Bloco 1 · Princípios

O que é PLC

PLC (Programmable Logic Controller):

• Computador industrial dedicado.
• Lê entradas (sensores, botoeiras).
• Executa lógica programada.
• Comanda saídas (electroválvulas, contactores, motores).
• Ciclo continuo (5-50 ms típico).

História

Anos 1960: substituição da lógica de relés por lógica programável.
Anos 1980: standards (IEC 61131-3 — linguagens).
Anos 2000: comunicação industrial (Profibus, Profinet).
Hoje: integração IT/OT, IoT industrial, AI.

Vs lógica de relés

Bloco 2 · Hardware

Componentes

• CPU: processador + memória.
• Módulos de I/O: entradas digitais, saídas digitais, analógicas.
• Fonte de alimentação: 24 V CC tipicamente.
• Comunicação: porta Ethernet, fieldbus.
• HMI (separado mas integrado).

Tipos

Compactos:

• CPU + I/Os num único bloco.
• 10-50 I/Os típico.
• PMEs.
• Ex: Siemens S7-1200, Schneider M221.

Modulares:

• CPU separada, módulos I/O extensíveis.
• Centenas a milhares de I/Os.
• Indústria pesada.
• Ex: Siemens S7-1500, Allen-Bradley CompactLogix.

Distribuídos:

• I/Os remotos via fieldbus.
• Vantagem: cablagem reduzida em fábricas grandes.

I/Os digitais

Entradas DI: 24V CC tipicamente. PNP standard europeu.

Saídas DO:

• Transistor: rápida (< 1ms), baixa corrente (0,5A).
• Relé: lenta (10ms), corrente maior (2A), isolamento galvânico.

Standard: 24V CC para comando, contactor para potência.

I/Os analógicos

Entradas AI:

• 0-10V, 4-20mA, Pt100, termopar.
• Resolução típica 12-16 bits.
• Para sensores de processo.

Saídas AO:

• 0-10V, 4-20mA.
• Para válvulas proporcionais, VFD, SSR.

Bloco 3 · Linguagens IEC 61131-3

5 linguagens standard

1. LAD (Ladder Diagram): visual, baseado em relés. Mais usado.
2. FBD (Function Block Diagram): blocos funcionais ligados.
3. STL/IL (Instruction List): texto, tipo assembler.
4. ST/SCL (Structured Text): tipo Pascal, mais flexível.
5. SFC (Sequential Function Chart): equivalente a GRAFCET.

Cada PLC pode suportar várias. Programador escolhe conforme tipo de problema.

Quando usar cada

Bloco 4 · Ladder

Símbolos básicos

─┤├─    Contacto NO (input activo)
─┤NOT├─ Contacto NC (input inactivo)
─( )─   Bobina (output)
─( S )─ Set (latched on)
─( R )─ Reset (latched off)

Network: linha horizontal com lógica + bobina à direita.

Exemplo básico

Acender lâmpada com botão START / STOP:

| I0.0   I0.1                                    Q0.0
|──┤├────┤NOT├──────────────────────────────────( )──|
|  START  STOP                                       |
|                                                     |
|  Q0.0                                              |
|──┤├──────┘ (auto-retenção)                         |

Premir START + STOP não premido → Q0.0 activa.
Q0.0 mantém-se (auto-retenção) até STOP ser premido.

Funções comuns

• Temporizadores (TON, TOF, TP): on-delay, off-delay, pulso.
• Contadores (CTU, CTD): count up, count down.
• Comparadores (=, >, <, ≥, ≤).
• Operações matemáticas: +, -, ×, ÷.
• Move, Copy entre variáveis.
• PID: controlo proporcional-integral-derivativo.

Bloco 5 · GRAFCET

Princípio

Diagrama de estados sequencial (norma IEC 60848):

• Estados (caixas numeradas) = situação da máquina.
• Transições (linhas com condição) = passagem entre estados.
• Acções associadas a cada estado.

Padrão para sequências complexas.

Exemplo

   ┌──┐
   │ 0│ Repouso — aguarda START
   └─┬┘
     │ Trans: START + cilindro recolhido
     ▼
   ┌──┐
   │ 1│ EV avanço = 1
   └─┬┘
     │ Trans: fim curso B1
     ▼
   ┌──┐
   │ 2│ EV avanço = 0; aguarda 2s
   └─┬┘
     │ Trans: T=2s
     ▼
   ┌──┐
   │ 3│ EV recuo = 1 (se biestável)
   └─┬┘
     │ Trans: fim curso B2
     ▼
   (volta a 0)

Paralelismo

GRAFCET suporta ramos paralelos:

       ┌──┐
       │ 5│
       └─┬┘
         │
     ════╪════ (divergência paralela)
     │       │
   ┌─┴─┐  ┌──┴┐
   │6.1│  │6.2│ (estados paralelos activos simultaneamente)
   └─┬─┘  └─┬─┘
     │       │
     ═══╪═══  (convergência)
        │
       ┌┴─┐
       │ 7│
       └──┘

Útil para automatismos com várias acções em paralelo.

Bloco 6 · Comunicações

Profinet

Standard Siemens / Europa:

• Ethernet industrial 100 Mbit/s ou 1 Gbit/s.
• Topologia flexível (estrela, linha, anel).
• IRT (Isochronous Real-Time) para servomotores.
• IP standard (endereçamento Ethernet).

Profibus

Mais antigo mas ainda muito usado:

• Profibus DP (Decentralized Periphery): comunicação rápida com I/Os remotos.
• Profibus PA (Process Automation): para instrumentação em processo.
• RS-485, até 12 Mbit/s.

Outros

• EtherNet/IP (Allen-Bradley standard).
• EtherCAT (Beckhoff): ultra-rápido.
• Modbus TCP: universal, simples.
• OPC UA: middleware para integração.
• MQTT: IoT, conectividade cloud.

Bloco 7 · Diagnóstico

Online com TIA Portal (Siemens)

• Monitor: valores actuais de I/Os em tempo real.
• Watch table: agrupa variáveis para análise.
• Cross-references: onde cada variável é usada.
• Trace: gravação de sinais ao longo do tempo (osciloscópio).
• Diagnostic buffer: log de eventos.
• Force: forçar valores para teste (com cuidado).

Avarias comuns

Backup

Crítico:

• Programa fonte (em PC do programador + servidor + cloud).
• Configuração de hardware.
• Receitas e parâmetros.
• HMI.

Sem backup, falha do PLC pode causar paragem prolongada (semanas para reprogramar).

Bloco 8 · Casos práticos

Caso 1 — Cilindro automatizado

Componentes:

• 1 cilindro duplo efeito + 2 fim-de-curso.
• 1 botoeira START + 1 STOP / emergência.
• 1 lâmpada de sinalização.
• PLC Siemens S7-1212C.

Programa em ladder com auto-retenção. Tempo de execução < 100 ms.

Caso 2 — Tanque com nível

Componentes:

• Sensor de nível 4-20 mA.
• Bomba de enchimento.
• Bomba de esvaziamento.
• PLC com PID.

Algoritmo: manter nível entre 30-70% com histerese. Alarmes em sobre/sub nível.

Caso 3 — Linha sequencial

3 cilindros em sequência A+ B+ A− B−.

GRAFCET com 5 estados. Tratamento de emergência com transição forçada para estado seguro.