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Controladores Lógicos Programáveis - Princípios básicos
| Topo pág | Fim pág |Os fundamentos básicos do PLC (sigla das iniciais em inglês) começaram no final da década de 1960, devido à necessidade de se agilizar mudanças na lógica de controle dos quadros de comando de linhas de montagem. Foram desenvolvidos conjuntos de relés montados em placas e painéis com terminais correspondentes às bobinas e aos contatos. Fiações removíveis faziam a interligação e podiam ser modificadas de forma mais rápida do que em um quadro de comando convencional.
Fazendo analogia com os termos de hoje, o conjunto de relés seria o "hardware" e a fiação removível, o "software". É natural que, com a evolução da informática, esta tecnologia passou a ser implementada com microcontroladores ou microprocessadores e outros circuitos lógicos.
Arquitetura básica
Este é apenas um diagrama simples. Não são indicados outros elementos, tais como dispositivos de memória, barramentos, fonte de alimentação, etc.
Desde que circuitos digitais operam com baixas correntes e tensões, as entradas e saídas têm, normalmente, componentes de proteção e interligação, como acopladores óticos, diodos zener, relés e outros.
Vale também lembrar que PLCs não são, necessariamente, dispositivos isolados. Podem ser, e muitas vezes são, interligados via protocolos de redes com outros computadores, permitindo a troca de informações, programações, etc.
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| Figura 01 |
Interfaces de entrada/saída (I/O): a troca de informações entre o equipamento e o PLC se dá através de seus dispositivos de entrada e saída, cujos principais são:
Entradas analógicas: Recebem sinais de dispositivos tipo sensores de pressão, temperatura, indicadores de posição, etc. São, normalmente, conversores analógico-digitais.
Entradas digitais: São usadas para elementos que apresentam somente dois estados: botões, pressostatos e termostados, chaves de nível, de fim de curso, etc.
Saídas analógicas: No PLC são implementadas com conversores digitais/analógicos e usadas para acionar servomotores, posicionadores, instrumentos, etc.
Saídas digitais: Similar às entradas digitais, acionam elementos de dois estados tais como: contatores, válvulas solenóide, lâmpadas, etc.
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Acionamento normalmente aberto (NA) |
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Acionamento normalmente fechado (NF) |
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Acionamento E normalmente aberto (NA) |
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Acionamento OU normalmente aberto (NA) |
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Acionamento E, normalmente aberto, fechado |
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Acionamento OU, normalmente aberto, fechado |
| Figura 02 |
Esta parte é, sem dúvida, a mais procurada por todos aqueles que desejam se desenvolver na área. Os programas e linguagens de alto nível variam entre fabricantes diversos mas todos, praticamente, têm como origem uma linguagem simples, denominada linguagem de contatos. Informações parciais são dadas a seguir.
Símbolos
Contato normalmente aberto (NA) aberto
Contato normalmente aberto (NA) fechado
Contato normalmente fechado (NF) aberto
Contato normalmente fechado (NF) fechado
SaídaInstruções elementares
LD Carregar entrada LDI Carregar inverso da entrada AND Função E ANI Função E de entrada inversa OR Função OU ORI Função OU de entrada inversa OUT Enviar para saída
Alguns exemplos simples são dados na Figura 02.
Jato de tinta (de impressora)
| Topo pág | Fim pág |Impressoras de jato de tinta são as mais populares entre os usuários de computadores pessoais. Certamente os principais motivos são o custo razoável e a qualidade de impressão satisfatória para muitas aplicações.
A primeira patente de impressão por jato de tinta data de 1951, para uso em instrumentos registradores. A tecnologia para impressoras de computadores começou a ser desenvolvida na década de 1970. Neste tópico é dado apenas o princípio da formação do jato da tinta.
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| Figura 01 |
Junto da parede do orifício, há uma pequena resistência elétrica. Se energizada, o aquecimento vaporiza a tinta, criando uma bolha que se expande e, portanto, ejeta a tinta contra o papel.
Cessado o aquecimento, a bolha entra em colapso e isso cria uma depressão que puxa tinta do reservatório, fazendo a reposição.
O reservatório é vedado de forma que, sem aquecimento, a tinta não vaza.
Alguns fabricantes usam elementos piezelétricos em vez de resistências de aquecimento. A deformação mecânica produz efeito similar.
Motor de passo
| Topo pág | Fim pág |Motores de passo são usados para fornecer movimentos intermitentes de rotação. Exemplo de aplicação: o rolo que avança o papel de uma impressora precisa de um movimento descontínuo, pois deve parar durante a varredura de cada linha pelo cabeçote de impressão.
O princípio de operação é bastante simples: o retângulo na parte central da figura ao lado representa um ímã permanente que pode girar em torno de um eixo central. Radialmente estão dispostos 4 pares opostos de solenóides AA', BB', CC' e DD'.
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| Figura 01 |
Se, conforme indicado na figura, o par BB' é energizado, o campo magnético induzido entre os mesmos alinha o ímã na sua direção.
Se a corrente elétrica é removida de BB' e aplicada num par adjacente, por exemplo CC', o ímã gira para sua direção e aí permanece enquanto ele ficar energizado e assim sucessivamente. Portanto, a tarefa de comutar os pares de solenóides (ou pólos) cabe ao circuito de excitação e controle do motor.
Notar que o deslocamento angular de cada passo é tanto menor quanto maior o número de pares de solenóides. No caso da figura, cada passo tem 45º.
Obs: na língua inglesa, são comuns as expressões para motor de passo: "step motor", "stepping motor" e "stepper motor". Esta última é mais usada.
Mouse óptico
| Topo pág | Fim pág |Mouse (originalmente, "rato" em inglês) é o nome consagrado para aquele acessório que praticamente nenhum computador atual dispensa. Tecnicamente poder-se-ia dizer "dispositivo apontador" ou algo similar, mas dificilmente seria possível mudar coisa tão arraigada.
A principal função do mouse é movimentar o cursor da tela de forma mais simples e rápida, se comparada com o uso de teclas. No tipo clássico de mouse, isso é obtido por meio de uma esfera, que pode ser parcialmente vista na parte inferior ou mesmo retirada com abertura da tampa. O movimento da esfera aciona dois eixos perpendiculares entre si que, por sua vez, acionam diretamente discos com ranhuras. Uma fonte de luz infravermelha (led) é dirigida para as ranhuras. No outro lado, há um sensor da luz. Dessa forma, o sensor recebe uma seqüência de pulsos de luz que são transformados em sinais elétricos correspondentes ao movimento do dispositivo. Cada disco possui dois conjuntos led/sensor para detectar o sentido do movimento. Um circuito interno transforma os sinais dos sensores em pulsos digitais (direção X e direção Y) para o computador.
Há necessidade de uma superfície ("mouse pad") que proporcione adequado arraste para a esfera e o acúmulo de sujeira nos eixos prejudica a operação, exigindo limpeza periódica.
Nos mouses ópticos, essa parte mecânica é eliminada. Uma fonte de luz (led) é dirigida para a superfície e o reflexo é captado por um sensor. Mas não é um sensor comum, de apenas um ponto. É um sensor de vários pontos, como se fosse uma câmara digital de baixa resolução. O processador interno analisa a imagem da superfície na cadência de aproximadamente 1500 quadros por segundo. Diferenças de imagens são interpretadas como movimento do dispositivo e transformadas em sinais digitais para o computador, de forma similar à anterior.
Além da maior durabilidade, maior precisão e pouca manutenção, o mouse óptico pode usar praticamente qualquer superfície, pois o contato mecânico não é essencial. Mas isso é válido para os tipos atuais. Os primeiros mouses ópticos usavam sensores comuns e exigiam superfícies especiais, com linhas em forma de grade para produzir os sinais.
Redes peer to peer
| Topo pág | Fim pág |Pequenas empresas ou mesmo pessoas físicas que tenham dois ou mais computadores podem se beneficiar pela interligação deles em uma rede sem servidor, chamada de peer to peer (traduzindo literalmente, igual para igual). A instalação física (hardware) e a configuração de software são simples.
Tais redes permitem compartilhar arquivos e pastas, impressoras e outras operações. Não são adequadas se, por exemplo, há necessidade de informações centralizadas, uso intensivo de banco de dados, etc. Para esses casos são usadas as do tipo cliente/servidor, que também são simples de instalar mas a configuração é bem mais complexa (não fazem parte da matéria deste tópico).
Configuração física: existem dois tipos de configurações básicas:
1-) Configuração margarida: em desuso atualmente. É utilizada quase sempre com cabos coaxiais. Na placa de rede de cada computador há um conector T que interliga, pelos cabos, os computadores adjacentes (o conector central do T vai para o circuito da placa de rede). Quando o computador é o último da rede (isto é, uma saída do T fica livre), é preciso usar um terminador nessa saída para evitar atenuações do sinal e interferências. Umas das desvantagens dessa configuração é que ela depende da integridade de todos os pontos. Se uma conexão interromper, toda a rede poderá ficar inoperante.
2-) Configuração estrela: é o padrão atual. Geralmente usam-se cabos UTP (unshielded twisted pair - par trançado sem blindagem) e, para mais de dois computadores, há necessidade de um dispositivo externo: hub (dispositivo que liga os cabos UTP dos computadores da rede, formando assim uma estrela) ou concentrador (similar ao hub mas de construção modular tipo rack, podendo inclusive, dispor de conectores de diferentes padrões).
Ethernet:
É o padrão de comunicação mais utilizado nas redes peer to peer e também por outras. A configuração é simples, existem inúmeros de fornecedores de placas e é suportado por quase todos os sistemas operacionais.
O Ethernet original, utilizando cabos coaxiais, permitia taxas de transmissão de até 4 Mbps (megabits por segundo). Atualmente, com o uso dos cabos UTP, as taxas foram elevadas para 10 Mbps e 100 Mbps (fast ethernet). As redes de 10 Mbps ainda são bastante utilizadas pois o custo (hub, cabos) é bem inferior em relação à de 100 Mbps.
No padrão Ethernet os dados trafegam na rede em forma de sucessões de pacotes. Quando, por exemplo, um computador envia um arquivo para outro na rede, todos os demais computadores receberão os pacotes. Apenas o computador destinatário irá reconhecer esses pacotes e executar alguma ação, como salvar o arquivo no disco.
Na maioria das placas de rede atuais, cada pacote contém 1514 bytes sendo 14 bytes de cabeçalho (verificação de integridade, identificação da origem e destino) e 1500 bytes de dados.
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| Figura 01 |
Desde que redes com cabos coaxiais caíram em desuso, não há muito que comentar sobre tais cabos para essa aplicação. Mas, se você não precisa de muito desempenho, provavelmente poderá encontrar placas em locais de peças usadas. O cabo adequado é do tipo RG-58 de 50 ohms. A recomendação prática para essas redes é no máximo 30 máquinas e a soma dos comprimentos dos cabos deve ser menor que 185 m.
Os cabos UTP (normalmente de cor azul) têm, atualmente, 5 padrões. Na prática, são usados apenas o padrão 3 e o 5 (este para 100 Mbps).
Os conectores para as placas são similares aos dos cabos telefônicos (RJ-11), com um número maior de terminais, designados por RJ-45.
Cada segmento de rede não deve ter comprimento maior que 100 m. Define-se segmento de rede como o caminho entre duas máquinas, desde que não existam outros dispositivos como roteadores, bridges ou switches. Para segmentos maiores, devem ser instalados dispositivos chamados de repetidores para amplificar o sinal. O número máximo de máquinas em uma rede Ethernet é 1024.
Conector RJ45: A Figura 01 mostra o esquema de ligação dos pares do cabo UTP com o conector RJ45.
Conexão de hub para hub ou de computador para computador: uma extremidade tipo A e outra tipo B (conexão cruzada).
Conexão de hub para computador: tipo B em ambas as extremidades.
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