Apostila Automação e Controle

2012 PRÁTICA PROFISSIONAL III - Automa ão e Controle -

Trabalho elaborado pelo Prof. Jairo Ramos Jr. como material didático do curso técnico em eletrotécnica da Escola Estadual de Furnas Primeira Edição

06/02/2012

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Índice Sistemas --------------------------------------------------------------------------------03 1- Sistemas de Automação e Controle ------------------------------------------- 04 2- A estrutura de um Sistema de Automação Flexível ----------------------- 04 3- Atuadores -------------------------------------------------------------------------- 06 Motor --------------------------------------------------------------------------06 Eletroimã --------------------------------------------------------------------- 06 Freio Magnético -------------------------------------------------------------07 Fechadura Magnética ------------------------------------------------------ 07 Servo Motor ------------------------------------------------------------------07 Válvula Solenoide ----------------------------------------------------------- 08 Calefador --------------------------------------------------------------------- 08 Lâmpada ----------------------------------------------------------------------08 4- Processo -----------------------------------------------------------------------------09 5- Sensores -----------------------------------------------------------------------------09 Fototransistor ----------------------------------------------------------------09 LDR- Resistor Dependente da Luz -------------------------------------- 10 Chaves Fim de Curso (Micro Switch) ---------------------------------- 11 Termistor ---------------------------------------------------------------------11 Sensor Magnético (Reed Switch) -----------------------------------------12 6- O Controlador ---------------------------------------------------------------------13 Classificação dos CLP’s --------------------------------------------------- 14 7- Estrutura de um CLP------------------------------------------------------------ 15 8- Níveis Lógicos --------------------------------------------------------------------- 16 9- Entradas ----------------------------------------------------------------------------17 Entradas Digitais ------------------------------------------------------------17 Entradas Analógicas --------------------------------------------------------17 Circuito das entradas CLP Proxsys CP-WS11EX ------------------- 18

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Índice Sistemas --------------------------------------------------------------------------------03 1- Sistemas de Automação e Controle ------------------------------------------- 04 2- A estrutura de um Sistema de Automação Flexível ----------------------- 04 3- Atuadores -------------------------------------------------------------------------- 06 Motor --------------------------------------------------------------------------06 Eletroimã --------------------------------------------------------------------- 06 Freio Magnético -------------------------------------------------------------07 Fechadura Magnética ------------------------------------------------------ 07 Servo Motor ------------------------------------------------------------------07 Válvula Solenoide ----------------------------------------------------------- 08 Calefador --------------------------------------------------------------------- 08 Lâmpada ----------------------------------------------------------------------08 4- Processo -----------------------------------------------------------------------------09 5- Sensores -----------------------------------------------------------------------------09 Fototransistor ----------------------------------------------------------------09 LDR- Resistor Dependente da Luz -------------------------------------- 10 Chaves Fim de Curso (Micro Switch) ---------------------------------- 11 Termistor ---------------------------------------------------------------------11 Sensor Magnético (Reed Switch) -----------------------------------------12 6- O Controlador ---------------------------------------------------------------------13 Classificação dos CLP’s --------------------------------------------------- 14 7- Estrutura de um CLP------------------------------------------------------------ 15 8- Níveis Lógicos --------------------------------------------------------------------- 16 9- Entradas ----------------------------------------------------------------------------17 Entradas Digitais ------------------------------------------------------------17 Entradas Analógicas --------------------------------------------------------17 Circuito das entradas CLP Proxsys CP-WS11EX ------------------- 18

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10- Saída Digital (Q) -----------------------------------------------------------------18 11- Linguagens de Programação --------------------------------------------------19 12- LADDER --------------------------------------------------------------------------20 13- Programação LADDER ------------------------------------------------------- 22 Função Selo ------------------------------------------------------------------ 23 Diagramas Elétricos -------------------------------------------------------- 24 Função Intertravamento ---------------------------------------------------26 14- Operadores Lógico --------------------------------------------------------------27 15- Saída Lógica (R) -----------------------------------------------------------------27 16- Saída Temporizador (T) ------------------------------------------------------- 29 17- Saída Contador (C) ------------------------------------------------------------- 32 18- Saída Reset Contador (CRT) ------------------------------------------------- 33 19- Saída SET (Q ou R) -------------------------------------------------------------36 20- Saída RESET (Q ou R) ---------------------------------------------------------37 Editorial sobre o software Editor LADDER SCPWS1 ---------------------- 39

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Sistemas.

“Uma agregação ou montagem de coisas de tal forma combinada pela natureza ou pelo homem que forma um todo integral ou complexo.” [Enciclopédia Americana]

“Um grupo de coisas interatuantes e interdependentes que formam um todo unficado.” [Dicionário Webster's]

“Uma combinação de componentes que agem

conjuntamente para completar uma função não possível  para quaisquer das partes individuais.” [Dicionário Padrão da

IEEE de Termos Elétricos e Eletrônicos]

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1- Sistemas de Automação e Controle. A palavra automação está diretamente ligada ao controle automático, ou seja ações que não dependem da intervenção humana. Este conceito é discutível pois a “mão do homem” sempre será necessária, pois sem ela não seria possível a construção e

implementação dos processos automáticos. Entretanto não é o objetivo deste trabalho este tipo de abordagem filosófica, ou sociológica. Historicamente, o surgimento da automação está ligado com a mecanização, sendo muito antigo, remontando da época de 3500 e 3200 a.C., com a utilização da roda. O objetivo era sempre o mesmo, o de simplificar o trabalho do homem, de forma a substituir o esforço braçal por outros meios e mecanismos, liberando o tempo disponível para outros afazeres, valorizando o tempo útil para as atividades do intelecto, das artes, lazer ou simplesmente entretenimento. Mas com a revolução industrial o homem se viu na necessidade de produzir mecanismos cada vez mais eficientes de modo a otimizar a produção. Sob o ponto de vista produtivo, a automação industrial pode ser dividida em três classes: a rígida, a flexível e a programável, aplicadas a grandes, médios e pequenos lotes de fabricação, respectivamente. A automação industrial pode ser entendida como uma tecnologia integradora de três áreas: a elétrica responsável pelos hardwares, circuitos e dispositivos de pôtencia e controle, a mecânica na forma de dispositivos e mecanismos e a informática responsável pela programação que irá controlar todo o sistema. Desse modo, para efetivar projetos nesta área exige-se uma grande gama de conhecimentos, impondo uma formação muito ampla e diversificada dos profissionais, ou então um trabalho de equipe muito bem coordenado com perfis interdisciplinares. Neste trabalho enfatizaremos o Controle elétrico por meio do Controlador Lógico Programável, o CLP, que é uma poderosa “ferramenta” para a automação de sistemas. A

essa área da daremos o nome de Automação Flexível, pois permite, a qualquer momento, alterar a lógica do sistema sem, necessariamente, fazer alterações físicas nas instalações. Como exemplo utilizaremos o CLP Proxsys CP-WS11EX, o qual possui 16 Entradas Digitais e 8 Saídas a relé, sua linguagem de programação é o LADDER, programação esta que é feita através de seu software Editor Ladder SCPWS1.

2- A estrutura de um Sistema de Automação Flexível. Os sistemas automatizados podem ser aplicados em simples máquina ou em toda indústria, como é o caso das usinas de cana e açúcar. A diferença está no número de elementos monitorados e controlados, denominados de “pontos”. Estes podem ser 

simples válvulas ou servomotores, cuja eletrônica de controle é bem complexa. De uma forma geral o processo sob controle tem o diagrama semelhante ao mostrado na figura 1.1, onde os citados pontos correspondem tanto aos atuadores quanto aos sensores.

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Figura 1.1 - Diagrama simplificado de um sistema de controle automático 5

Os sensores são os elementos que fornecem informações sobre o sistema, correspondendo as entradas do controlador. Esses podem indicar variáveis físicas, tais como pressão e temperatura, ou simples estados, tal como um fim-de-curso posicionado em um cilindro pneumático. Os atuadores são os dispositivos responsáveis pela realização de trabalho no processo ao qual está se aplicando a automação. Podem ser magnéticos, hidráulicos, pneumáticos, elétricos, ou de acionamento misto. O controlador é o elemento responsável pelo acionamento dos atuadores, levando em conta o estado das entradas (sensores) e as instruções do programa inserido em sua memória. Esse elemento é o denominado Controlador Lógico Programável (CLP). A completa automatização de um sistema envolve o estudo dos quatro elementos da figura 1.1, seja o sistema de pequeno, médio ou grande porte. Estes últimos podem atingir uma a complexidade e tamanho tais que, para o seu controle, deve-se dividir o problema de controle em camadas, onde a comunicação e “hierarquia” dos elementos é similar a uma estrutura organizacional do tipo funcional. A figura 1.2 mostra de forma simplificada este tipo de organização. Figura 1.2  – Arquitetura de rede simplificada para um sistema automatizado

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Nota-se que os elementos mostrados na figura 1.1 pertencem a primeira e segunda camadas. Na terceira camada estão os sistemas supervisórios, operados pela “mão humana”, onde são tomadas decisões importantes no processo, tal como paradas programadas de máquina e alterações no volume de produção. Esses também estão integrados com os sistemas gerenciais, responsáveis pela contabilidade dos produtos e recursos fabris. Dentro do contexto apresentado, o objetivo deste trabalho é o de estudar um sistema automatizado até o nível do elemento “controlador”. Apresenta-se a sua interface com os sensores e atuadores, bem como sua linguagem de programação LADDER.. Para finalizar é importante dizer que além dos conceitos aqui apresentados, de forma resumida, a Automação Industrial compreende um campo de atuação amplo e vasto. Para se ter uma noção, cada elemento sensor ou atuador tem o seu próprio funcionamento, que em algumas aplicações tem de ser bem entendidos. No caso dos sensores todo o comportamento é previsto através de efeitos físicos, são, geralmente, aplicados na alimentação das entradas do CLP. Os atuadores são a parte final do Sistema, onde será resultado o trabalho para qual o sistema foi criado.

3- Atuadores. Os atuadores são os dispositivos responsáveis pela realização de trabalho no Sistema. Podem ser magnéticos, hidráulicos, pneumáticos, elétricos, ou de acionamento misto. Alguns exemplos de atuadores: 

Motor:

Como estudado anteriormente o motor é uma máquina que converte a energia elétrica e energia mecânica (movimento rotativo), possui construção simples e custo reduzido, além de ser muito versátil e não poluente. O motor elétrico tornou-se um dos mais notórios inventos do homem ao longo de seu desenvolvimento tecnológico. A finalidade básica dos motores é o acionamento de máquinas, equipamentos mecânicos, eletrodomésticos, entre outros, não menos importantes. Seus principais métodos de acionamento serão conhecidos ao longo desta disciplina. 

Eletroimã:

Em aplicações como o transporte de peças de ferro ou níquel, em guindastes, ou garras de robôs e travas magnéticas, são empregados eletroimãs, apesar do alto consumo de energia. Este equipamento funciona com o princípio do eletromagnetismo, onde um condutor de cobre é sistematicamente enrolado de forma a criar um campo eletromagnético quando sofre uma d.d.p. entre seus terminais. Esse tipo de atuador é bastante difundido na forma de sapatas ou bases magnéticas.

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Freio Magnético:

Um tipo de eletroimã que paralisa o movimento rotativo de um motor. Há 2 tipos: aqueles cuja trava é feita por molas, liberadas por ação do eletroimã, que fica normalmente ligado durante o giro, e o tipo acionado diretamente na frenagem, normalmente desligado. É comum em sistemas com reversão de sentido de rotação, reduzindo o golpe mecânico e o pico de corrente na reversão. 

Fechadura Magnética:

Em sistemas de segurança, cofres e porteiros eletrônicos se utiliza uma fechadura cuja trava é liberada através de um eletroimã, com um brev e pulso. Em certos casos o fechamento não é manual, mas através de outro eletroímã. 

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Servo Motor:

Um servo motor é um dispositivo eletromecânico com características especiais que possibilitam o posicionamento preciso de um eixo em qualquer ângulo entre 0° e 180°. Geralmente possui alto torque devido às reduções por meio de engrenagens.

Os servomotores serão importantes aliados nas aulas práticas, muito aplicado nos trabalhos e experimentos tem baixo custo e são facilmente encontrados, a imagem ao lado ilustra a aplicação de servo motores em um experimento:

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Válvula Solenóide:

Empregado em controle de fluxo de líquidos, em indústrias. Consiste de um ou mais caminhos que são interceptados por pistões, acoplados a eletroimãs, que liberam ou não o fluxo. O tipo normalmente aberto, NA, tem o fluxo interrompido quando o eletroimã é acionado, no tipo normalmente fechado os pistões são pressionados por molas, que são liberadas pelo eletroimã, abrindo a válvula. Existem válvulas solenóides comutadoras, que atuam como chaves que direcionam o fluxo para uma das várias saídas, cujo eletroimã foi acionado. 8

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Calefatores:

Em certas aplicações como estufas, fornos industriais e fornos elétricos residenciais, são usados calefatores ("resistências"). São geralmente feitos com ligas, como níquelcromo, ou tungstênio, se a temperatura for muito alta, recobertos por material isolante, bom condutor de calor. 

Lâmpadas:

Os sistemas de iluminação acionados por sistemas automáticos usam lâmpadas incandescentes, fluorescentes, lâmpadas eletrônicas, mistas, etc. como Atuadores. Produzindo o efeito luminoso pretendido para diversos fins, tais como: iluminação pública, semáforos, sistemas de emergência, etc.

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4- Processo. O Processo é a etapa do Sistema na qual os atuadores realizaram o trabalho esperado, os sensores identificam, e o controlador é informado. Por exemplo, a figura abaixo ilustra um processo em que uma caixa é colocada sobre a esteira, o sensor A1 identifica sua presença, dando essa informação ao controlador CLP que por sua vez liga o atuador M, dá-se então inicio ao PROCESSO, que, neste caso, consiste em levar a caixa até que o sensor A2 identifique o fim de seu curso, passe essa informação para o controlador CLP que irá desligar o atuador M, findando o PROCESSO. 9

5- Sensores. O sensor é um dispositivo que responde a um estimulo físico que pode ser o efeito térmico, magnético, luminoso, mecânico, etc. Através dos sensores podemos obter informações ou leituras de um determinado sistema, essas informações são passadas ao controlador, que fará a interpretação de acordo com oque foi programado. Exemplos de sensores: 

Fototransistor O fototransistor é um dispositivo que funciona baseado no fenômeno da fotocondutividade. Ele pode, ao mesmo tempo, detectar a incidência de luz e fornecer um ganho de tensão dentro de um único componente. Como o transistor convencional, o fototransistor é uma combinação de dois diodos de junção, porém, associado ao efeito transistor aparece o efeito fotoelétrico. Em geral, possui apenas dois terminais acessíveis.

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LDR (LIGHT DEPENDENT RESISTOR) - resistor dependente da luz O LDR possui a interessante característica de ser um componente eletrônico cuja resistência elétrica diminui quando sobre ele incide energia luminosa. Isto possibilita a utilização deste componente para desenvolver um sensor que é ativado (ou desativado) quando sobre ele incidir energia luminosa.

A resistência do LDR varia de forma inversamente proporcional à quantidade de luz incidente sobre ele, isto é, enquanto o feixe de luz estiver incidindo, o LDR oferece uma resistência muito baixa. Quando este feixe é cortado, sua resistência aumenta. Exemplos de Circuitos com LDR:

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Chaves fim de curso (micro switch)

São interruptores do tipo contato momentâneo. São utilizados amplamente em ambiente industrial, para delimitar o curso de um determinado mecanismo. Esses interruptores possuem uma haste onde a pressão mecânica provoca a comutação de seus contatos. 11

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Termistores

São dispositivos elétricos que têm a sua resistência elétrica alterada termicamente, isto é, apresentam um valor de resistência elétrica para cada temperatura absoluta. São muito usados para controlar  / alterar a temperatura em dispositivos eletroeletrônicos , como alarmes, termômetros, "relógios", circuítos eletrônicos de compensação térmica, dissipadores de calor, ar condicionados, etc. Existem dois tipos básicos de termistores: o termistor PTC (Positive Temperature Coeficient), que aumenta sensivelmente a sua resistência elétrica com o aumento da temperatura, e, o termistor NTC(Negative Temperature Coeficient), que diminui sensivelmente a sua resistência elétrica com o aumento da temperatura. O termistor não é polarizado eletricamente.

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Sensor magnético - Reed Switch

Os reed-switches ou interruptores de lâminas consistem em dispositivos formados por um bulbo de vidro no interior do qual existem lâminas flexíveis feitas de materiais que podem sofrer a ação de campos magnéticos. O bulbo de vidro é cheio com um gás inerte de modo a evitar a ação corrosiva do ar sobre as lâminas, o que afetaria o contato elétrico em pouco tempo. Na sua versão mais simples temos duas lâminas, montadas conforme mostra a figura 1.

Nas condições normais, as lâminas estão separadas e nenhuma corrente pode circular através do componente. Ele opera como uma chave aberta. Aproximando-se um ímã permanente do dispositivo, veja a figura 2, a ação do campo magnético faz com que as lâminas se magnetizem e com isso se atraiam, unindo-se. Nestas condições, o contato elétrico é fechado.

Em outras palavras, o reed-switch abre e fecha seus contatos conforme a ação de um campo magnético externo.

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6- O Controlador. O CLP ou PLC do inglês (Programmable Logic Controller) , foi idealizado pela necessidade de poder se alterar uma linha de montagem sem a necessidade de alterações significativas nos painéis elétricos e relés (contatores). O CLP foi criado dentro da indústria automobilística, especificamente na Hydronic  Division da General Motors, em 1968, sob o comando do engenheiro Richard Morley e a sua especificação atenderia toda a maioria das indústrias na época. Segundo a ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) é um equipamento eletrônico digital com hardware e software compatíveis com aplicações industriais. Segundo a NEMA (National Electrical Manufactures Association), é um aparelho eletrônico digital que utiliza uma memória programável para armazenar internamente instruções e para implementar funções específicas, tais como lógica, seqüenciamento, temporização, contagem e aritmética, controlando, por meio de módulos de entradas e saídas, vários tipos de máquinas ou processos. Concluímos que os Controladores Lógicos Programáveis (CLPs) são equipamentos eletrônicos modernos, todo baseado em microprocessadores, utiliza uma memória programável para armazenamento de instruções, utilizado para controle discreto, na automação flexível, executa operações aritméticas, funções lógicas, seqüenciamento, temporização, contagem, Intertravamento, controle Proporcional Integral Derivativo (PID), etc. Tem como principal característica a programabilidade e der ser projetado para atuar em ambiente industrial, extremamente útil e versátil, podendo associar diversos sinais de entrada para controlar diversos atuadores na saída. Algumas características:  Facilidade de implementar a sua lógica;  Facilidade de manutenção, com conceito plug-in;  Alta confiabilidade;  Dimensões menores que painéis de Contatores, para redução de custos;  Envio de dados para processamento centralizado;  Preço competitivo;  Expansão em módulos;  Permite alterações no Sistema sem ter que fazer alterações físicas nas instalações. Podemos dividir os CLP's, de forma didática e histórica de acordo com sua evolução conforme a seguir:

1ª Geração: Os CLP's de primeira geração se caracterizam pela programação intimamente ligada ao hardware do equipamento. A linguagem utilizada era o Assembly que variava de acordo com o processador utilizado no projeto do CLP, ou seja, para poder programar era necessário conhecer a eletrônica do projeto do CLP. Assim a tarefa de programação era desenvolvida por uma equipe técnica altamente qualificada, gravando-se o programa em memória EPROM, sendo realizada normalmente no laboratório junto com a construção do CLP.

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2ª Geração: Aparecem as primeiras “Linguagens de Programação” não tão dependentes do hardware do equipamento, possíveis pela inclusão de um “Programa Monitor “no

CLP, o qual converte (compila), as instruções do programa, verifica o estado das entradas, compara com as instruções do programa do usuário e altera o estado das saídas. Os Terminais de Programação (ou maletas, como eram conhecidas) eram na verdade Programadores de Memória EPROM. As memórias depois de programadas eram colocadas no CLP para que o programa do usuário fosse executado.

3ª Geração: Os CLP's passam a ter uma Entrada de Programação, onde um Teclado ou Programador Portátil é conectado, podendo alterar, apagar, gravar o programa do usuário, além de realizar testes (Debug) no equipamento e no programa. A estrutura física também sofre alterações sendo a tendência para os Sistemas Modulares com Bastidores ou Racks. 4ª Geração: Com a popularização e a diminuição dos preços dos microcomputadores (normalmente clones do IBM PC), os CLP's passaram a incluir uma entrada para a comunicação serial. Com o auxílio dos microcomputadores a tarefa de programação passou a ser realizada nestes. As vantagens eram a utilização de várias representações das linguagens, possibilidade de simulações e testes, treinamento e ajuda por parte do software de programação, possibilidade de armazenamento de vários programas no micro, etc. 5ª Geração: Atualmente existe uma preocupação em padronizar protocolos de comunicação para os CLP's, de modo a proporcionar que o equipamento de um fabricante “converse” com o equipamento outro fabricante, não só CLP's, como

Controladores de Processos, Sistemas Supervisórios, Redes Internas de Comunicação e etc., proporcionando uma integração a fim de facilitar a automação, gerenciamento e desenvolvimento de plantas industriais mais flexíveis e normalizadas, fruto da chamada Globalização. Existem Fundações Mundiais para o estabelecimento de normas e protocolos de comunicação. A grande dificuldade tem sido uma padronização por parte dos fabricantes. Com o avanço da tecnologia e consolidação da aplicação dos CLP's no controle de sistemas automatizados, é freqüente o desenvolvimento de novos recursos dos mesmos.

Classificação dos clp's Os CLP's são classificados de acordo com a complexidade de sua estrutura e o número de entradas e saídas. 

NANO E MICRO CLP (com até 32 entradas/saídas) Construídos com número reduzido de entradas e saídas sendo composto por um único bloco, capacidade de memória reduzida, baixa complexidade e custo reduzido. CLP DE PEQUENO PORTE (com até 256 entradas/saídas) Maior número de entradas e saídas, capacidade maior de memória, sua estrutura física pode ser composta por vários blocos de circuitos, (módulos de expansão).

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CLP DE MÉDIO PORTE (com até 1024 entradas/saidas) Utilizado em aplicações de grande complexidade, com capacidade de expansão de memória e pode ter mais de uma Unidade de Processamento (CPU), CLP DE GRANDE PORTE (com mais de 1024 entradas/saidas) Utilizado em aplicações de extrema complexidade, com grande capacidade de memória normalmente com mais de uma Unidade de Processamento (CPU), custo elevado.

7- Estrutura de um CLP

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A Estrutura básica de um controlador programável é baseada no hardware básico de um computador. Podemos afirmar que o CLP é um computador criado para aplicações específicas. Para ser possível entender como funciona um CLP é necessário conhecer sua estrutura, os micro CLP's e os de grande porte possuem a mesma estrutura básica conforme veremos a seguir: 123456-

Entradas Unidade Central de Processamento Memória de Programas e Armazenamento de dados Dispositivos de Programação e Comunicação Saídas Fonte de Alimentação.

FONTE DE

CIRCUITO DAS ENTRADAS

ALIMENTAÇÃO UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO DISPOSITIVOS DE PROGRAMAÇÃO E COMUNICAÇÃO

MEMÓRIA DE PROGRAMA E DE DADOS CIRCUITO DAS SAÍDAS

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CLP utilizado nas aulas práticas

8- Níveis Lógicos. Remetendo a números binários denominamos nível lógico o estado que se encontra o contato ou operador do CLP, sendo eles 0 e 1. Sendo o nível lógico 0 a posição de repouso, ou posição “off” e nível lógico 1 quando determinado contato ou operador se

encontra atuado.

Podemos assimilar os níveis lógicos com as populares chaves ligadesliga, onde encontramos constantemente representados por O e I, as teclas desliga e liga, respectivamente.

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6- Entradas 

Entradas Digitais

Nesse tipo de entrada, só são possíveis dois níveis, 1 ou 0, sendo que o estado será 1 quando essa entrada for alimentada com a tensão nominal da entrada do CLP, e será 0 quando a entrada não estiver alimentada. Normalmente essas entradas são alimentadas em corrente contínua, devendo ser observada a polaridade em relação a fonte de alimentação. A tensão nominal de entrada do CLP pode variar para cada fabricante. Nos CLP comercializados no Brasil é comum essa tensão ser de 24Vcc.: Exemplo:

Conexão da entrada digital do CLP à fonte de alimentação com interruptor 

O CLP recebe as informações através da alimentação de suas entradas, o interruptor ilustrado na imagem pode pertencer a qualquer dispositivo sensor que faça esse processo de seccionamento. Por exemplo: Deseja-se que determinada entrada do CLP seja alimentada a noite, neste caso podemos utilizar um sensor fotoelétrico, usando seu contato Normalmente Aberto para seccionar a alimentação da entrada.



Entradas Analógicas

Nesse tipo de entrada, é possível variar a tensão da entrada de 0 (zero) ao valor de tensão nominal, nesta entrada o CLP possui um conversor A/D (Analógico/Digital) que converte o valor da tensão presente na entrada em um dado digital que será processado pela CPU. Neste caso também é necessário observar a polaridade da fonte de alimentação.

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Circuito das Entradas CLP Proxsys

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Entradas Digitais do CLP Proxsys, usado como exemplo.

O controlador Proxsys CP-WS11EX, adotado nas aulas de Prática Profissional possui apenas entradas digitais e são denominadas pelo operador “I”, são um total de 16, sendo então classificadas pelo operador, seguido de seu respectivo numero. Por exemplo, a entrada n° 7 do controlador recebe o nome de I7, e todos os contatos a que forem atribuídos esse operador na programação da função desejada responderam diretamente ao nível lógico dessa entrada.

10- Saída Digitai (Q) O CLP possui saídas, as quais são responsáveis pela parte final de um determinado processo. Saidas à Relé ou Digitais- Essas saídas se constituem basicamente por um relé

eletromecânico onde são disponibilizados seu contatos do tipo NA para que seja possível comandar uma determinada carga, lembrando que é necessário respeitar a corrente máxima que os contatos do relé suportam ao conectarmos a carga. Relembrando:

Relé é um dispositivo eletromecânico acionado eletromagneticamente, quando por sua bobina circula uma corrente elétrica cria-se um campo magnético que atrai um determinado contato, fazendo com que comute.

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O CLP Proxsys possui oito saídas digitais cada uma com seu respectivo relé com um contato do tipo NA, representadas pelo operador “Q”, sendo elas Q1, Q2, Q3, Q4,

Q5, Q6, Q7 e Q8. Elas obedecem a uma lógica dentro do programa e quando no nível lógico 1 o contato de seu relé comuta.

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O desenho acima representa a alimentação de uma lâmpada por meio de um CLP, nesta condição sempre que, de acordo com a configuração do sistema, o Operador Q1 estiver no nível lógico 1 a lâmpada será acesa.

11- Linguagens de Programação A programação da função que o CLP vai desempenhar em determinado sistema é feito pelo usuário através das Linguagens de Programação A Programação do CLP é um conjunto de instruções ou comandos desenvolvido pelo usuário do equipamento, para que ele execute determina ação. As linguagens de programação estabelecem regras para combinar as instruções de forma a atender o que é desejado. Quando o CLP foi inventado, a linguagem de programação era o Assembly, no entanto por se tratar de uma "linguagem de baixo nível", ou seja, linguagem de difícil assimilação, demorava-se muito tempo para programar o CLP para executar uma função simples.

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No entanto, as linguagens de programação "de alto nível", assim chamadas por ser mais próxima da linguagem utilizada para comunicação entre pessoas, reduziram drasticamente o tempo de programação do CLP por não ter o inconveniente de obrigar o programador a conhecer detalhadamente a arquitetura do Microprocessador do CLP. São utilizadas linguagens de alto nível como o Basic, Pascal e C, porém s Linguagens mais utilizadas atualmente para programar CLP's são a LADDER, e a linguagem de instruções também chamada de BOOLEAN.

12- LADDER Conhecida também como linguagem de contatos ou Linguagem de Comandos Elétricos, é a linguagem de programação de CLP mais difundida, pois assemelha-se muito com os diagramas elétricos dos circuitos com contatores e relés. Existem pequenas variações no modo de programação LADDER de acordo com cada fabricante de CLP. Tomaremos como exemplo o CLP modelo CP-WS11EX da marca Proxsys. Para cada entrada e saída de um CLP, é atribuido um "nome" que passaremos a chamar de operador. No CLP Proxsys, as entradas recebem o operador "I" e o número da entrada. Já as saídas recebem o operador "Q" e o número da saída, como visto em capítulos anteriores.

FIXANDO: A entrada 1 do CLP recebe o nome de "I1" (Operador I1) A entrada 3 do CLP recebe o nome de "I3" (Operador I3) A saida 4 do CLP recebe o nome "Q4" (Operador Q4) A saida 7 do CLP recebe o nome "Q7" (Operador Q7) O CLP utilizado como exemplo, possui 16 entradas digitais e 8 saidas à relé, portanto As entradas serão mapeadas de "I1" até "I16" As saidas serão mapeadas de "Q1" até "Q8". E estes são os operadores físicos.

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O software utilizado na programação do CLP Proxsys CP-WS11EX se comunica em linguagem LADDER e seu software para interface entre o programador e o controlador é o Editor LADDER SCPWS1.

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Interface do software.

Para que seja possível desenvolver o programa para atender a lógica de funcionamento dos circuitos é necessário conhecermos a estrutura de programação: Todos componentes contidos na programação são lógicos ou virtuais, ou seja, existem apenas na memória do controlador, com exceção das entradas e saídas digitais, que como visto também possui um contato físico. Dentre esses componentes estão os contatos, que podem ser de dois tipos, NA ou NF.

O desenho ao lado descreve a representação gráfica dos contatos NA e NF e de uma bobina de saída, que é outro componente do editor LADDER.

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Programação LADDER

No diagrama LADDER acima foi inserido um contato do tipo aberto e uma saída digital. Note que ao contato aberto atribuímos o operador "I1", de uma entrada digital, e para a saída digital atribuímos o operador "Q1". Isso significa que todos os elementos do programa a que forem atribuídos um operador lógico, responderão ao estado lógico desse mesmo operador, ou seja, no caso do contato aberto, este estará aberto se o operador I1 esteja em nível lógico 0 (entrada I1 sem alimentação), mas se o operador I1 tiver o seu estado lógico modificado para 1 (entrada alimentada) esse contato terá seu estado alterado para o seu oposto, ou seja, será fechado. Verificamos que no final dessa linha temos uma saída digital a qual foi atribuído o operador Q1, e fazendo analogia a um circuito com contatores quando fechamos o contato, ligamos a saída.

Para resumir o que o diagrama LADDER acima representa: "Quando alimentamos a entrada I1, ou seja, o operador lógico I1 muda seu estado lógico de 0 para 1 o operador Q1 terá seu estado lógico alterado de 0 para 1 e consequentemente a saída digital Q1 a relé terá o seu contato fechado".

No caso de inserirmos no Diagrama LADDER um contato fechado este será seu estado em nível lógico 0, se o nível lógico for 1 o contato fechado se abre.

No diagrama LADDER acima temos a seguinte situação: "Pelo fato do contato ao qual foi atribuído o operador I1 ser do tipo fechado, naturalmente a saída digital Q1 está em nível lógico 1. Porém se alimentarmos a entrada I1 fazendo com que o seu respectivo operador seja 1 , o contato se abrirá , desligando assim a saída digital Q1".

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Função SELO

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No diagrama LADDER acima, verificamos a inserção de mais um contato aberto e a este foi atribuído o operador Q1 e foi posicionado em paralelo ao contato aberto que está associado ao operador I1. Isso significa que quando o operador Q1 tiver seu estado lógico modificado de 0 para 1, esse novo contato se fechará estabelecendo uma condição de SELO semelhante ao que acontece nos circuitos com contatores.

Nesse novo diagrama LADDER, foi inserido um contato fechado e a ele atribuído o operador I2. Desta maneira ao alimentarmos a saída digital Q1 através da entrada I1 o contato aberto de Q1 inserido em paralelo ao de I1 oferece condição para que o operador Q1 continue no nível lógico 1. Ao alimentarmos a entrada I2 ela passa ao nível lógico 1, fazendo com que seu contato comute e abra o circuito naquele ponto, levando o operador Q1 ao nível lógico 0 e consequentemente seu contato aberto que dava a condição para que ele estivesse alimentado anteriormente.

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Diagramas Elétricos

O Diagrama abaixo representa um dispositivo de partida direta para motor trifásico com proteção por relé térmico, com contatores.

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Para que possa ser construido utilizando um CLP devemos realizar as ligações elétricas conforme a seguir:

220V

No entanto, somente as ligações elétricas são insuficientes para que o sistema funcione adequadamente, pois é necessário ainda criar o programa para relacionarmos as entradas e as saídas.

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Exercício:

De acordo com o que foi estudado, desenvolva o digrama LADDER para que o circuito acima execute a mesma função do circuito de partida com contatores:

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Função INTERTRAVAMENTO

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A função intertravamento é utilizada como bloqueio, impedindo que seja alterado o nível lógico de determinada saída em determinada situação dentro do sistema. Temos como exemplo no diagrama acima as saídas Q1 e Q2 que estão intertravadas por meio de contatos normalmente fechados, pertencentes a cada uma das saídas, inseridos em série na linha de comando da saída oposta.

Exercício: A figura abaixo apresenta uma esteira que se movimenta da esquerda para a direita, através do motor “M”. O sistema é iniciado através do botão “LIGA” e desligado caso seja detectada uma peça grande ou caso seja acionado o botão “DESLIGA”. Elabore o

diagrama LADDER para programação desse circuito.

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14- Operadores lógicos Além dos operadores físicos, que fazem leitura do estado lógico das entradas e que alteram o estado lógico das saídas, temos outros operadores com funções específicas, chamados de operadores lógicos.

15- Saída Lógica (R) A esse tipo de saída é atribuido o operador "R" seguido do número respectivo. 27

O diagrama LADDER acima informa ao sistema que toda vez que a entrada I3 for alimentada, o operador lógico I3 terá nível lógico 1 e o contato atribuído a esse operador se fechará , e consequentemente acionando a saída lógica R1 que terá nível lógico 1. No entanto as saídas lógicas não tem função física, ou seja, apenas mudam o estado desse operador na memória RAM do CLP, para entender a finalidade desse tipo de saída veja o diagrama a seguir:

Para uma correta análise do diagrama LADDER acima afirmamos que:

"Quando a entrada I3 é alimentada, seu operador respectivo passa a ter nível lógico 1 e a saída lógica R1 também passa para nível lógico 1, essa saída permanece em nível lógico 1 mesmo após retirarmos a alimentação da entrada I3 devido a função SELO. Apesar da saída lógica R1 não ter função física, todos os elementos a que forem atribuídos o mesmo operador terão seu nível lógico também em 1 nesse caso o contato aberto R1 fecha e aciona a saída digital Q4".

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Exercício: O diagrama LADDER abaixo representa um sistema no qual é usada uma  botoeira alimentando a entrada I1 do controlador de modo que “ligue” o circuito, dando

condição para que as Saídas digitais Q1 a Q6 possam ser controladas pelas entradas I3 a I8, cada uma para sua respectiva saída digital. A entrada I2 é alimentada por outra botoeira, de modo que, quando pressionada, desligue todo o circuito e impeça que ele seja religado a menos que a botoeira que alimenta I1 seja pulsada novamente. Denomine os operadores para que correta programação desse sistema.

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16- Saída Temporizador (T) Esta é uma função poderosa do CLP. Pois podemos criar intervalos de tempo dentro de um programa com precisão de décimos e até centésimos de segundos de acordo com o modelo do CLP. A saída temporizador muda seu nível lógico apenas após decorrido o tempo pré-ajustado depois que essa saída fora alimentada. No caso do Proxsys, atribuímos à saída, o operador T. 29

Representação Gráfica da Saída Temporizador.

No exemplo abaixo a saída temporizador tem precisão de centésimos de segundos, como está configurada para 500 centésimos, portanto, 5 segundos.

Analisando o diagrama LADDER acima:

"Ao alimentarmos a entrada I7, a saída lógica R1 é acionada, todos os contatos e a própria saida que possui o operador lógico R1 terão nivel lógico 1. Com isso a saida T1 é acionada, mas pelo fato de ser uma saida temporizador só passara à nivel lógico 1 depois do tempo programado. Decorrido o tempo, o operador T1 terá nível lógico 1 assim como seus contatos, fato que aciona a saida digital Q6".

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Exercício: Analise a lógica LADDER abaixo :

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Exercício: O sistema abaixo representa um semáforo de determinado cruzamento viário. Elabore o diagrama LADDER, de modo que a partir do momento que a entrada I1 for alimentada as luzes se acendam e apaguem automaticamente em um ciclo que terminará apenas quando a entrada I2 for alimentada.

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17- Saída Contador (C) Para a saída contador atribuímos o operador "C", e essa saída tem a função de contar pulsos lógicos. Ao inserirmos a saída contadora no diagrama LADDER é necessário indicar a quantidade de pulsos que serão contados.

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Representação gráfica saída contador

Exemplo:

Analisando: "Ao alimentarmos a entrada I8, o operador respectivo passa ao nível lógico 1 , dessa forma a saída C1 incrementa uma unidade de contagem. Quando retiramos a alimentação da entrada, o nível lógico de I8 volta a ser 0 encerrando o primeiro pulso lógico. Quando tornamos a alimentar I8 esta volta a nível lógico 1 fazendo o contador C1 incrementar mais uma unidade, em seguida retiramos a alimentação de I8 encerrando assim o segundo pulso. O operador C1 só terá nível lógico 1 quando incrementar 5 unidades (conforme indicado no programa). Nesse caso o seu contato com operador C1 acionará a saída digital Q1".

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18- Saída Reset Contador (CR) Quando uma saída contador atinge o número de pulsos para o qual foi programada, a saída muda o estado lógico de seu operador de 0 para 1 e assim permanece. É possível reiniciar esse contador para que esteja pronto para uma nova contagem, utilizamos a saída Reset Contador, cujo operador é "CR". Vale lembrar que o número atribuído ao operador CR deve ser o mesmo da saída contador que se deseja reiniciar. 33

Representação gráfica saída Reset Contador

Exemplo:

Análise do diagrama LADDER acima: "Ao inserirmos pulsos lógicos na saída contador C1, através da entrada I8, a saída incrementa uma unidade a cada pulso, porém a qualquer momento, se alimentarmos a entrada I7 a saída Reset Contador CR1 reinicia o contador C1".

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Exercício: Elabore o diagrama LADDER para o sistema abaixo: Onde, Esteira 1: Vem com pacotes da linha de produção; Ela é movementada pelo atuador “Q1”; Sensor que alimenta a entrada I3: Faz a contagem dos pacotes; Esteira 2: Vem com caixas vazias do depósito, para sob Esteira 1, quando são lançados 5 pacotes dentro dela, ela segue até o caminhão; Ela é movimentada pelo atuador “Q2”; Sensor que alimenta a entrada I4: Detecta a presença/existência de uma caixa sob a esteira 1; Sensor que alimenta a entrada I5: Detecta a existência de um caminhão no final da esteira 2; Botoeira que alimenta a entrada I1: Liga o sistema; Botoeira que alimenta a entrada I2: Desliga o sistema;

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19- Saída SET (Q ou R) A saida SET muda o estado lógico de uma saída física de cujo operador é "'Q" ou de uma saída lógica cujo operador é "R". Neste tipo de saída, por mais que seja cortada a linha de alimentação que alimenta essa saída no diagrama depois de uma vez alimentada ela permanece no nível lógico 1. 36

Analisando o Diagrama LADDER temos: " Ao alimentarmos a entrada I4 seu operador muda de 0 para 1 e aciona a função SET no operador Q1 que muda seu estado lógico de 0 para 1 permanecendo assim mesmo retirando a alimentação de I4. E se alimentarmos a entrada I5, seu operador será 1 e acionará a função SET no operador R1 mudando seu nível lógico para 1 que assim permanecerá mesmo retirando alimentação de I5".

Exercício: Justifique o uso do contato aberto da saída Q1 colocado em paralelo com o contato aberto da entrada I4.

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Saídas RESET (Q ou R) A saída RESET realiza o oposto da saída SET e só é possível realizar uma função RESET após a realização de uma função SET. A função RESET é usada para retornar ao nível lógico 0 uma determinada saída digital ou lógica na qual foi usado a função SET.

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Análise: "Quando alimentamos as entradas I4 e I5 seus operadores terão estado lógico 1 e respectivamente acionarão a função SET nos operadores Q1 e R1 , no caso de pressionarmos I6 e I7 e seus niveis lógicos mudarem para 1 ambas acionarão respectivamente as funções RESET em Q1 e R1 respectivamente e mudando seus estados lógicos para 0".

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Exercício: Construa o diagrama LADDER que faça a programação do sistema abaixo.

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Editor LADDER SCPWS1 Este editorial mostra algumas das funções do software Editor LADDER SCPWS1.

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Barra de menus.

A barra de menus do editor LADDER possui três menus: 40

Menu Arquivo: Oferece as opções de abrir um determinado arquivo ou diagrama, com domínio .LD, que fora previamente salvo. Salvar um diagrama para que seja usado posteriormente. Configurar o modelo de Controlador que será conectado ao PC.

Menu Comunicação: Se refere as configurações de interface entre o software e o controlador, como ajustar a porta serial de conexão com a maquina e gravar o firware de rede.

Menu Simulações: O Editor LADDER SCPWS1 foi projetado direcionado a aplicações didáticas. Por isso inclui sistemas para serem simulados.

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Área de Edição:

A área de edição é destinada a inserção dos componentes e traços do diagrama, o espaço destacado com um retângulo é a célula que está selecionada para edição no momento, os dizeres “Lin: 2” e “Col:2” localizados logo acima da área de edição representam a localização da célula a ser editada, correspondendo ao numero da “Linha” e “Coluna” respectivamente. 41

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Barra de Funções:

As funções básicas do Editor se encontram na Barra de funções

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Compilar é o ato de solicitar ao programa que reúna as informações que o programador inseriu na área de edição. A partir disto ele fará a interpretação da lógica e funcionamento do diagrama.

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Dado o comando “Compila” é aberta uma caixa de dialogo com o status do Processo, vista na imagem acima.

O comando “Conecta/Grava PLC” é usado quando o diagrama foi elaborado e compilado e está pronto para ser gravado na memória do CLP, é imprescindível que o CLP esteja conectado ao PC, feito a conexão e a gravação a programação fica gravada na memória do controlador.

Após escolhermos a função “Conecta/Grava PLC” é aberta uma caixa de diálogo para que seja selecionado o controlador utilizado.

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Após compilado o diagrama há como simular seu funcionamento, para isso essa função deve ser ativada. 

Barra de Bobinas e Final de Linha:

Se refere aos dispositivos finais da linha de programação, podem ser inseridos somente na ultima coluna da área de edição. 43

Bobina: Representa as saídas digitais “Q”, Saídas Lógicas “R” e Saídas Reset Contador (CR). Tecla de atalho: B

Bobina R: Representa as Saídas RESET. Tecla de atalho: R

Bobina S: Representa as Saídas SET. Tecla de atalho: S

Final de Linha TON: Representa a Saída Temporizador. Tecla de atalho: T

Final de Linha CNT: Representa a Saída Contador. Tecla de atalho: C

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Barra de Contatos e Edição:

Permite inserir linhas, contatos e fazer edições na área de edição.

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Insere uma linha horizontal. Tecla de atalho: H

Insere uma linha vertical. Tecla de atalho: V

Insere um contato do tipo NA. Tecla de atalho: A

Insere um contato do tipo NF. Tecla de atalho: F

São as ferramentas de edição para inserir ou eliminar elementos, e ainda limpar todo diagrama da área de edição.

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