Soluções de Código Aberto para Automação Industrial Moderna

AutomationDirect, Cumming, GA

Figura 1. CLPs tradicionais e ladder clássico — como a família Productivity da AutomationDirect usando programação ladder logic clássica — ainda desempenham papel importante e ganharam muitas capacidades modernas, mesmo que seu ambiente de desenvolvimento seja dedicado. (Imagem: AutomationDirect)

Evolução da Automação Industrial

A automação industrial tem sido tradicionalmente caracterizada por tecnologias proprietárias e soluções específicas de fornecedores. No entanto, tendências recentes estão mudando em direção a maior abertura em hardware e software, refletindo as necessidades em evolução de usuários finais, integradores de sistemas (SIs) e fabricantes de equipamentos originais (OEMs).

Inicialmente, a automação industrial dependia de sistemas com fiação rígida, como relés e interruptores. À medida que a automação evoluiu, controladores lógicos programáveis (CLPs) surgiram, que usavam métodos de programação especializados, tipicamente ladder logic. Esses CLPs e seus ambientes de desenvolvimento integrados (IDEs) eram proprietários, levando ao aprisionamento de fornecedor (vendor lock-in) (Figura 1). Os ambientes de controle e software eram rigidamente controlados pelos fornecedores, o que garantia confiabilidade, mas limitava flexibilidade e interoperabilidade.

Embora este modelo funcionasse bem o suficiente por muitos anos, o setor industrial tornou-se cada vez mais complexo, com maior necessidade de personalização, manipulação de dados e análise. Isso impulsionou uma demanda por soluções de programação mais abertas e flexíveis. Aplicações industriais agora frequentemente requerem processamento avançado de dados e integração com sistemas baseados em TI modernos, então metodologias tradicionais às vezes são inadequadas. Houve vários desenvolvimentos levando a uma automação mais aberta:

Normas IEC 61131

Introduzidas em meados dos anos 1990, a norma IEC 61131 foi um passo significativo para padronizar linguagens de programação industrial. Inclui diagrama de contatos (LD), diagrama de blocos de função (FBD), texto estruturado (ST) e gráfico de função sequencial (SFC). Embora estas linguagens forneçam uma estrutura comum, elas não abordam totalmente problemas de portabilidade de código entre fornecedores.

IDE CODESYS

Para atender à necessidade de portabilidade e melhorar a facilidade de uso, o CODESYS foi desenvolvido. O CODESYS é baseado na IEC 61131-3 e oferece um IDE agnóstico de hardware que suporta múltiplas plataformas. Este ambiente permite que desenvolvedores escrevam código uma vez e o implantem em vários sistemas de hardware. Facilita a reutilização de código e reduz a curva de aprendizado para usuários, embora possa ter limitações no acesso a certos recursos específicos de hardware.

Microcontroladores Abertos

O advento de plataformas de microcontroladores como Arduino e Raspberry Pi introduziu linguagens de programação modernas, como C++ e CircuitPython, em aplicações industriais. Estas linguagens, mais familiares para novas gerações de engenheiros, se destacam no manuseio de operações matemáticas complexas e tarefas intensivas em dados. Embora esses microcontroladores possam não substituir CLPs inteiramente, eles oferecem opções adicionais para integração com sistemas existentes e aprimoramento da conectividade de dados.

Abordagem Híbrida

Embora a mudança para linguagens e plataformas abertas ofereça numerosos benefícios, incluindo custos de licenciamento reduzidos e maior flexibilidade, CLPs tradicionais com IDEs proprietários continuam a ser usados extensivamente para tarefas de controle em tempo real onde confiabilidade e comportamento determinístico são primordiais.

Figura 2. A AutomationDirect oferece muitas opções de automação, incluindo CLPs tradicionais, um CLP compatível com CODESYS, e a família ProductivityOpen, que aproveita processadores compatíveis com Arduino para que usuários possam programar suas aplicações de automação usando linguagens mais modernas, como C++ e CircuitPython. (Imagem: AutomationDirect)

O cenário de automação industrial é cada vez mais diversificado. Algumas aplicações se beneficiam das capacidades robustas de CLPs, enquanto outras aproveitam tecnologias modernas e abertas para processamento de alto nível e integração. Em muitos casos, uma abordagem híbrida é usada, combinando CLPs tradicionais para funções de controle central com plataformas abertas para processamento de dados e análise (Figura 2).

À medida que as tecnologias de automação industrial continuam a avançar, o equilíbrio entre soluções tradicionais e abertas provavelmente evoluirá. A ênfase estará em fornecer plataformas versáteis que atendam às variadas necessidades dos usuários, fomentando um ambiente onde sistemas legados e modernos possam coexistir e se complementar efetivamente.

Este artigo foi escrito por Tim Ensminger, Gerente de Produto, e Matthew Lappin, Gerente Técnico de Produto, ambos na AutomationDirect (Cumming, GA). Para mais informações, visite aqui.