Controladores Programáveis - aula 02

Controladores programáveis - aula 02

Arquitetura de um Controlador programável

A arquitetura interna do Controlador Programável é constituída de hardwares que são denominados módulos ou interfaces de entrada e de saída. Os módulos de entrada e saída podem ser de dois tipos: digitais ou analógicos.

Unidade central de processamento

Conhecida como CPU (Central Processing Unit), é responsável pela execução do programa e pelo gerenciamento do processo. A CPU recebe os sinais digitais e analógicos dos sensores conectados aos módulos de entrada, e também recebe os comandos com comunicação em rede. Em seguida executa as operações lógicas, as operações aritméticas e avançadas, e atualiza os cartões de saída.

Entradas e saídas

Responsável pelo interfaceamento da CPU com o mundo exterior, esses módulos adaptam os níveis de tensão e corrente e realizam a conversão dos sinais no formato adequado. Esses modos são conhecidos como módulos de I/O, referindo-se a I = Input e O = Output.

Programação e leitura

Conhecidos como dispositivos IHM, quando conectados ao CP podem monitorar o andamento do programa, variáveis internas e os dispositivos de campo. Podem ser portáteis ou não. São fornecidos ou vendidos pelos fabricantes para que a programação e a edição sejam feitas em um microcomputador, facilitando a introdução do programa na memória dos CPs. O programa depois de criado ou editado pode ser transferido ao CP diretamente ou usando uma rede de comunicação.

Comunicação

A interface de comunicação além de facilitar a introdução dos programas também é responsável pelo monitoramento das operações que estão sendo realizadas em um determinado instante e transferir dados de forma bidirecional com um sistema SCADA. Outra função da interface de comunicação é comunicar-se com outros CPs interligados em rede, através de um CP mestre, modem ou via internet. Os CPs em rede junto com outros dispositivos podem fazer parte de uma rede denominada Fieldbus.

A CPU compreende todos os elementos necessários que formam a inteligência do sistema, o processador mais a memória e a fonte de alimentação.

Entradas digitais

São módulos que apresentam dois estados, ligado (1) ou desligado (0), podendo ser ligado diversos componentes como botoeiras, chaves de fim de curso, sensores indutivos e capacitivos, chaves comutadoras, termostatos, pressostatos e sensores de controle e nível.
As entradas digitais operam tanto em tensões alternadas (110 e 220VCA) quanto em tensão contínua (24VCC).

Nos casos de níveis elevados de tensão na entrada, deve haver uma isolação entre o circuito de entrada e a CPU para proteger os circuitos internos do cp. essa isolação é feita normalmente por meio de optoacopladores.

Entradas analógicas

As entradas analógicas são projetadas para tratar sinais e permitir que o CP possa manipular grandezas analógicas (tensões e correntes) enviadas por esses módulos. As faixas utilizadas para tensão são: 0 a 10VCC, 0 a 5VCC, 1 a 5VCC, -5 a +5VCC, -10 a +10VCC, e no caso de correntes, as faixas utilizadas são: 0 a 20 mA e 4 a 20mA.
Os principais componentes utilizados nas entradas digitais são: sensores de pressão manométrica, sensores de pressão mecânica, tacogeradores, transmissores de temperatura, pressão, vazão, nível e umidade relativa.

Na prática diz-se que as entradas digitais transmitem à CPU informações funcionais, como: temperatura adequada ou posição correta. As entradas analógicas transmitem informações relativas a valores de temperatura, pressão, entre outras.

Saídas digitais

Similar as entradas, as saídas digitais também admitem dois estados ligado (1) ou deligado (0), podendo controlar dispositivos tipo: relés, contatores, relés de estado sólido, válvulas solenoides, inversores de frequência e softstarters.
As saídas digitais podem ser desenvolvidas de três formas básicas: 

• Saída digital a relé; 
• Saída digital a transistor; 
• Saída digital a tiristor.

Por questões de segurança, além de um circuito optoacoplador, os módulos de entrada e saída também devem possuir ouras formas de proteção, como fusíveis e filtros como ruídos eletromagnéticos.

Saídas analógicas

Seguem o mesmo princípio das entradas analógicas, porém de forma inversa. O Controlador Programável fornece um sinal com certo número de bits, que é convertido em um sinal que geralmente está na faixa de 0 a 5V, 0 a 10V, +/-10V, 0 a 20 mA, 4 a 20 mA. Esses sinais são utilizados para controlar dispositivos atuadores como válvulas proporcionais, motores CC, servomotores CC, inversores de frequência e posicionadores rotativos.

Assim como as interfaces de entrada, as interfaces de saída também têm seus módulos específicos como os conhecidos módulos PWM para controle de motores CC, os módulos para controle de servomotores, os módulos para controle de motores de passo e os módulos para IHM.