Como escolher um controlador de automação industrial

Ao escolher um controlador de automação industrial, há vários termos importantes a serem considerados, não apenas aqueles que têm as palavras PLC, PAC ou IPC nelas . Os requisitos do aplicativo precisam ser claramente definidos, enquanto as necessidades de escalabilidade devem ser levadas em consideração antes que uma escolha seja feita.



Para começar, dividir as necessidades de operação do equipamento é um bom ponto de partida, o que ajudará os usuários a avaliar a gama de controladores especificados pelos fabricantes de máquinas. O sistema de automação pode fornecer uma solução abrangente ou controle individual, dependendo de como ele se encaixa no cenário de fabricação.

Um Controlador Lógico Programável (CLP), Controlador de Automação Programável (PAC) ou Computador Pessoal Industrial (IPC) pode fornecer controle para uma única estação, máquina, linha de montagem ou até mesmo todo o chão de fábrica. No caso de um sistema de manufatura integrado, um único controlador grande com bases de entrada/saída remotas, a comunicação via Ethernet pode ser usada para fornecer controle de ponta a ponta. No entanto, pode haver momentos em que o aplicativo pode exigir uma abordagem modular, onde dividir o sistema de automação em seções lógicas seria mais adequado. Nesses casos, a automação é compartimentada e distribuída entre CLPs menores, dependendo da carga de trabalho.

Alguns especialistas em automação veem essas duas decisões como muito distantes uma da outra, concluindo que ambas exigem plataformas diferentes. Mas isso não precisa ser verdade. Existem alguns fabricantes que possuem controladores que oferecem diferentes opções de dimensionamento, todos compatíveis com o mesmo software de programação. A presença de um único ambiente de programação significa que a flexibilidade pode ser instilada no sistema, enquanto os custos associados ao desenvolvimento do programa podem ser reduzidos, pois os projetos podem ser transportados de um PLC para outro.

A decisão assustadora, no entanto, é decidir se um grande PLC deve ser empregado para um único programa ou se uma abordagem modular deve ser usada. A decisão é muito mais complexa do que escolher um PLC , PAC ou controlador baseado em PC. Considerar os seguintes fatores pode ajudar a construir uma boa base:

• Sistema novo ou existente
• Dispositivos discretos
• Questões ambientais
• Controle de loop
• Dispositivos analógicos
• Módulos de especialidade
• Locais de E/S
• Comunicação
• Programação

O fato de o sistema ser novo ou existente pode ajudar a esclarecer muitas confusões e influenciar os demais fatores de seleção. Se os produtos já estiverem instalados, a compatibilidade torna-se de suma importância, neutralizando o número de produtos inúteis.

A escolha do controlador também depende das condições ambientais. Se houver condições extremas, como aquelas relacionadas à temperatura, umidade, poeira, etc., o controlador precisará atender a essas condições para permanecer operacional.

Número, tipos e localização de E/S

Definindo a contagem de E/S e os tipos de dispositivo de campo são os próximos da lista. Comece listando todas as entradas e saídas discretas em uma planilha, definindo cada tipo, por exemplo, sensor digital, sensor analógico, atuador, válvula de controle, etc. Os parâmetros que devem ser anotados incluem protocolo de comunicação, potência equivalente, etc.

O tipo e o número de pontos de E/S têm um grande impacto na seleção da plataforma de controle. Os fabricantes de máquinas muitas vezes cometem o erro de escolher controladores que possam atender às necessidades imediatas sem deixar espaço para expansão futura. Ao incluir espaço para expansão, em pelo menos 20%, a E/S pode evitar grandes crises no futuro. Existem também alguns controladores que têm tipos limitados de E/S, como analógicos, entradas de alta velocidade, etc. Isso também pode se tornar um problema no futuro.

A planilha mencionada anteriormente deve incorporar as funções e o nível de sinal de todos os dispositivos analógicos, incluindo totais individuais para loop de corrente/tensão, entradas de detector de temperatura de resistência, termopares, etc. As especificações dos controladores devem ser compatíveis com esses requisitos para que todas as entradas analógicas e saídas são suportadas, bem como seus tipos de sinal.

Além disso, as E/Ss especiais também devem ser listadas na planilha. Estes podem incluir, mas não estão limitados a entradas/saídas de alta velocidade, contadores, relógios em tempo real e servomotores/motores de passo. Pode haver controladores que podem não ter funcionalidades especiais, portanto, certifique-se de realizar uma análise completa antes de tomar sua decisão. Compreender os recursos do controlador e os requisitos da aplicação é essencial.

A localização física dos terminais de E/S também deve ser definida, em relação aos dispositivos de campo, e anotada na planilha. Dividir esses requisitos em módulos menores ajudará a entender as necessidades de E/S locais e remotas, o que, por sua vez, ajudará a determinar quais protocolos de comunicação em tempo real são necessários. Há algumas instalações em que a localidade é preferida, enquanto outras dependem muito de E/Ss remotas.

Se a distância entre os controladores e os subsistemas for considerável, a E/S remota seria uma boa escolha em vez de passar pelo calvário de cabear cada dispositivo de campo. Além disso, os métodos e velocidades de comunicação devem ser suportados, seja sua E/S serial ou baseada em Ethernet. No cenário industrial de hoje, os protocolos Ethernet, como EtherNet/IP, estão se tornando populares, juntamente com versões específicas de desenvolvimento de protocolos de código aberto, como Modbus.

Comunicação

As comunicações entre dispositivos periféricos, E/S distribuídas, PLCs e sistemas corporativos podem ser uma necessidade para alguns chãos de fábrica. O escopo disso deve ser definido desde o início, levando em consideração que as coisas se tornarão mais complexas à medida que você avançar. Alguns controladores podem oferecer apenas 1 a 2 portas, uma das quais será reservada para programação, enquanto outros podem não suportar protocolos específicos necessários para aplicações de missão crítica.

As comunicações que ocorrerão entre o controlador e as IHMs ou dispositivos de campo também devem ser especificadas. O surgimento da Internet das Coisas tornou essencial ter opções de comunicação abertas. Portanto, deve-se garantir que haja portas Ethernet, seriais e USB adicionais disponíveis no controlador.

A especificação de protocolos Ethernet como Modbus TCP, Ethernet/IP, Profibus, etc. deve ser realizada, tanto para requisitos atuais quanto para expansão futura.

Hardware

As considerações de hardware comuns que devem ser feitas incluem a velocidade do tempo de varredura, quantidade de memória e backup de bateria. O controlador deve ter memória de sistema suficiente para suportar os requisitos e os dados do programa. Essas estimativas podem ser feitas descobrindo o número de dispositivos no sistema. A memória de dados é usada tanto para manipulação de dados dinâmicos quanto para armazenamento de variáveis, exemplos sendo pontos de ajuste predefinidos, sinalizadores internos em temporizadores e tempo/contagens acumuladas.

O tamanho da tabela de dados pode aumentar se houver necessidade de armazenar os dados históricos no controlador. A necessidade de registro de dados, interfaces para HMI/SCADA , métodos de acesso e bancos de dados históricos devem ser claramente especificados, enquanto em um cenário de IIoT, rede, definição de protocolo e necessidades de memória também se tornam importantes.

Os tipos de instruções e o próprio tamanho do programa também podem afetar as necessidades de memória. Se o programa tiver várias sequências, funções de controle sofisticadas e lógicas de falha, isso pode exigir mais memória. Os requisitos podem ser estimados com base nas linhas do programa e nos arquivos de dados. As especificações do controlador também devem ser estudadas, pois alguns possuem programação baseada em tag-name enquanto outros possuem tabelas de dados fixas, mas expansíveis.

A quantidade de memória consumida por programas e tabelas de dados depende do modelo do controlador. Uma boa suposição é que cada dispositivo de E/S discreta utiliza de 5 a 100 palavras de memória, enquanto a E/S analógica utiliza de 25 a 500 palavras. A ampla faixa pode dificultar a estimativa para programas complexos. Uma abordagem melhor seria escrever alguns blocos de código e estudar o uso de memória.

Pode haver aplicativos que precisem de um tempo de varredura rápido, e a velocidade da CPU do controlador e a velocidade de execução da instrução e ambos fatores prejudiciais em relação a isso.

Software

Quase metade do projeto depende da qualidade da programação do software, que por sua vez depende do software fornecido pelo fabricante. As seguintes considerações devem ser feitas ao selecionar um software de programação do controlador:

• Facilidade de uso
• Preferências
• Investimento
• Recursos de treinamento
• Registro de dados e acesso remoto

A maioria dos controladores geralmente inclui um software de programação gratuito e fácil de usar, contendo cerca de 20 instruções, como temporizadores, bobinas, contatos, contadores, etc., que são suficientes para pequenas aplicações. Mas à medida que a complexidade dos requisitos aumenta, as coisas podem ficar problemáticas. Os controladores avançados geralmente incluem software de programação abrangente que incorpora uma infinidade de funções para auxiliar os programadores.

A escolha do software de programação depende muito da zona de conforto do usuário, tornando-se uma decisão subjetiva. Os programadores podem ter sua própria opinião sobre a seleção de software, mas muitas vezes são ignoradas pela alta administração que impõe um software de programação de controlador padrão, bem como métodos.

Independentemente disso, um controlador não deve ser escolhido se não tiver ampla literatura detalhando seu software de programação. A maioria dos fabricantes já se adaptou à tendência dos recursos online, oferecendo documentações detalhadas e criando fóruns onde os colegas programadores podem trocar suas dúvidas. No entanto, nem todos embarcaram neste trem; portanto, verificações cuidadosas de antecedentes devem ser feitas antes de fazer uma seleção de PLC .

O custo do suporte técnico também deve ser contabilizado, pois pode haver momentos em que as documentações podem não ajudar a resolver um problema específico. Existem fornecedores que oferecem serviços gratuitos por tempo limitado, o que pode ser útil se for seguido um cronograma em relação ao desenvolvimento do programa.

Uma vez desenvolvido, o programa deve ser minuciosamente testado e, para isso, o software deve ser visualizado na forma de uma resposta de loop PID e perfil de movimento. Isso permitirá que a simulação seja realizada em toda a extensão. O software de desenvolvimento moderno é incorporado a simuladores que permitem a realização de testes completos sem provocar a necessidade de conexão com o hardware.

Conclusivamente, você deve abster-se de adotar uma abordagem de tamanho único, seja para software, hardware ou comunicações. O controlador selecionado deve atender totalmente aos requisitos de automação, ao mesmo tempo em que tem espaço para avanços à medida que os projetos mudam.

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