Conhecendo o CLP
Continuando nosso passeio por instrumentos e equipamentos, hoje iremos tratar do cérebro de uma planta industrial.
Introdução
Um controlador lógico programável (CLP) — do inglês Programmable Logic Controller (PLC) — é um equipamento de controle industrial microprocessado. Isso significa dizer que o CLP tem por objetivo ser utilizado dentro da indústria para automatizar processos.
Antes da invenção do CLP as lógicas industriais eram feitas através de circuitos sequenciais ou combinacionais físicos utilizando relés. Na imagem abaixo é possível ver um painel de automação que utilizava a lógica de relés como método de controle. Mas se funcionava, por que mudar?!
Estes circuitos baseados em acionamentos em sequência ou combinados eram capazes de fazer tudo o que era esperado deles. Estes sistemas, compostos por chaves, relés, contatores, temporizadores e outros componentes, controlavam motores, válvulas, faziam contagem, temporizavam acionamentos, mas havia alguns problemas.
O primeiro deles era o número excessivo de fios e conexões. Não estou falando de uma questão estética, é uma questão prática. Imagine que houvesse um erro na lógica e fosse necessário refazer a lógica de relés, para isso seria necessário refazer todas as conexões e remontar tudo. Mas isso não acontecia apenas se houvesse erro, isso aconteceria sempre que fosse necessário atualizar a função daquela malha industrial.
Um exemplo disto é a produção em massa de carros. Se houvesse uma atualização que, por exemplo, alterasse a forma como o motor era montado, isso acarretaria dias de parada só para que a lógica fosse refeita e a planta pudesse voltar a funcionar.
Se isso não bastasse, imagina que agora há um problema na planta de modo que ela já não funciona como devia. Como achar o problema?! Pode ser um fio partido, pode ser uma conexão que soltou, um rato fez ninho no contator…
Agora imagina que você fosse o dono desta planta, você estaria 100% satisfeito com todo esse caos?! Você está perdendo tempo de produção, no mínimo você está deixando de ganhar dinheiro.
Lá pela década de 1960, os primeiros CLPs começaram a entrar em operação. Estes sistemas possibilitavam uma manutenção mais eficiente, fácil detecção de erros e o melhor, um alto poder de reutilização. Com o CLP era possível programar o seu sistema para uma função e, se necessário, em pouco tempo já poderia estar realizando outra função. Isto tudo porque era possível reprogramar, quantas vezes fosse necessário, para quantas funções precisasse.
Isso pode parecer pouca coisa hoje, com Arduinos e Raspberries, tendemos a pensar que estas tecnologias sempre existiram, mas não é bem assim. O CLP representou um grande avanço para a automação industrial, possibilitando maior segurança e desempenho nunca visto.
Existem basicamente dois tipos de CLPs, compactos e modulares. O primeiro são unidades dimensionadas de fábrica, ou seja, possuem valores limitados de entradas e saída, bem como de memória. Na imagem a seguir há exemplos de CLPs compactos da marca Haiwell.
Já os CLPs modulares, são customizáveis, isso significa dizer que é possível montar o CLP da melhor forma para o seu projeto. Isso se dá através do uso de cartões de expansão. Estes cartões podem ser de entradas e saídas, de memória… Assim você é capaz de montar o CLP com o número exato de entradas e saídas que você precisa apenas encaixando um cartão.
Na imagem seguinte, vemos um exemplo de CLP modular. Os espaços vazios são reservados para conectar os cartões, já a caixa vermelha é o módulo de processamento e alimentação do CLP.
Funcionamento
O CLP é utilizado para tomar ações com base em entradas. Para isso ele realiza um ciclo de varredura, onde o CLP interpreta o que está sendo lido e com base num programa, toma a ação correspondente.
Na figura abaixo, vemos exemplos de equipamentos e instrumentos que se conectariam a entrada ou a saída.
Um ponto importante é que o tempo do ciclo varia de acordo com a complexidade do sistema em questão. Para que não haja uma demora exacerbada no tempo de resposta, alguns fabricantes possuem a opção de processamento em paralelo. Neste tipo de processamento, cada microprocessador do CLP roda uma parte de código, diminuindo o tempo de varredura.
Programando
Para programar um CLP pode-se usar uma série de linguagens. Com o objetivo de padronizar e garantir uma maior interoperabilidade de sistemas, estas linguagens são regidas pela norma IEC-61131–3.
Esta norma define uma série de linguagens como padrão, são elas o Histograma de Contatos, Diagrama de Blocos Funcionais, Texto Estruturado, Mapa de Sequência Funcional e Lista de Instruções. A linguagem mais usual para programar um CLP é o Ladder mas há ainda opções como C/C++, Grafcet…
O ladder é uma linguagem baseada na lógica de contatos abertos e fechados, relés e bobinas, componente familiares a engenheiros e técnicos. Há algumas limitações, mas a imensa maioria possui a possibilidade de se programar em ladder como padrão.
Comunicação
Para que o CLP seja relevante ao processo, é necessário que ele se comunique internamente e externamente. Internamente pois é necessário que a unidade de controle central seja capaz de acessar os valores de entrada e enviar decisões a saída. Externa para situações onde CLPs devem se comunicar com outros computadores.
Para a comunicação interna há duas situações, componentes locais e remotos. Aos componentes locais é destinado um conjunto de portas, estas portas possuem uma baixa velocidade e um alcance de no máximo 10 metros — para valores superiores pode ocorrer a perda do sinal. Já no caso de entradas e saídas remotas são utilizadas fibra ótica ou cabo coaxial, podendo chegar em até 3 quilômetros de distância.
Para comunicação externa há a possibilidade de se utilizar protocolos próprios do fabricante para comunicar um CLP com outro de mesma empresa. Contudo, acho importante destacar que com os avanços do IOT, muitos fabricantes desenvolveram novos CLPS com funcionalidades compatíveis a indústria 4.0 (acesso a nuvem, protocolos WEB,…).
Características Construtivas
Sendo o CLP um controlador, talvez surja a dúvida: Posso trocar todos os CLPs por arduinos?! A resposta simples é não mas vamos tentar entender o motivo de não ser possível. O que torna o CLP um instrumento tão único e importante para as indústrias é a sua resistência as condições de uma fábrica.
O CLP, como a maioria dos componentes industriais, precisa possuir uma série de características para que seu funcionamento não seja prejudicado quando exposto as condições de uma fábrica. Esses ambientes são agressivos e podem facilmente danificar equipamentos mau dimensionados.
A efeito de curiosidade, a robustez foi a principal característica frisada pela General Motor, a primeira empresa a utilizar um CLP. Ao compararmos visualmente um CLP com um arduino é nítido qual é o mais preparado para a indústria.
As placas de desenvolvimento como o Arduino são incríveis. O que está em questão aqui é a sua aplicabilidade a cenários industriais e nesse quesito o CLP leva muita vantagem, o que é natural. O CLP foi idealizado justamente para esse tipo de aplicação.
A alimentação do CLP é feita com tensão alternada de 90V até 250V, é necessário que a fonte de alimentação possua sistema contra sobrecarga e curto-circuito. A tensão de operação do CLP é de 3,3V a 24V contínuos.
Mas estas características de tensão variam de controlador para controlador, dessa forma ressalto a importância de se ler o datasheet do CLP que você tem em mãos, respeitando o que o fabricante orienta para o seu correto funcionamento.
Conclusão
É importante falar ainda que já há quem defenda o fim dos CLPs e que os mesmos devam ser substituídos por computadores industriais. Geralmente quem defende essa ideia são pessoas oriundas da informática, que enxergam o CLP como obsoleto. E em parte há razão, já existem computadores industriais robustos o suficiente para operarem em indústrias. Por outro lado, os defensores do CLP nos lembram que o CLP é muito mais confiável que um computador, tanto por integridade física quanto pela fidelidade do funcionamento do software.
Dessa discussão apenas uma coisa é nítida, o CLP continuará sendo amplamente usado e melhorado, buscando sempre a excelência.
Este artigo é fruto do estudo do livro Instrumentação Industrial de Egídio Alberto Bega. Alguns podem sentir falta dos detalhes mais aprofundados, portanto já deixo registrado minha opção por abordar de uma maneira mais ampla e menos detalhada visando ser uma leitura amigável a quem esteja começando a se interessar pelo mundo da automação industrial.
Surgindo qualquer questionamento fique a vontade para perguntar, será um prazer ajudar!
