CLPs vs UTRs: Diferenças-Chave e Tendências de Mercado

A convergência entre controladores lógicos programáveis (CLPs) e unidades terminais remotas (UTRs) é relativamente nova. Em termos de base instalada, CLPs há muito ultrapassaram UTRs e dominam o mercado há décadas, praticamente tornando-se commodities.

Impulsionados por esse crescimento, muitos fornecedores melhoraram recursos de CLPs e, em alguns casos, tentaram abocanhar o mercado de UTRs desenvolvendo recursos similares a UTRs para CLPs. Isso acontece a ponto de alguns CLPs serem comercializados como UTRs.

Por outro lado, as origens e história por trás de cada dispositivo são diferentes. Por sua parte, UTRs acompanharam de perto a evolução de sistemas SCADA, dos quais são componentes essenciais.

SCADAs e UTRs foram introduzidos primeiro na indústria de telecomunicações, depois em usinas de geração de energia nos anos 1950. O problema que tentavam resolver era a comunicação de dados de instrumentos de campo por distâncias muito longas.

Figura 1. Redes de distribuição de energia dependem de UTRs e SCADA para monitorar variáveis importantes longas distâncias.

CLPs entraram em cena depois, no início dos anos 1970. CLPs só se tornaram possíveis quando computação pessoal compacta e microprocessadores atingiram certo estágio, onde era viável produzir em massa. CLPs foram direto para o mundo da manufatura industrial, substituindo circuitos complexos e inflexíveis consistindo de numerosos relés por um dispositivo compacto que podia se ajustar mais facilmente aos pisos de produção. O setor de manufatura automobilística estava entre os primeiros a se beneficiar da introdução de CLPs.

Figura 2. Manufatura automotiva altamente automatizada depende de numerosos CLPs.

O Que é um CLP?

CLPs são essencialmente computadores projetados para automação de processos industriais. Um CLP consiste de uma unidade central de processamento (CPU) e entradas e saídas. A CPU é responsável por executar o programa instalado pelo usuário. Vários tipos de módulos podem tipicamente ser integrados com um CLP: entradas e saídas digitais e analógicas, comunicações de rede, adaptadores de protocolo, extensões de barramento, entre outros.

Diferentes linguagens de programação podem ser usadas para codificar instruções para CLPs, a mais popular sendo diagrama de escada e texto estruturado. Um diagrama de escada, às vezes chamado lógica de escada, é uma linguagem de programação visual que emula abertura e fechamento de contatos e relés. Texto estruturado usa sintaxe similar a linguagens baseadas em C. Permite instruções mais complexas que escada; assim, é geralmente usado em aplicações de controle mais complexas.

Figura 3. Um CLP Siemens SIMATIC S7-1500, um dos CLPs modernos mais amplamente usados. Imagem cortesia da Siemens

Todo CLP funciona executando ciclicamente três tarefas básicas em sequência: ler entradas, executar o programa e escrever saídas.

No início de cada ciclo, o CLP precisa atualizar o status de todas as entradas físicas conectadas a ele, para que o estado correto seja usado. Então, o programa pré-carregado é executado, percorrendo rotinas principais e sub-rotinas. Finalmente, as saídas físicas são atualizadas baseadas nos resultados da execução do programa. Isso é feito a cada ciclo do CLP, e o tempo de ciclo é uma métrica chave que programadores frequentemente tentam otimizar para maior performance do sistema.

O Que é uma UTR?

UTRs são unidades de controle baseadas em microprocessador projetadas para monitorar e controlar dispositivos de campo. São usadas principalmente em sistemas SCADA, provendo a interface entre o controle SCADA e os processos físicos e seus sensores e instrumentação. Similar a CLPs, UTRs também consistem de CPU e módulos de entradas e saídas, bem como opções de comunicação e tradução de protocolo.

Figura 4. Uma UTR e I/O dentro de um gabinete. Imagem cortesia da AIR

Programar UTRs é geralmente muito mais simples que programar CLPs. A maioria das UTRs é configurada via interface web, e não muito mais que essa configuração é realizada. Embora UTRs modernas sejam compatíveis, a maioria não se destina ou não suporta laços de controle e lógica complexa. Tempos de ciclo são extremamente rápidos, tipicamente na faixa de 1 milissegundo.

Comparando CLPs e UTRs

Começando pela programabilidade, isso pode ser visto como vantagem ou desvantagem dependendo da situação. UTRs, com sua interface simples, podem ser consideradas mais amigáveis ao usuário. Por outro lado, essa mesma interface é inflexível para um sistema de controle complexo e às vezes incompatível com a aplicação.

UTRs são geralmente maiores que CLPs. Uma razão é os recursos adicionais que aumentam durabilidade e robustez do dispositivo, que ocupam mais espaço. O mais proeminente desses recursos é o gabinete, necessário para suportar condições ambientais adversas. CLPs são mais compactos em parte porque são destinados a indústrias e fábricas onde espaço disponível normalmente não é abundante.

UTRs são, em média, mais caras que CLPs devido aos requisitos de tamanho e robustez. Isso, no entanto, normalmente não é fator decisivo na escolha do tipo de dispositivo. Com CLPs construídos para ambientes industriais e UTRs para sistemas externos de longa distância, considerações de custo vêm com a escala do projeto.

Geralmente, UTRs são mais adequadas para monitoramento remoto, como indústrias de utilities e agricultura. Enquanto isso, CLPs são amplamente usados em todas as indústrias e provavelmente não serão substituídos tão cedo. Embora ambos dispositivos tenham algumas semelhanças, são usados de formas diferentes.

Você usa mais UTRs ou CLPs no seu trabalho? Por quê?