um pedaço de software—que acontece se assemelhar a um diagrama esquemático de relé real.
igualmente importante para entender é que o computador pessoal usado para exibir e editar o programa do PLC não é necessário para a operação continuada do PLC. Uma vez que um programa tenha sido carregado para o PLC a partir do computador pessoal, o computador pessoal pode ser desligado do PLC, e o PLC continuará a seguir os comandos programados.,
incluo a visualização do computador pessoal nestas ilustrações apenas para seu bem, ajudando a compreender a relação entre as condições da vida real (encerramento de Interruptor e estado da lâmpada) e o estado do programa (“poder” através de contatos virtuais e bobinas virtuais).
comportamento do sistema de controle
a verdadeira potência e versatilidade de um PLC é revelada quando queremos alterar o comportamento de um sistema de controle. Uma vez que o PLC é um dispositivo programável, podemos alterar o seu comportamento alterando os comandos que lhe damos, sem ter de reconfigurar os componentes eléctricos ligados a ele.,
por exemplo, suponha que quiséssemos fazer esta função de circuito switch-and-lamp de uma forma invertida: pressione o botão para fazer a lâmpada desligar, e libere-la para fazê-la ligar. A solução de “hardware” exigiria que um botão de pushbutton normalmente fechado fosse substituído pelo interruptor normalmente aberto atualmente em vigor. A solução de “software” é muito mais fácil: basta alterar o programa para que o contato X1 seja normalmente fechado em vez de normalmente aberto.,
Na ilustração a seguir, temos o sistema alterado mostrado no estado em que o botão é unactuated (não sendo pressionado):
Na próxima ilustração, o parâmetro é mostrado acionada (pressionado):
Uma das vantagens da implementação da lógica de controle em software em vez de hardware é que os sinais de entrada podem ser re-utilizados como muitas vezes no programa, como é necessário., Tome, por exemplo, o seguinte circuito e o programa, projetado para energizar a lâmpada se pelo menos dois dos três interruptores de pressão são simultaneamente acionados:
Para criar um circuito equivalente utilizando relés eletromecânicos, três relés com dois normalmente abertos, contatos cada um teria de ser usado, para fornecer dois contatos por interruptor de entrada., Usando um PLC, no entanto, podemos programar tantos contatos quanto desejarmos para cada entrada” X ” sem adicionar hardware adicional, uma vez que cada entrada e cada saída não é nada mais do que um único bit na memória digital do PLC (ou 0 ou 1), e pode ser lembrado tantas vezes quanto necessário.
além disso, uma vez que cada saída no PLC não é nada mais do que um bit em sua memória também, podemos atribuir contatos em um programa PLC “atuado” por um status de saída (Y)., Por exemplo, este sistema seguinte, um circuito de controle motor start-stop:
o interruptor pushbutton ligado à entrada X1 serve como o interruptor “Start”, enquanto o interruptor ligado à entrada X2 serve como “Stop”. Outro contato no programa, chamado Y1, usa o estado da bobina de saída como um contato selado, diretamente, de modo que o contator motor continuará a ser energizado após o interruptor pushbutton “Start” ser lançado. Você pode ver o contato normalmente fechado X2 aparecer em um bloco colorido, mostrando que ele está em um estado fechado (“condução elétrica”).,se pressionássemos o botão “Iniciar”, a entrada X1 energizaria, assim” fechando “o contato X1 no programa, enviando” potência “para a bobina Y1, energizando a saída Y1 e aplicando 120 volts AC para a bobina do motor real.,aliado a abrir X1 “contato” irá voltar ao “abrir” o estado, mas o motor continuará a funcionar porque a Y1 selo-em “contato” continua a dar “continuidade” ao “poder” de bobina Y1, mantendo, assim, a saída Y1 energizado:
Para parar o motor, temos que momentaneamente pressione o botão “Stop” botão de acionamento, o que vai energizar o X2 de entrada e “abrir” normalmente fechada “contato” quebra de continuidade para a Y1 “bobina:”
Quando o “Stop”, o botão é liberado, entrada X2 vai ser desenergizados, o retorno “contato” X2 para o seu normal, “fechado” do estado., O motor, no entanto, não irá iniciar novamente até que o “Iniciar” botão é acionado, porque o “seal-in” de Y1 foi perdida:
Fail-safe Design na Controlada por CLP Sistemas
Um ponto importante a fazer aqui é que fail-safe design é tão importante na controlada por CLP sistemas como no relé eletromecânico sistemas controlados. Deve-se sempre considerar os efeitos da fiação falhada (aberta) no dispositivo ou dispositivos que estão a ser controlados., Neste exemplo do circuito de controle do motor, temos um problema: se a fiação de entrada para X2 (o interruptor “Stop”) falhasse, não haveria nenhuma maneira de parar o motor!
A solução para este problema é a inversão da lógica entre o X2 “contato”, dentro do programa do PLC e o real “Stop” interruptor de tecla:
Quando o normalmente fechado “Stop” botão de pressão unactuated (não premido), o PLC X2 entrada será energizado, assim, o “fechamento” X2 “contato”, dentro do programa., Isso permite que o motor seja iniciado quando a entrada X1 é energizada, e permite que ele continue a correr quando o “Start” pushbutton não é mais pressionado. Quando o pushbutton ” Stop “é atuado, a entrada X2 vai des-energizar, assim” abrindo “o X2″ contato ” dentro do programa PLC e desligando o motor.assim, vemos que não há diferença operacional entre este novo design e o anterior. No entanto, se a cablagem de entrada na entrada X2 falhasse, a entrada X2 des energizaria da mesma maneira que quando a pushbutton” Stop ” é pressionada., O resultado, então, para uma falha de fiação na entrada X2 é que o motor vai imediatamente desligar.
Este é um projeto mais seguro do que o anteriormente mostrado, onde uma falha na cablagem “Stop” teria resultado em uma incapacidade de desligar o motor. Além dos elementos de entrada (X) e saída (Y) do programa, PLCs fornecem bobinas “internas” e contatos sem conexão intrínseca com o mundo exterior. Estes são muito usados como “relés de controle “(CR1, CR2, etc.) são usados em circuitos estafetas padrão: para fornecer inversão de sinal lógico quando necessário.,
para demonstrar como um desses relés “internos” pode ser usado, considere o seguinte exemplo de circuito e programa, projetado para emular a função de uma porta NAND de três entradas. Desde que o programa de PLC elementos são normalmente concebidos por uma única letra, eu vou chamar o relé de controle interno “C1” em vez de “CR1”, como seria de costume em um relé do circuito de controle:
neste circuito, a lâmpada permanecerá acesa enquanto qualquer um dos botões permanecem unactuated (unpressed)., Para fazer a lâmpada desligar, teremos que acionar (imprensa) todos os três interruptores, como este:
Avançado PLC Funcionalidade
Esta secção de controladores lógicos programáveis ilustra apenas uma pequena amostra das suas capacidades. Como computadores, PLCs podem executar funções de cronometragem (para o equivalente de relés de tempo-atraso), sequenciação de tambor, e outras funções avançadas com muito maior precisão e confiabilidade do que o que é possível usando dispositivos lógicos eletromecânicos. A maioria dos PLCs tem capacidade para muito mais de seis entradas e seis saídas., A seguinte fotografia mostra vários módulos de entrada e saída de um único Allen-Bradley PLC.
com cada módulo tendo dezesseis “pontos” de entrada ou saída, este PLC tem a capacidade de monitorar e controlar dezenas de dispositivos., Caber em um armário de controle, CLP ocupa pouco espaço, especialmente considerando o espaço equivalente a que seria necessária por relés eletromecânicos para executar as mesmas funções:
Monitoramento Remoto e Controle de Clps Através de Digital Redes de computadores
Uma das vantagens de Clps que simplesmente não pode ser duplicado por relés eletromecânicos é remota de monitoramento e controle via digital redes de computadores. Uma vez que um PLC não é nada mais do que um computador digital de propósito especial, ele tem a capacidade de se comunicar com outros computadores facilmente., A fotografia seguinte mostra um computador pessoal que exibe uma imagem gráfica de um processo de nível líquido real (uma estação de bombagem, ou “elevador”, para um sistema municipal de tratamento de águas residuais) controlado por um PLC.
A estação de bombagem está localizada a quilómetros do ecrã do computador pessoal: