Linguagem de programação Ladder é a solução ideal para programar CLPs de forma intuitiva e eficiente, otimizando processos industriais e garantindo alta performance.
Para quem está começando no mundo da automação industrial, a programação de Controladores Lógicos Programáveis (CLPs) pode parecer um desafio, mas com a linguagem Ladder, essa tarefa se torna mais acessível. Se você busca uma ferramenta que combine intuição e eficiência, a Ladder é a resposta.
Já ouviu falar dela? Essa linguagem, essencial no setor elétrico, permite o controle preciso de processos industriais, otimizando a produção e garantindo a segurança. Esqueça a complexidade aparente, a Ladder foi projetada para simplificar o controle de processos.
Neste artigo, vamos explorar em detalhes a linguagem de programação Ladder, desvendando seus segredos e mostrando como ela pode transformar sua abordagem à automação.
O que é a linguagem de programação Ladder?
A linguagem de programação Ladder, também conhecida como Diagrama Ladder ou Diagrama de Escada, é uma ferramenta gráfica usada para desenvolver programas para Controladores Lógicos Programáveis (CLP), comumente chamados de PLC.
Ela é amplamente utilizada na automação industrial para controlar sistemas complexos, substituindo os antigos circuitos de relés que eram caros e difíceis de manter.
Ela define a lógica de controle, determinando as ações do CLP com base nas entradas e atualizando as saídas para interagir com os processos.
Sua estrutura visual, que lembra uma escada, utiliza símbolos baseados em circuitos elétricos e relés, facilitando a compreensão por profissionais da área.
O código é organizado em “rungs” (degraus) horizontais, com contato representando entradas e bobinas representando saídas, e geralmente é verificado da esquerda para a direita e de cima para baixo, embora existam variações entre fabricantes.
Como ela surgiu?
A linguagem de programação Ladder surgiu como uma resposta à necessidade de substituir os sistemas de controle industriais baseados em relés eletromecânicos, que eram caros e difíceis de manter.
A origem da linguagem Ladder remonta à década de 1960, quando engenheiros japoneses buscavam uma maneira mais eficiente de programar esses sistemas.
Inspirados pela lógica de comutação elétrica, eles desenvolveram um sistema de programação baseado em diagramas que representavam circuitos de controle de forma visual e intuitiva, semelhantes à aparência de uma escada, daí o nome “Ladder” (escada em inglês)
Com o advento dos Controladores Lógicos Programáveis no final da década de 1960 e início da década de 1970, a linguagem Ladder foi adotada como uma das principais formas de programação desses dispositivos.
Os CLPs, programados em Ladder, revolucionaram a automação industrial, permitindo monitorar desde processos simples até operações complexas em fábricas.
A linguagem Ladder utiliza interruptores (entradas) e bobinas (saídas) interligados em circuitos lógicos, cada um com sua identificação (tag), e permite a incorporação de temporizadores, blocos lógicos, comparadores e memórias internas para maior flexibilidade e controle.
Como funciona a Linguagem Ladder
A interpretação da lógica Ladder envolve entender como os elementos básicos dos diagramas Ladder interagem para controlar sistemas industriais. Aqui está uma visão geral sobre como interpretar essa lógica:
Elementos Básicos
- Entradas (Contatos): Representadas por contatos normalmente abertos (NA) e normalmente fechados (NF). Os contatos NA estão abertos por padrão e se fecham quando a condição associada é verdadeira, enquanto os contatos NF estão fechados por padrão e se abrem quando a condição é verdadeira
- Saídas (Bobinas): Simbolizadas por círculos ou elipses, as bobinas são ativadas quando a combinação de contatos permite o fluxo de energia. Elas podem ser simples ou ter funções específicas como SET e RESET.
- Blocos Funcionais: Incluem temporizadores, contadores e outros elementos que permitem funções avançadas no programa.
1. Aquisição de Entradas
Sensores, botões, chaves e outros dispositivos de entrada enviam sinais elétricos ou digitais para os módulos de entrada do CLP (Controlador Lógico Programável). Esses sinais refletem o estado de variáveis do processo, como temperatura, pressão, nível e posição. Cada entrada física é mapeada para um endereço de memória específico no CLP, onde seu valor é armazenado e processado
2. Interpretação da Lógica Ladder
- Leitura do Diagrama: A leitura é feita da esquerda para a direita e de cima para baixo. Cada linha horizontal, chamada de “rung”, representa uma lógica de controle.
- Fluxo de Energia: Se um caminho pode ser traçado da esquerda para a direita, conectando uma bobina, então a bobina é ativada. Isso significa que a saída associada àquela bobina será verdadeira.
- Combinação de Contatos: A combinação dos contatos NA e NF determina se a energia flui até a bobina. Por exemplo, se dois contatos NA precisam estar fechados para ativar uma bobina, ambos devem estar em estado verdadeiro.
- Funções Lógicas: A lógica Ladder utiliza operações booleanas, como AND (E), OR (OU) e NOT (NÃO), para combinar as entradas e controlar as saídas. Isso é feito implicitamente pela disposição dos contatos na linha.
Exemplo de Interpretação
Suponha um diagrama Ladder com dois contatos NA (A e B) e uma bobina (X). Se ambos os contatos precisam estar fechados para ativar a bobina X, a lógica é interpretada da seguinte forma:
- Condição: A e B devem estar ambos em estado verdadeiro (1).
- Ação: Se a condição for atendida, a bobina X é ativada, e a saída correspondente é ligada.
Essa interpretação é fundamental para programar e entender sistemas controlados por CLPs na automação industrial.
3. Processamento da Lógica
O CLP processa cada rung de forma sequencial, da esquerda para a direita, avaliando sua lógica. Essa avaliação determina se a condição do rung é verdadeira (ligada) ou falsa (desligada).
A execução segue princípios de lógica booleana, utilizando operações como AND, OR e NOT para definir o fluxo de energia ao longo do rung.
4. Ativação das Saídas
Quando a lógica de um rung é verdadeira, a bobina correspondente é ativada. Isso energiza um módulo de saída do CLP, que envia um sinal elétrico para acionar atuadores elétricos, como motores, válvulas e relés de interface.
Assim como as entradas, cada saída física está vinculada a um endereço de memória específico no CLP, garantindo o controle preciso do processo.
5. Ciclo de Execução Contínuo (Scan Cycle):
O CLP executa continuamente um ciclo que envolve a leitura das entradas, a avaliação da lógica Ladder e a atualização das saídas. Esse processo, conhecido como scan cycle, tem sua duração influenciada pela complexidade do programa e pela velocidade de processamento do CLP.
Esse ciclo contínuo assegura que o sistema responda em tempo real às variações das entradas, garantindo um controle preciso e eficiente do processo industrial.
 | Entrada: O CLP lê o status ON/OFF de cada entrada e armazena o status na memória antes de avaliar o programa do usuário. Uma vez que o status da entrada externa é armazenado na memória interna, qualquer alteração nas entradas externas não será atualizada até que o próximo ciclo de varredura comece. Programa: O CLP executa instruções no programa do usuário de cima para baixo e da esquerda para a direita e então armazena os dados avaliados na memória interna. Parte dessa memória é travada. Saída: Quando o comando END é alcançado, a avaliação do programa é concluída. A memória de saída é transferida para as saídas físicas externas |
6. Recursos Adicionais
Além das operações básicas, a Linguagem Ladder oferece recursos avançados, como temporizadores, contadores, blocos de função e comparadores.
Essas ferramentas permitem desenvolver lógicas de controle mais complexas e sofisticadas, ajustadas às exigências específicas de cada aplicação.
Simbologias da linguagem de programação Ladder
São símbolos gráficos padronizados que representam elementos de controle, facilitando a programação de CLPs; como:
Contatos
Representam condições de entrada (NA ou NF) que ativam/desativam partes do circuito, definindo a lógica de controle.
Bobinas
Representam saídas/ações a serem executadas, ativando dispositivos com base na lógica do “rung”.
Quais são as vantagens da linguagem de programação Ladder?
A linguagem de Programação CLP Ladder apresenta uma série de vantagens significativas, graças à sua familiaridade com diagramas de relés e à facilidade de manutenção e depuração.
Com uma representação visual intuitiva, ela permite que engenheiros e técnicos desenvolvam programas sem necessidade de conhecimento prévio em outras linguagens de programação, facilitando a adaptação e a implementação de soluções em ambientes industriais.
Entre as principais vantagens da linguagem Ladder estão:
- Facilidade de Aprendizado: A representação visual da linguagem Ladder, semelhante a circuitos elétricos, facilita o entendimento e a programação, mesmo para pessoas com pouca experiência em programação.
- Manutenção Simplificada: A lógica de programação em Ladder é clara e fácil de seguir, o que agiliza a identificação e correção de problemas nos sistemas automatizados.
- Flexibilidade: Permite a criação de programas complexos e a implementação de diversas funções de controle, como temporizações, contagens e comparações.
- Padronização: É uma linguagem amplamente utilizada e padronizada, o que facilita a troca de informações entre diferentes fabricantes de CLPs.
- Integração com Outros Sistemas: Pode ser integrada com outros softwares e sistemas de supervisão, permitindo um controle mais abrangente e eficiente dos processos industriais.
- Rápida Adaptação: Permite uma rápida adaptação por parte do corpo técnico, graças à sua familiaridade com a lógica de relés.
- Fácil Visualização: Oferece uma fácil visualização dos estados das variáveis sobre o diagrama Ladder, permitindo uma rápida depuração e manutenção do software.
- Documentação Fácil e Clara: A documentação dos programas em Ladder é fácil e clara, facilitando a compreensão e a manutenção dos sistemas
- Depuração: Simulação e depuração facilitadas em softwares de programação.
Qual a diferença da linguagem Ladder e outras linguagens de programação de CLPs?
A Linguagem Ladder (Ladder Diagram – LD) é uma das principais linguagens de programação de CLPs e se diferencia das demais por sua estrutura gráfica e abordagem intuitiva, especialmente para profissionais com experiência em circuitos elétricos. No entanto, existem outras linguagens, cada uma com suas características e aplicações específicas.
A seguir, comparo a Ladder com as principais linguagens de programação para CLPs, conforme a norma IEC 61131-3:
1. Linguagem Ladder (LD)
- Formato: Baseada em diagramas elétricos, representando contatos e bobinas.
- Vantagens:
- Fácil compreensão para eletricistas e técnicos com experiência em esquemas elétricos.
- Visual e intuitiva, facilitando o diagnóstico de falhas.
- Bem aceita para lógicas discretas e controle de intertravamentos.
- Desvantagens:
- Pode ser limitada para algoritmos matemáticos complexos.
- Difícil de escalar para programas muito grandes.
2. Lista de Instruções (IL – Instruction List) (Obsoleta no IEC 61131-3:2013)
- Formato: Linguagem textual semelhante à Assembly, utilizando códigos curtos e instruções sequenciais.
- Vantagens:
- Compacta e eficiente em termos de processamento.
- Boa para aplicações que exigem operações rápidas e diretas.
- Desvantagens:
- Difícil de ler e entender, especialmente para quem não tem experiência em linguagens de baixo nível.
- Mais propensa a erros de sintaxe e lógica.
3. Diagrama de Blocos Funcionais (FBD – Function Block Diagram)
- Formato: Baseada em blocos conectados por linhas que representam o fluxo de dados.
- Vantagens:
- Boa para controle de processos contínuos.
- Fácil de reutilizar blocos de função para modularidade.
- Desvantagens:
- Pode se tornar visualmente complexa em programas grandes.
- Exige um bom entendimento de fluxo de sinais.
4. Texto Estruturado (ST – Structured Text)
- Formato: Linguagem textual semelhante a Pascal/C, baseada em comandos estruturados como IF, CASE, FOR, WHILE.
- Vantagens:
- Ideal para cálculos matemáticos e algoritmos avançados.
- Boa legibilidade e modularidade.
- Desvantagens:
- Não é tão intuitiva para técnicos acostumados com esquemas elétricos.
- Mais propensa a erros de sintaxe se comparada com linguagens gráficas.
5. Diagrama de Sequência de Comandos (SFC – Sequential Function Chart)
- Formato: Baseada em grafos, semelhante a fluxogramas, usada para controle sequencial de processos.
- Vantagens:
- Excelente para controle de processos que seguem etapas bem definidas.
- Facilita a organização de fluxos lógicos e transições de estados.
- Desvantagens:
- Pouco adequado para lógicas combinatórias puras.
- Pode precisar de integração com outras linguagens para lógica mais detalhada.
Conclusão
A escolha da linguagem depende da aplicação:
- Ladder → Melhor para sistemas discretos e automação industrial tradicional.
- FBD e SFC → Melhor para controle de processos contínuos e sequenciais.
- ST → Melhor para cálculos matemáticos e lógicas avançadas.
- IL (obsoleta) → Usada no passado para aplicações enxutas e rápidas.
“Em muitos casos, as linguagens podem ser combinadas dentro do mesmo CLP, aproveitando o melhor de cada abordagem.”, afima e Engenheira Elétrica e Coordenadora Técnica da Kalatec Automação Letícia de Pádua
Principais aplicações da linguagem Ladder
A Linguagem Ladder é amplamente utilizada no controle e automação industrial, acionando equipamentos e monitorando processos em chão de fábrica, como motores elétricos.
Padronizada pela norma IEC61131-3, ela permite que CLPs interajam dinamicamente com plantas industriais, ajustando processos em tempo real.
Além disso, é fundamental para sistemas de segurança, facilitando a manutenção e reduzindo o tempo de inatividade.
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Exemplos de Programação Ladder
Para ilustrar o funcionamento de um programa Ladder, imagine acionar uma lâmpada (LIGHT) com um botão (TURN ON).
Ao pressionar TURN ON (contato NA), a lâmpada LIGHT (bobina simples) acende. Soltando o botão, a lâmpada apaga. O botão físico envia um sinal ao CLP, convertendo o contato NA em NF, energizando a bobina e acendendo a lâmpada conectada à saída do CLP.
Em outro cenário, um botão liga (TURN ON) e outro desliga (TURN OFF) a lâmpada com um único pulso. Uma solução é usar uma bobina com selo.
Ao pressionar TURN ON, a bobina LIGHT liga, e um contato LIGHT em paralelo com TURN ON mantém a linha energizada. Para desligar, aciona-se TURN OFF, que abre o circuito e desliga a lâmpada.
Dicas para dominar e aprender a programar em Ladder
Independentemente do CLP utilizado, algumas dicas devem ser seguidas para desenvolver adequadamente um programa em linguagem Ladder, seja ele simples ou complexo.
Reconhecer os principais símbolos usados na linguagem
Estude cada um dos símbolos deste tipo de programação de CLP, aprenda a identificá-los e saiba a função de cada um.
Também é importante ter conhecimento sobre como associá-los a comandos elétricos, como: os diferentes tipos de bobinas (simples, set e reset); os contatos aberto (NA) e fechado (NF); temporizadores OnDelay e OffDelay; contadores, etc.
Aprofundar nas lógicas de acionamento
Pesquise e conheça bem as lógicas internas da programação Ladder, como: NOT, NAND, NOR, AND e OR. Isso é essencial para quando nos deparamos com os diferentes tipos de lógica durante o uso do CLP.
A internet está repleta de exemplos práticos de aplicações, que podem ajudar na assimilação do tema.
Praticar a programação em Ladder
Além de saber os conceitos e fundamentos da programação Ladder, também é imprescindível colocar o conhecimento em prática, para aprender sempre mais e se aperfeiçoar na linguagem.
Para isso, podem ser usados softwares encontrados de graça na web, para criação de programas e simulação virtual dos mesmos.
Também existem excelentes cursos para aprender programação em CLPs. E para quem já tem experiência, há diversos treinamentos de aperfeiçoamento técnico, como os oferecidos gratuitamente pela com um conteúdo que inclui lições sobre portas lógicas em Ladder.
Dúvidas frequentes
A linguagem Ladder frequentemente gera dúvidas sobre seus conceitos fundamentais e aplicação prática. Vamos esclarecer algumas dessas dúvidas adiante:
O que é o conceito de “rung” na linguagem ladder?
Um “rung” na linguagem Ladder é uma linha de lógica que representa uma operação de controle específica, semelhante a um degrau em uma escada.
Cada “rung” contém contatos (entradas) e bobinas (saídas), interligados para executar uma função lógica, como ligar um motor ou ativar um alarme.
Leia mais: Motor de indução: como funciona e principais aplicações
Como programar CLPs com linguagem Ladder?
Programar CLPs com linguagem Ladder envolve a criação de diagramas lógicos utilizando um software de programação específico do fabricante do CLP.
O programador organiza os “rungs” para representar a sequência de operações desejada, configurando contatos, bobinas e funções lógicas para controlar o processo industrial.
Como a linguagem Ladder pode ser integrada com sistemas de supervisão?
A linguagem Ladder se integra a sistemas de supervisão por meio de drivers de comunicação, possibilitando um intercâmbio constante de dados entre o Controlador Lógico Programável (CLP) e o sistemas de supervisório.
Isso permite que os sistemas supervisórios monitorem e controlem os processos industriais, utilizando a linguagem Ladder para programar os CLPs e coletar dados, que são então apresentados em uma IHM Interface Homem Máquina para interação dos operadores.
Além disso, a integração pode ser facilitada por protocolos como OPC-UA, que estabelecem uma comunicação eficiente entre os dispositivos
Conclusão
Esperamos que este conteúdo tenha sido útil para você compreender melhor a linguagem de programação Ladder.
Vimos que ela é essencial para viabilizar a atuação dos CLPs nas empresas, auxiliando no controle de processos produtivos.
Percebemos também a importância de aprofundar o conhecimento sobre o tema, seja por meio de softwares para prática ou treinamentos que a Kalatec oferece.
Até o próximo post! Mas não vá embora antes de saber mais sobre os switches industriais, equipamentos essenciais para uma comunicação industrial eficiente!
