Este programa foi marcado como "Limpo" pelo anfitrião.
Introdução
01
Este é o primeiro episódio de uma série de 8 partes.
02
Esta série é sobre controladores lógicos programáveis, ou PLCs, como são comumente chamados.
O que é um PLC você pergunta?
Em poucas palavras, é um dispositivo de controle industrial programável de uso geral.
Eles são utilizados em toda a indústria, em fábricas, serviços públicos e em qualquer lugar que máquinas industriais precisem ser controladas.
03
Eles são um sistema totalmente integrado de hardware, software e ambiente de desenvolvimento, especialmente projetado para equipamentos industriais automáticos.
Provavelmente, a maneira mais fácil de descrevê-las é primeiro fornecendo um pouco de contexto histórico sobre o que as precedeu.
04 Os Primeiros Dias da Automação
Você provavelmente já ouviu falar do tear Jacquard do século XIX inicial e seu uso de cartões perfurados em relação a ser uma das tecnologias que eventualmente levaram à computação.
No entanto, para os fins aqui, sua importância é que foi uma forma inicial de sistema de controle de automação industrial, já que, afinal, estava controlando uma máquina em uma fábrica.
05
Para outros tipos de máquinas, um meio puramente mecânico comum de fazer com que as várias partes de uma máquina complexa se movam de maneira coordenada era através do uso de eixos e alavancas.
Uma série de alavancas localizadas em um eixo ou conjunto de eixos conectados por engrenagens, poderia mover partes de uma máquina, ligar ou desligar válvulas e, em geral, coordenar as partes de uma máquina.
Com a disseminação do uso da eletricidade nas fábricas no início do século XX, agora era possível usar a nova tecnologia elétrica para realizar funções de controle e automação.
06 O Contexto da Lógica de Relés
Vou precisar explicar alguns termos eletromecânicos aqui, pois é necessário compreender esses termos e os conceitos por trás deles para entender os PLCs, já que o último é uma evolução de seus antecessores e utiliza os mesmos termos.
O que precedeu os PLCs foi o que era comumente conhecido como "lógica de relés".
O que é um Relé
Um relé é um dispositivo eletromecânico que responde e controla o fluxo de corrente elétrica.
Um relé possui um "mola" que, como o nome sugere, é uma bobina de fio condutor.
Quando você energiza a mola, ou seja, aplica corrente elétrica nela, ela forma um eletromagneto.
08
Este eletromagneto atrai um armador.
O armador é uma peça móvel de metal que é atraída pela mola quando esta é energizada.
A ativação do relê é chamada de fechamento.
Desativar é chamado de abertura.
Nomes alternativos para esses estados são "puxa dentro" e "caí fora", respectivamente.
09
O armador, por sua vez, está ligado a um ou mais contatos.
Você pode pensar em um contato como sendo algo semelhante a um interruptor.
Quando o interruptor é girado em uma direção, o caminho elétrico é fechado e a corrente pode fluir.
Quando é girado na outra direção, o caminho elétrico é quebrado e o fluxo de corrente é interrompido.
10
Os contatos podem ser normalmente abertos, caso em que o caminho é fechado e a corrente pode fluir quando o relê liga.
Alternativamente, elas podem ser fechadas normalmente, caso em que o caminho é fechado e a corrente flui quando o relê é desligado.
Um relê pode, e normalmente faz, ter múltiplos contatos, incluindo tanto os normalmente abertos quanto os normalmente fechados.
Lembre-se desses termos: bobina, contato, normalmente aberto e normalmente fechado.
O que é um relê de acionamento?
Existe um tipo especial de relê conhecido como relê de acionamento.
Isso era usado ocasionalmente em circuitos de controle de relês, mas os conceitos por trás dele se tornarão mais importantes quando falarmos sobre PLCs reais.
Um relê de acionamento tem duas bobinas.
Uma bobina é usada para ligar ou "definir" o relê.
A outra bobina é usada para desligar ou "resetar" o relé.
12
O relé possui um mecanismo de travamento mecânico ou um ímã que é usado para manter o relé na posição definida (ou, em outras palavras, fechado) mesmo se a bobina de controle for desenergizada.
Você deve energizar a bobina de reset para resetar ou "abrir" o relé.
Um relé de travamento fornece o equivalente de um "bit" de memória que retém seu último estado mesmo se a energia da máquina for desligada.
13
Relés de travamento foram usados em aplicações onde era importante que o circuito lógico do relé lembrasse seu último estado.
Embora não sejam frequentemente usados em circuitos de controle de relés devido ao seu maior custo e complexidade, o conceito deveria ser usado de forma mais extensa em programas de PLC quando as instruções de setar e resetar fossem fornecidas, realizando a função equivalente no software sem as mesmas preocupações de custo.
14
Assim, setar e resetar deveriam ser usados muito mais frequentemente em programas de PLC do que quando eram relés reais.
Adicione esses termos à sua lista de coisas a lembrar: travamento, destravamento, setar e resetar.
O que é um Contator
Vou mencionar outro termo agora, caso ele apareça mais tarde.
Este é o "contator".
Basicamente, um contator é apenas um relé grande.
É tipicamente usado para controlar cargas elétricas grandes, como motores e aquecedores.
16
Relés menores são geralmente chamados de "relés" ou, às vezes, "relés de controle".
Eles são usados para criar circuitos lógicos ou controlar cargas elétricas menores, como luzes ou válvulas pneumáticas ou hidráulicas.
Isso pode parecer muito jargão, mas aguente firme, farei analogias com computadores quando apropriado.
17 Dispositivos de Entrada e Saída
Se você quer fazer algum trabalho útil, vai precisar de alguns I/O.
Os dispositivos de entrada típicos incluem os seguintes.
18
Botões de pressão.
São botões que são pressionados pelo operador para mandar a máquina fazer algo.
19
Interruptor seletor.
São interruptores que, geralmente, são girados para ligar ou desligar e mantêm sua posição.
Esses podem ter múltiplas posições, cada uma das quais pode ativar uma entrada separada.
20
Lâmpadas de piloto. São luzes usadas para fornecer feedback ao operador.
21
Interruptor de limite.
São interruptores mecânicos que ativam partes da máquina, em vez do operador ativá-las.
Isso pode ser usado para determinar a posição de várias partes da máquina em qualquer momento.
22
Sensores de proximidade.
Essencialmente, são interruptores de estado sólido, mais confiáveis que os mecânicos, pois são menos sujeitos a desgaste.
São frequentemente abreviados coloquialmente como "proxies".
23
Válvulas solenóides.
Esses são parecidos com relés, pois um enrolamento eletromagnético é ativado.
No entanto, em vez de ativar outro contato elétrico, ele ativa uma válvula pneumática ou hidráulica.
Essa válvula, por sua vez, permite tipicamente que o ar ou o fluido hidráulico mova um pistão dentro de um cilindro, que então move uma parte mecânica da máquina.
Uma máquina típica possui muitos e muitos sensores de proximidade e válvulas solenóides.
Lógica de Relés 24
Todos esses entradas e saídas requerem algum tipo de lógica para coordená-los.
É aí que os relés de controle entraram em cena.
25
Se ter a saída de um dispositivo elétrico sendo capaz de controlar outro dispositivo elétrico soa um pouco como um transistor, então sim, os relés são análogos aos transistores eletrônicos.
No entanto, embora os transistores sejam uma invenção do meio do século XX, os relés datam do meio do século XIX.
26
Assim como com os transistores, é possível codificar lógica em uma rede de fios que conectam os relés, juntamente com entradas de interruptores e outros dispositivos de entrada.
Conectando sensores e relés da maneira correta, é possível criar sequências de operação razoavelmente complexas para controlar uma máquina de forma automática.
27 Lógica Booleana de Relés
Conectar contatos de relé em série cria condições de "e".
Conectá-los em paralelo cria condições de "ou".
Usar contatos de relé normalmente fechados cria condições de "não".
Alimentando os próprios contatos de um relé de volta ao circuito que leva até sua bobina, é possível que um relé lembre de seu próprio estado.
Cada relé pode ser considerado um bit de lógica em um circuito lógico booleano.
28 Temporizadores e Contadores
Relés de temporização especiais poderiam ser usados para criar um atraso de tempo entre o relé sendo energizado ou desenergizado e os contatos se fechando ou abrindo.
Um relé de temporização que impõe um atraso após ser energizado é um "timer de atraso de ligar".
Um relé de temporização que impõe um atraso após ser desenergizado é um "timer de atraso de desligar".
29
Relés de temporização eram frequentemente pneumáticos.
Eles tinham uma pequena mola de borracha que vazava ar lentamente por uma orificação ajustável.
A mola impediria o relé de abrir ou fechar, dependendo do tipo, até que o ar vazasse o suficiente para fechá-lo ou abri-lo.
Para maior precisão ou para atrasos mais longos, temporizadores de relógio movidos a motor poderiam ser utilizados.
30
Relés contadores especiais poderiam ser usados para exigir uma entrada para ligar ou desligar um número especificado de vezes antes de ativar as saídas do relé.
Contadores geralmente usavam um mecanismo de ratinho para contar até um valor pré-estabelecido antes de ativar.
31
Relés de temporização e contagem posteriores utilizavam temporizadores e contadores eletrônicos, mas esses chegaram relativamente tarde em um momento em que a lógica de relé estava desaparecendo.
32 Painéis Elétricos
Grandes quantidades de relés seriam montados em painéis em grandes compartimentos elétricos, com os fios correndo entre eles, e também para os interruptores de limite, válvulas e outros dispositivos montados na máquina.
33 Desenhando o Circuito Lógico
A lógica ou programa seria codificada na seleção dos dispositivos e nos fios correndo entre eles.
Para projetar e documentar essa lógica, o designer criaria desenhos elétricos.
Esses desenhos seguiriam um dos dois estilos diferentes.
34
Em um estilo, os dois fios de energia, seja quente e neutro no caso de energia CA, ou positivo e negativo no caso de energia CC, eram desenhados como linhas verticais ao longo de cada lado da página do desenho.
Essas linhas verticais são conhecidas como os "raios".
Fios seriam então desenhados horizontalmente através da página de esquerda para direita, mostrando as conexões entre botões de impulso, interruptores e contatos de relés até os enrolamentos de relés ou luzes piloto à direita.
35
As conexões físicas entre enrolamentos de relés e contatos de relés normalmente não eram mostradas nos desenhos, embora possam estar no caso de botões de impulso ou interruptores seletores com múltiplos contatos.
Em vez disso, você contaria com as etiquetas ou nomes para ver quais contatos estavam associados a quais enrolamentos de relés, interruptores de limite ou botões de impulso.
36
Existem convenções de nomenclatura padrão para dispositivos que não vou detalhar aqui.
No entanto, isso significa que os enrolamentos do relé podem estar em uma página do conjunto de desenhos, e os contatos podem estar em qualquer outro lugar no conjunto de desenhos.
Era comum escrever uma referência cruzada ao lado do enrolamento do relé para listar onde seus contatos são usados no desenho.
37 Escadas Ladradas
Em termos práticos, isso significava que o desenho lógico tendia a assumir a forma de muitos conjuntos horizontais independentes de fiação e contatos que pareciam bastante com as escadas de uma escada.
Assim, esses desenhos passaram a ser conhecidos como "diagramas em escada" ou "desenhos em escada".
Os elementos horizontais eram conhecidos como "escadas".
38 Símbolos Padrão
Cada tipo de dispositivo tinha um símbolo padrão, de modo que você pudesse ver de relance do que se tratava.
Por exemplo, um enrolamento de relé era um círculo.
Um contato de relé normalmente aberto era duas linhas verticais curtas separando uma interrupção no circuito de fios.
Um contato de relé normalmente fechado era apenas um contato normalmente aberto com uma linha diagonal desenhada sobre ele.
39 Fluxo Lógico
Por convenção, os desenhos eram lidos de cima para baixo, de esquerda para direita.
Na prática real, as operações poderiam acontecer em paralelo e você tinha que ter cuidado para evitar introduzir o que era chamado de "revezamento de relés", onde o resultado de uma operação dependia de qual das duas operações paralelas fosse concluída primeiro.
Um revezamento de relés poderia produzir resultados imprevisíveis dependendo de qual das operações fosse concluída primeiro e, portanto, deve ser evitado.
40
Engenheiros, técnicos e eletricistas eram esperados para se tornarem proficientes em ler e entender esses diagramas em escada para projetar e solucionar problemas de equipamentos.
Para alguém com experiência na área, ler e entender esses diagramas se tornou uma segunda natureza.
Desenhos 41 DIN
Mencionei que existem dois estilos de desenhos.
O outro estilo é conhecido como DIN, que significa Deutsches Institut fur Normung, ou Instituto Alemão de Normalização, em inglês.
Essencialmente, é apenas um diagrama de escada virado de lado, com os trilhos correndo horizontalmente de esquerda para direita, e os degraus correndo verticalmente de cima para baixo.
Mencionei desenhos DIN aqui para completar, mas até mesmo aqueles países que ainda usam desenhos DIN para documentar fiação utilizam escadas verticais quando a lógica de escada foi eletrificada.
Comparação com Portas Lógicas Eletrônicas 42
Se você está familiarizado com portões lógicos eletrônicos e, ou, nand, e nor, alguns dos conceitos acima devem ser familiares para você.
Alguns dos conceitos, de fato, são análogos.
No entanto, essas convenções eletromecânicas precedem a existência do estado sólido.
43
Os desenhos também seguem princípios completamente diferentes.
Enquanto os desenhos de portas lógicas de estado sólido mostram entradas e saídas em um único dispositivo agrupadas em um único bloco com conexões complexas, os desenhos de escada elétrica as separam, o que tem várias consequências significativas.
44
Primeiro, isso simplifica muito o desenho das conexões.
Segundo, permite que as entradas e saídas sejam agrupadas por função, em vez de pelo embalagem física.
Terceiro, permite que os desenhos sejam espalhados por muitas folhas menores de tamanho padrão, o que, por sua vez, permite que uma coleção funcional de escadas relacionadas seja vista de uma só vez.
Esses três fatores foram de grande importância quando os relés físicos foram substituídos por software.
--------------------
Origens Históricas e Desenvolvimento
Origens
Ninguém parece saber quando ou onde a lógica de relés industriais foi introduzida pela primeira vez.
As melhores suposições parecem indicar algum momento após a eletrificação generalizada das fábricas no início do século XX.
A automação na era da força a vapor parecia depender principalmente do perfil de engrenagens mecânicas montadas em eixos para sincronizar as operações da máquina.
A maioria das fontes parece bastante confiante de que a lógica de relés se espalhou na década de 1940 ou 50.
Estado Sólido
A introdução de transistores não substituiu imediatamente os relés para fins de controle.
Os relés tinham a capacidade de lidar com quantidades significativas de potência diretamente, permitindo que eles se conectassem a entradas e saídas diretamente.
Os transistores ainda teriam necessário a interpolação de relés de qualquer maneira, aumentando a contagem de componentes e complicando o sistema sem grande benefício.
47
Módulos lógicos de estado sólido foram desenvolvidos especificamente para substituir relés na lógica de controle, mas esses não foram amplamente utilizados.
Esses módulos lógicos de estado sólido ainda requeriam conexões de fiação entre eles, limitando suas vantagens sobre relés eletromecânicos.
Várias famílias de relés de controle eletromecânicos foram desenvolvidas por várias empresas, e esses tendiam a ser muito robustos e confiáveis, embora um pouco caros.
48 Conclusão
Neste episódio, abordei o seguinte.
O que é um relé.
Dispositivos comuns de entrada e saída.
Como os relés são utilizados para criar sistemas de lógica booleana.
Projetando sistemas de lógica de relé e os desenhos elétricos usados para documentá-los.
Breve história dos sistemas de lógica de relé.
49 termos para lembrar.
Aqui estão alguns termos que você pode desejar lembrar.
Controlador Lógico Programável, também conhecido como "PLC".
Relé de controle.
Bobinas
Contatos
Normalmente aberto
Normalmente fechado
50
Travas
Destravas
Definir
Redefinir
51
Sobre temporizadores de atraso
Sobre temporizadores de atraso desligados
Contadores
Botões de empurrar
Lâmpadas piloto
Interruptor de limite
Interruptor de proximidade, também conhecido como "proxies"
Diagramas de escada
Treliças de escada
Degraus de escada
Próximo Episódio: 52
No próximo episódio, discutirei o seguinte
As origens dos PLCs (Controladores Lógicos Programáveis)
Como eles evoluíram da lógica de relés
Como e por que os relés físicos e fios se tornaram relés virtuais no software
53
Você achou que a programação visual ou gráfica fosse algo novo?
Ouça o próximo episódio e descubra que as pessoas faziam isso em fábricas há meio século, quando você ainda estava tentando fazer seu primeiro programa Fortran rodar em um mainframe.
54
Este foi o primeiro episódio de uma série de 8 partes.
--------------------