Selecionando o Controlador de Automação Industrial Correto: Um Guia Completo

Ao escolher um controlador de automação industrial, existem vários termos importantes a considerar, não apenas aqueles que têm as palavras PLC, PAC ou IPC neles. Requisitos de aplicação precisam ser claramente definidos, enquanto necessidades de escalabilidade devem ser levadas em conta antes de uma escolha ser feita.

Para começar, dividir as necessidades de operação do equipamento é um bom lugar para iniciar, o que ajudará usuários a avaliar a gama de controladores especificados por construtores de máquinas. O sistema de automação pode fornecer uma solução abrangente ou controle individual, dependendo de como se encaixa no cenário de manufatura.

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 remotas de entrada/saída, comunicando via Ethernet, pode ser usado para fornecer controle ponta a ponta. No entanto, pode haver momentos em que a aplicação possa exigir uma abordagem modular, onde dividir o sistema de automação em seções lógicas seria mais adequado. Em tais casos, a automação é compartimentada e distribuída entre CLPs menores, dependendo da carga de trabalho.

Alguns especialistas em automação veem estas duas decisões como milhas distantes uma da outra, concluindo que ambas requerem plataformas diferentes. Mas isso não precisa ser verdade. Existem alguns fabricantes que têm controladores oferecendo diferentes opções de dimensionamento, todos compatíveis com o mesmo software de programação. A presença de um único ambiente de programação significa que flexibilidade pode ser instilada dentro do sistema, enquanto custos associados ao desenvolvimento de programas podem ser cortados, pois projetos podem ser portados de um CLP para outro.

A decisão assustadora, no entanto, é decidir se um grande CLP 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 CLP, 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 malha
• Dispositivos analógicos
• Módulos especiais
• Localizações de E/S
• Comunicação
• Programação

Se o sistema é novo ou existente pode ajudar a esclarecer muitas confusões e influenciar os fatores restantes para seleção. Se produtos já estão instalados, compatibilidade torna-se de importância primordial, neutralizando número de produtos que não servem.

A escolha do controlador também depende das condições ambientais. Se há condições extremas, como relacionadas a temperatura, umidade, poeira, etc., então o controlador precisaria atender a estes para permanecer operacional.

Número, tipos e localização de E/S

Definir a contagem de E/S e tipos de dispositivos de campo é o próximo na lista. Comece listando todas as entradas e saídas discretas em uma planilha, definindo cada tipo, ex: sensor digital, sensor analógico, atuador, válvula de controle, etc. Os parâmetros que devem ser anotados incluem protocolo de comunicação, equivalente de potência, etc.

O tipo e número de pontos de E/S tem grande impacto na seleção da plataforma de controle. Construtores de máquinas frequentemente cometem o erro de escolher controladores que atendem necessidades imediatas sem deixar espaço para expansão futura. Ao incluir espaço para expansão, em pelo menos 20%, 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 nível de sinal de todos os dispositivos analógicos, incluindo totais individuais para loop de corrente/tensão, entradas de detector de temperatura por resistência, termopares, etc. As especificações dos controladores devem ser compatíveis com esses requisitos para que todas as entradas e saídas analógicas sejam suportadas, bem como seus tipos de sinal.

Além disso, E/S especiais, também devem ser listadas na planilha. Estas podem incluir, mas não se limitam a, entradas/saídas de alta velocidade, contadores, relógios em tempo real e motores servo/passo. Pode haver controladores que não tenham funcionalidades especiais, então certifique-se de realizar uma análise completa antes de tomar sua decisão. Entender as capacidades do controlador e os requisitos da aplicação é essencial.

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

Se a distância entre controladores e subsistemas for considerável, E/S remota seria uma boa escolha em vez de passar pelo calvário de cabeamento de cada dispositivo de campo. Além disso, os métodos e velocidades de comunicação devem ser suportados, seja Serial ou E/S baseada em Ethernet. No cenário industrial atual, protocolos Ethernet como EtherNet/IP estão se tornando populares junto com versões especificamente desenvolvidas de protocolos open-source como Modbus.

Comunicações

Comunicações entre dispositivos periféricos, E/S distribuídas, CLPs e sistemas empresariais podem ser uma necessidade para alguns chãos de fábrica. O escopo destes deve ser definido cedo, com a consideração de que as coisas se tornarão mais complexas à medida que você avança. Alguns controladores podem oferecer apenas 1-2 portas, uma das quais será reservada para programação, enquanto outros podem não suportar protocolos específicos requeridos para aplicações de missão crítica.

As comunicações que ocorrerão entre o controlador e HMIs ou dispositivos de campo também devem ser especificadas. O advento da Internet das Coisas tornou essencial ter opções de comunicação abertas. Portanto, deve ser garantido que há portas Ethernet, serial, USB adicionais disponíveis no controlador.

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

Hardware

Considerações comuns de hardware que devem ser feitas incluem velocidade de scan-time, quantidade de memória e backup de bateria. O controlador deve ter memória de sistema suficiente para suportar tanto requisitos de programa quanto de dados. Estas estimativas podem ser feitas calculando o número de dispositivos no sistema. Memória de dados é usada para manipulação dinâmica de dados e armazenamento de variáveis, exemplos sendo setpoints predefinidos, flags internas em temporizadores e tempo/contagem acumulados.

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

Os tipos de instruções e o tamanho do próprio programa também podem afetar as necessidades de memória. Se o programa tem várias sequências, funções de controle sofisticadas e lógicas de falha, então isso pode exigir memória aumentada. Os requisitos podem ser estimados baseados nos rungs do programa e arquivos de dados. As especificações do controlador também devem ser estudadas, pois alguns têm programação baseada em tag-name enquanto outros têm 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 discreto de E/S utiliza 5-100 palavras de memória, enquanto E/S analógica utiliza 25-500 palavras. A ampla faixa pode tornar a estimativa difícil para programas complexos. Uma abordagem melhor seria escrever alguns blocos de código e estudar o uso de memória.

Podem haver aplicações que precisem de scan time rápido, e a velocidade da CPU do controlador e velocidade de execução de instruções são fatores determinantes com relação a isso.

Software

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

• Facilidade de uso
• Preferências
• Investimento
• Recursos de treinamento
• Data logging e acesso remoto

A maioria dos controladores frequentemente inclui 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 se tornar problemáticas. Controladores avançados frequentemente incluem software de programação abrangente que incorpora uma infinidade de funções para auxiliar programadores.

A escolha do software de programação é largamente dependente da zona de conforto do usuário, tornando-a uma decisão subjetiva. Programadores podem ter sua própria opinião sobre seleção de software, mas estas são frequentemente sobrepostas pela gerência superior que impõe um software de programação de controlador padrão, bem como métodos.

Independentemente, 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 de recursos online, oferecendo documentações detalhadas, bem como criando fóruns onde programadores colegas podem trocar suas dúvidas. No entanto, nem todos embarcaram neste trem; então verificações cuidadosas de antecedentes devem ser feitas antes de fazer uma seleção de CLP.

O custo de suporte técnico também deve ser contabilizado, pois pode haver momentos em que documentações podem não ajudar a superar um problema particular. Existem fornecedores que oferecem serviços gratuitos por tempo limitado, que podem ser úteis se um cronograma for seguido sobre desenvolvimento de programa.

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

Concluindo, deve-se abster de adotar uma abordagem one-size-fits-all, seja para software, hardware ou comunicações. O controlador selecionado deve atender aos requisitos de automação plenamente, enquanto tem espaço para avanço à medida que os designs mudam.

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