2. PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLERS
2.1 INTRODUÇÃO
Esta secção inicia com uma perspetiva histórica da engenharia de controlo, destacando como, inicialmente, os seres humanos eram os principais elementos no controlo dos processos. Com o tempo, o uso de sistemas eléctricos baseados em relés permitiu automatizar decisões lógicas simples, mas foi a introdução de computadores de baixo custo que impulsionou a revolução dos Controladores Lógicos Programáveis (PLCs) a partir dos anos 1970.
Pontos-chave:
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Evolução dos métodos de controlo: de humanos para relés e, por fim, para PLCs.
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Vantagens dos PLCs:
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Custo-efetividade na gestão de sistemas complexos;
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Flexibilidade para reprogramação e adaptação a novos processos;
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Capacidades computacionais superiores que permitem controlo sofisticado;
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Ferramentas de diagnóstico que reduzem o tempo de paragem;
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Alta fiabilidade dos componentes que garantem uma longa vida útil.
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2.1.1 LADDER LOGIC
Nesta secção apresenta-se a linguagem Ladder, o método principal de programação para PLCs.
Pontos-chave:
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Relação com a lógica de relés:
Ladder logic foi desenvolvida para imitar os circuitos de relés, facilitando a transição para os PLCs sem exigir uma grande formação de engenheiros e técnicos. -
Representação gráfica:
É utilizado um formato que se assemelha a uma escada, onde os “trilhos” verticais representam as ligações de energia (alimentação e neutro) e os “degraus” contêm os contactos (normalmente abertos e fechados) e as bobinas de saída. -
Objetivos de aprendizagem:
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Compreender os fundamentos dos PLCs;
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Aprender a desenvolver e interpretar programas simples em Ladder logic;
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Reconhecer a evolução histórica e as razões para a sua adoção generalizada.
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2.1.2 PROGRAMAÇÃO
Esta secção explica os diferentes métodos de programação utilizados nos PLCs, com ênfase na transição dos esquemas de relés para linguagens de programação mais abstratas.
Pontos-chave:
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Programação baseada em diagramas de relé:
Nos primeiros PLCs, os programas eram desenhados de forma a refletir os esquemas elétricos tradicionais, simplificando o processo de adaptação para técnicos. -
Uso de mnemónicos:
São instruções que correspondem diretamente às funções representadas no Ladder logic (por exemplo, instruções como LDN, LD, AND, OR, ST) e que, por uma questão de eficiência, eram convertidas para operações internas no PLC. -
Diversidade de linguagens:
Além do Ladder, mencionam-se outras abordagens, como os Sequential Function Charts (SFCs) – que se assemelham a fluxogramas, e o Structured Text, uma linguagem similar ao BASIC para uma programação mais estruturada. -
Conversão interna:
Mesmo que o programador utilize Ladder logic, este é convertido internamente para uma forma mnemónica antes de ser executado, garantindo uma execução consistente e optimizada.
2.1.3 LIGAÇÕES DOS PLCs
Aqui é detalhado como um PLC interage com o mundo externo, através de entradas e saídas que controlam e reagem a processos físicos.
Pontos-chave:
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Integração com sensores e atuadores:
O PLC recolhe sinais de sensores e, com base na lógica de controlo programada, activa atuadores que modificam o estado de um processo. -
Ciclo de operação (scan cycle):
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Verificação inicial (sanity check): No arranque, o PLC realiza uma verificação rápida para confirmar a integridade do hardware.
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Ciclo contínuo: O PLC lê as entradas, processa a lógica (utilizando o programa Ladder) e atualiza as saídas, repetindo este ciclo incessantemente com tempos de varrimento da ordem dos milissegundos.
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Separação entre controlador e processo:
Destaca a importância de distinguir entre a lógica interna do PLC e o processo físico que está a ser controlado, garantindo que o controlo seja realizado de forma eficaz.
2.1.4 ENTRADAS NA LADDER LOGIC
Esta secção aborda como as entradas são representadas e utilizadas nos programas em Ladder.
Pontos-chave:
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Tipos de contactos:
São representados os contactos normalmente abertos e normalmente fechados, o que define se um circuito permite a passagem de corrente na ausência ou presença de um sinal. -
Função IIT (Immediate Input):
Permite que as entradas sejam lidas durante a varredura do programa, e não apenas no início de cada ciclo, facilitando respostas mais imediatas a mudanças no ambiente. -
Integração com o ciclo de controlo:
A forma como os sinais são lidos e incorporados na lógica garante que os processos físicos sejam monitorizados com precisão.
2.1.5 SAÍDAS NA LADDER LOGIC
Nesta secção explica-se a diversidade de tipos de saídas disponíveis num PLC e as suas funções no controlo do sistema.
Pontos-chave:
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Diversidade funcional:
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Saída normal: Ativa um atuador convencionalmente.
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Saída normalmente ligada: Aciona um dispositivo ao ser desenergizada.
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OSR (One Shot Relay): Garante que uma transição de entrada active a saída apenas durante um único ciclo, criando um efeito de “pulsar”.
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Instruções de latch (L) e unlatch (U): Permitem travar uma saída numa condição ligada, até que se execute a operação de desligamento.
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IOT (Immediate Output): Permite atualizar as saídas instantaneamente, sem aguardar o final do ciclo de varrimento.
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Aplicação na prática:
A escolha do tipo de saída depende do tipo de aplicação e dos requisitos de resposta do sistema controlado.
2.2 Um caso de estudo
Esta secção apresenta um caso prático para estudo: o controlo de uma única luz através de três interruptores em simultâneo.
Pontos-chave:
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Problema proposto:
Desenvolver um sistema de controlo baseado em relés que permita que qualquer dos três interruptores possa acionar a luz. -
Duas abordagens possíveis:
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Acionamento simples: Qualquer interruptor, quando ligado, ativa a luz e todos devem estar desligados para a luz apagar.
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Alternância (toggle): Cada interruptor atua de forma independente para ligar ou desligar a luz, independentemente do estado dos restantes, representando um problema de “exclusive or”.
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Relevância:
Demonstra a importância de compreender claramente o comportamento desejado do sistema, pois pequenas diferenças no enunciado podem levar a soluções técnicas totalmente distintas.
2.3 RESUMO
A secção de resumo consolida os conceitos apresentados ao longo do capítulo.
Principais pontos abordados:
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Contactores e relés:
Explicação dos contactos normalmente abertos e fechados e a sua relação com os circuitos de relés e Ladder logic. -
Integração das saídas:
Como as saídas podem ser recirculadas e, em certos casos, funcionar como entradas (exemplo do circuito “seal-in”). -
Métodos de programação:
Apresenta as diversas técnicas – Ladder logic, programação mnemónica, Sequential Function Charts (SFCs) e Structured Text – que podem ser utilizadas para desenvolver programas de PLC. -
Flexibilidade e diversidade de abordagens:
Através do caso de estudo, evidencia-se que o mesmo problema pode ser resolvido de formas radicalmente diferentes, enfatizando a importância da compreensão detalhada dos requisitos de controlo.
