Controlador Lógico Programável - Programmable logic controller

PLCs para um sistema de monitoramento na indústria farmacêutica.

Um controlador lógico programável ( PLC ) ou controlador programável é um computador industrial que foi reforçado e adaptado para o controle de processos de fabricação, como linhas de montagem , máquinas, dispositivos robóticos ou qualquer atividade que requeira alta confiabilidade, facilidade de programação e diagnóstico de falha de processo. Dick Morley é considerado o pai do PLC por ter inventado o primeiro PLC, o Modicon 084, para a General Motors em 1968.

Os PLCs podem variar de pequenos dispositivos modulares com dezenas de entradas e saídas (I / O) , em um invólucro integral com o processador, a grandes dispositivos modulares montados em rack com milhares de I / O, e que muitas vezes estão ligados em rede a outros PLC e Sistemas SCADA .

Eles podem ser projetados para muitos arranjos de E / S digital e analógica, faixas estendidas de temperatura, imunidade a ruídos elétricos e resistência a vibração e impacto. Os programas para controlar a operação da máquina são normalmente armazenados em memória não volátil ou com bateria de reserva .

Os CLPs foram desenvolvidos pela primeira vez na indústria de fabricação de automóveis para fornecer controladores flexíveis, robustos e facilmente programáveis ​​para substituir os sistemas lógicos de relé com fio . Desde então, eles têm sido amplamente adotados como controladores de automação de alta confiabilidade, adequados para ambientes hostis.

Um PLC é um exemplo de sistema de tempo real rígido, uma vez que os resultados de saída devem ser produzidos em resposta às condições de entrada dentro de um tempo limitado, caso contrário, ocorrerá uma operação não intencional.

Invenção e desenvolvimento inicial

O CLP teve origem no final da década de 1960 na indústria automotiva nos Estados Unidos e foi projetado para substituir os sistemas lógicos de relé. Antes, a lógica de controle para a fabricação era composta principalmente de relés , timers de came , sequenciadores de bateria e controladores de malha fechada dedicados.

A natureza conectada dificultou para os engenheiros de projeto alterar o processo de automação. As mudanças exigiriam reconexão e atualização cuidadosa da documentação. Se apenas um fio estivesse fora do lugar, ou um relé falhasse, todo o sistema ficaria com defeito. Freqüentemente, os técnicos passavam horas solucionando problemas examinando os esquemas e comparando-os com a fiação existente. Quando os computadores de uso geral se tornaram disponíveis, eles logo foram aplicados para controlar a lógica em processos industriais. Esses primeiros computadores não eram confiáveis ​​e exigiam programadores especializados e controle rígido das condições de trabalho, como temperatura, limpeza e qualidade de energia.

O PLC ofereceu várias vantagens em relação aos sistemas de automação anteriores. Ele tolerava o ambiente industrial melhor do que os computadores e era mais confiável, compacto e exigia menos manutenção do que os sistemas de relé. Era facilmente extensível com módulos de E / S adicionais, enquanto os sistemas de relé exigiam complicadas alterações de hardware em caso de reconfiguração. Isso permitiu uma iteração mais fácil sobre o projeto do processo de manufatura. Com uma linguagem de programação simples focada em lógica e operações de comutação, era mais amigável do que computadores que usam linguagens de programação de propósito geral . Também permitiu o monitoramento de seu funcionamento. Os primeiros PLCs eram programados em lógica ladder , que se assemelhava fortemente a um diagrama esquemático da lógica do relé . Essa notação de programa foi escolhida para reduzir as demandas de treinamento para os técnicos existentes. Outros PLCs usaram uma forma de programação de lista de instruções , com base em um solucionador lógico baseado em pilha.

Modicon

Em 1968, a GM Hydramatic (a divisão de transmissão automática da General Motors ) emitiu um pedido de propostas para uma substituição eletrônica de sistemas de relé com fio com base em um white paper escrito pelo engenheiro Edward R. Clark. A proposta vencedora veio de Bedford Associates de Bedford, Massachusetts . O resultado foi o primeiro PLC - construído em 1969 - designado 084, porque era o oitenta e quarto projeto da Bedford Associates.

Bedford Associates iniciou uma empresa dedicada ao desenvolvimento, fabricação, venda e manutenção deste novo produto, que eles chamaram de Modicon (que significa controlador digital modular). Uma das pessoas que trabalharam nesse projeto foi Dick Morley , considerado o "pai" do PLC. A marca Modicon foi vendida em 1977 para Gould Electronics e mais tarde para Schneider Electric , o atual proprietário. Na mesma época, a Modicon criou o Modbus , um protocolo de comunicação de dados usado com seus CLPs. Desde então, o Modbus se tornou um protocolo aberto padrão comumente usado para conectar muitos dispositivos elétricos industriais.

Um dos primeiros modelos 084 construídos está agora em exibição nas instalações da Schneider Electric em North Andover, Massachusetts . Foi apresentado à Modicon pela GM , quando a unidade foi aposentada após quase vinte anos de serviço ininterrupto. A Modicon usou o apelido 84 no final de sua linha de produtos até que o 984 apareceu.

Allen-Bradley

Em um desenvolvimento paralelo, Odo Josef Struger às vezes também é conhecido como o "pai do controlador lógico programável". Ele esteve envolvido na invenção do controlador lógico programável Allen-Bradley e é creditado com a invenção do inicialismo PLC. Allen-Bradley (agora uma marca de propriedade da Rockwell Automation ) se tornou um grande fabricante de CLPs nos Estados Unidos durante sua gestão. Struger desempenhou um papel de liderança no desenvolvimento de padrões de linguagem de programação PLC IEC 61131-3 .

Métodos iniciais de programação

Muitos dos primeiros PLCs não eram capazes de representação gráfica da lógica e, portanto, eram representados como uma série de expressões lógicas em algum tipo de formato booleano, semelhante à álgebra booleana . À medida que os terminais de programação evoluíram, tornou-se mais comum o uso da lógica ladder, porque era um formato familiar usado para painéis de controle eletromecânicos. Existem formatos mais novos, como lógica de estado e bloco de funções (que é semelhante à forma como a lógica é representada ao usar circuitos lógicos integrados digitais), mas ainda não são tão populares quanto a lógica ladder. A principal razão para isso é que os PLCs resolvem a lógica em uma sequência previsível e repetitiva, e a lógica ladder permite que a pessoa que está escrevendo a lógica veja quaisquer problemas com o tempo da sequência lógica mais facilmente do que seria possível em outros formatos.

Até meados da década de 1990, os PLCs eram programados usando painéis de programação proprietários ou terminais de programação de propósito especial , que muitas vezes tinham teclas de função dedicadas que representam os vários elementos lógicos dos programas de PLC. Alguns terminais de programação proprietários exibiam os elementos dos programas PLC como símbolos gráficos, mas representações simples de caracteres ASCII de contatos, bobinas e fios eram comuns. Os programas foram armazenados em cartuchos de fita cassete . Os recursos para impressão e documentação eram mínimos devido à falta de capacidade de memória. Os PLCs mais antigos usavam memória de núcleo magnético não volátil .

Arquitetura

Um PLC é um controlador baseado em microprocessador industrial com memória programável usada para armazenar instruções de programa e várias funções. Isso consiste de:

  • uma unidade de processador (CPU) que interpreta as entradas, executa o programa de controle armazenado na memória e envia sinais de saída,
  • uma unidade de fonte de alimentação que converte a tensão CA em CC,
  • uma unidade de memória que armazena dados de entradas e programas a serem executados pelo processador,
  • uma interface de entrada e saída, onde o controlador recebe e envia dados de / para dispositivos externos,
  • uma interface de comunicação para receber e transmitir dados em redes de comunicação de / para PLCs remotos.

Os PLCs requerem um dispositivo de programação que é usado para desenvolver e depois fazer o download do programa criado na memória do controlador.

Os PLCs modernos geralmente contêm um sistema operacional em tempo real , como OS-9 ou VxWorks .

Design mecânico

PLC compacto com 8 entradas e 4 saídas.
CLP modular com módulo EtherNet / IP, E / S digital e analógica, com alguns slots vazios.
PLC modular com módulo EtherNet / IP , E / S discreta e analógica, com alguns slots vazios.

Existem dois tipos de projeto mecânico para sistemas PLC. Uma única caixa , ou um tijolo, é um pequeno controlador programável que encaixa todas as unidades e interfaces em um invólucro compacto, embora, normalmente, módulos de expansão adicionais para entradas e saídas estejam disponíveis. O segundo tipo de design - um CLP modular - possui um chassi (também chamado de rack ) que oferece espaço para módulos com diferentes funções, como fonte de alimentação, processador, seleção de módulos de E / S e interfaces de comunicação - que podem ser personalizados para o aplicação particular. Vários racks podem ser administrados por um único processador e podem ter milhares de entradas e saídas. Um link especial de E / S serial de alta velocidade ou um método de comunicação comparável é usado para que os racks possam ser distribuídos longe do processador, reduzindo os custos de fiação para grandes fábricas. Opções também estão disponíveis para montar pontos de E / S diretamente na máquina e utilizar cabos de desconexão rápida para sensores e válvulas, economizando tempo para fiação e substituição de componentes.

Sinais discretos e analógicos

Discreta sinais (digital) só pode ter sobre ou off valor (1 ou 0, verdadeiro ou falso ). Exemplos de dispositivos que fornecem um sinal discreto incluem interruptores de limite , sensores fotoelétricos e codificadores . Sinais discretos são enviadas usando tensão ou corrente , onde intervalos extremos específicas são designados como o N e O ff . Por exemplo, um controlador pode utilizar a entrada de 24 V DC, com valores acima de 22 V DC representando O n , os valores abaixo de 2 V DC representando O ff , e valores intermédios indefinido.

Os sinais analógicos podem usar tensão ou corrente proporcional ao tamanho da variável monitorada e podem assumir qualquer valor dentro de sua escala. Pressão, temperatura, fluxo e peso são freqüentemente representados por sinais analógicos. Normalmente, são interpretados como valores inteiros com vários intervalos de precisão, dependendo do dispositivo e do número de bits disponíveis para armazenar os dados. Por exemplo, uma entrada de loop de corrente analógica de 0 a 10 V ou 4-20 mA seria convertida em um valor inteiro de 0 a 32.767. O PLC pegará este valor e o transporá nas unidades desejadas do processo para que o operador ou programa possa lê-lo. A integração adequada também incluirá tempos de filtro para reduzir o ruído, bem como limites alto e baixo para relatar falhas. As entradas de corrente são menos sensíveis ao ruído elétrico (por exemplo, de soldadores ou partidas de motores elétricos) do que as entradas de tensão. A distância do dispositivo e do controlador também é uma preocupação, pois a distância máxima de viagem de um sinal de 0-10 V de boa qualidade é muito curta em comparação com o sinal de 4-20 mA. O sinal de 4-20 mA também pode relatar se o fio for desconectado ao longo do caminho, pois um sinal <4 mA indicaria um erro.

Redundância

Alguns processos especiais precisam funcionar permanentemente com o mínimo de tempo de inatividade indesejado. Portanto, é necessário projetar um sistema que seja tolerante a falhas e capaz de lidar com o processo com módulos defeituosos. Nesses casos, para aumentar a disponibilidade do sistema em caso de falha de componente de hardware, CPU redundante ou módulos de E / S com a mesma funcionalidade podem ser adicionados à configuração de hardware para evitar o desligamento total ou parcial do processo devido a falha de hardware. Outros cenários de redundância podem estar relacionados a processos críticos de segurança, por exemplo, grandes prensas hidráulicas podem exigir que ambos os PLCs liguem uma saída antes que a prensa possa cair, caso uma saída não desligue corretamente.

Programação

Exemplo de uma lógica de diagrama ladder

Os controladores lógicos programáveis ​​devem ser usados ​​por engenheiros sem experiência em programação. Por esta razão, uma linguagem de programação gráfica chamada Ladder Diagram (LD, LAD) foi desenvolvida pela primeira vez. Ele se assemelha ao diagrama esquemático de um sistema construído com relés eletromecânicos e foi adotado por muitos fabricantes e posteriormente padronizado no padrão de programação de sistemas de controle IEC 61131-3 . A partir de 2015, ainda é amplamente utilizado, graças à sua simplicidade.

A partir de 2015, a maioria dos sistemas CLP adere à norma IEC 61131-3 que define 2 linguagens de programação textual: Texto Estruturado (ST; semelhante a Pascal ) e Lista de Instruções (IL); bem como 3 linguagens gráficas: Diagrama Ladder , Diagrama de Blocos Funcionais (FBD) e Diagrama Sequencial de Funções (SFC). Lista de instruções (IL) foi descontinuada na terceira edição da norma.

CLPs modernas pode ser programado de uma variedade de maneiras, a partir da lógica escada derivada-relé para linguagens de programação, tais como dialetos especialmente adaptados de BASIC e C .

Embora os conceitos fundamentais de programação de PLC sejam comuns a todos os fabricantes, as diferenças no endereçamento de E / S, organização de memória e conjuntos de instruções significam que os programas de PLC nunca são perfeitamente intercambiáveis ​​entre fabricantes diferentes. Mesmo dentro da mesma linha de produtos de um único fabricante, diferentes modelos podem não ser diretamente compatíveis.

Dispositivo de programação

Os programas PLC são normalmente escritos em um dispositivo de programação, que pode assumir a forma de um console de desktop, software especial em um computador pessoal ou um dispositivo de programação portátil. Em seguida, o programa é baixado para o PLC diretamente ou através de uma rede. Ele é armazenado na memória flash não volátil ou na RAM com bateria de reserva . Em alguns controladores programáveis, o programa é transferido de um computador pessoal para o PLC por meio de uma placa de programação que grava o programa em um chip removível, como o EPROM .

Os fabricantes desenvolvem software de programação para seus controladores. Além de serem capazes de programar PLCs em vários idiomas, eles fornecem recursos comuns, como diagnóstico e manutenção de hardware, depuração de software e simulação offline.

Um programa escrito em um computador pessoal ou carregado do PLC usando software de programação pode ser facilmente copiado e feito backup em armazenamento externo.

Simulação

A simulação de PLC é um recurso frequentemente encontrado em softwares de programação de PLC. Ele permite o teste e a depuração no início do desenvolvimento do projeto.

O CLP programado incorretamente pode resultar em perda de produtividade e condições perigosas. Testar o projeto em simulação melhora sua qualidade, aumenta o nível de segurança associado ao equipamento e pode economizar tempo de inatividade caro durante a instalação e comissionamento de aplicações de controle automatizado, uma vez que muitos cenários podem ser experimentados e testados antes que o sistema seja ativado.

Funcionalidade

Sistema PLC em rack, da esquerda para a direita: unidade de alimentação (PSU), CPU, módulo de interface (IM) e processador de comunicação (CP)
Painel de controle com PLC (elementos cinza no centro). A unidade consiste em elementos separados, da esquerda para a direita; fonte de alimentação , controlador, unidades de relé para entrada e saída

A principal diferença da maioria dos outros dispositivos de computação é que os PLCs se destinam e, portanto, são tolerantes a condições mais severas (como poeira, umidade, calor, frio), oferecendo ampla entrada / saída (E / S) para conectar o PLC a sensores e atuadores . A entrada do PLC pode incluir elementos digitais simples, como interruptores de limite , variáveis ​​analógicas de sensores de processo (como temperatura e pressão) e dados mais complexos, como os de posicionamento ou sistemas de visão de máquina . A saída do PLC pode incluir elementos como lâmpadas indicadoras, sirenes, motores elétricos , cilindros pneumáticos ou hidráulicos , relés magnéticos , solenóides ou saídas analógicas . Os arranjos de entrada / saída podem ser construídos em um CLP simples, ou o CLP pode ter módulos de E / S externos conectados a um fieldbus ou rede de computador que se conecta ao CLP.

A funcionalidade do PLC evoluiu ao longo dos anos para incluir controle de relé sequencial, controle de movimento, controle de processo , sistemas de controle distribuído e rede . O manuseio de dados, armazenamento, poder de processamento e recursos de comunicação de alguns PLCs modernos são aproximadamente equivalentes aos computadores desktop . A programação semelhante a PLC combinada com hardware de E / S remota, permite que um computador desktop de uso geral sobreponha alguns PLCs em certas aplicações. Os controladores de computador desktop não são geralmente aceitos na indústria pesada porque os computadores desktop são executados em sistemas operacionais menos estáveis ​​do que PLCs e porque o hardware do computador desktop normalmente não é projetado para os mesmos níveis de tolerância à temperatura, umidade, vibração e longevidade que os processadores usados ​​em PLCs. Os sistemas operacionais como o Windows não se prestam à execução de lógica determinística, com o resultado de que o controlador pode nem sempre responder às mudanças de status de entrada com a consistência na temporização esperada dos PLCs. Os aplicativos de lógica de desktop encontram uso em situações menos críticas, como automação de laboratório e uso em pequenas instalações onde o aplicativo é menos exigente e crítico.

Funções básicas

A função mais básica de um controlador programável é emular as funções dos relés eletromecânicos. As entradas discretas recebem um endereço exclusivo e uma instrução PLC pode testar se o estado da entrada está ligado ou desligado. Assim como uma série de contatos de relé executam uma função lógica AND, não permitindo a passagem de corrente a menos que todos os contatos estejam fechados, uma série de instruções "examine se ligado" irá energizar seu bit de armazenamento de saída se todos os bits de entrada estiverem ligados. Da mesma forma, um conjunto paralelo de instruções realizará um OR lógico. Em um diagrama de fiação de relé eletromecânico, um grupo de contatos que controlam uma bobina é chamado de "degrau" de um "diagrama de escada" e este conceito também é usado para descrever a lógica do CLP. Alguns modelos de PLC limitam o número de instruções em série e paralelas em uma "linha" de lógica. A saída de cada linha define ou limpa um bit de armazenamento, que pode estar associado a um endereço de saída físico ou que pode ser uma "bobina interna" sem conexão física. Essas bobinas internas podem ser usadas, por exemplo, como um elemento comum em vários degraus separados. Ao contrário dos relés físicos, geralmente não há limite para o número de vezes que uma entrada, saída ou bobina interna pode ser referenciada em um programa PLC.

Alguns PLCs impõem uma ordem de execução estrita da esquerda para a direita e de cima para baixo para avaliar a lógica da linha. Isso é diferente dos contatos de relé eletromecânicos, que, em um circuito suficientemente complexo, podem passar a corrente da esquerda para a direita ou da direita para a esquerda, dependendo da configuração dos contatos ao redor. A eliminação desses "caminhos furtivos" é um bug ou um recurso, dependendo do estilo de programação.

Instruções mais avançadas do PLC podem ser implementadas como blocos funcionais, que realizam alguma operação quando habilitados por uma entrada lógica e que produzem saídas para sinalizar, por exemplo, conclusão ou erros, enquanto manipulam internamente variáveis ​​que podem não corresponder à lógica discreta.

Comunicação

PLCs usam portas integradas, como USB , Ethernet , RS-232 , RS-485 ou RS-422 para se comunicar com dispositivos externos (sensores, atuadores) e sistemas (software de programação, SCADA , HMI ). A comunicação é realizada por vários protocolos de rede industrial, como Modbus ou EtherNet / IP . Muitos desses protocolos são específicos do fornecedor.

PLCs usados ​​em sistemas de E / S maiores podem ter comunicação ponto a ponto (P2P) entre os processadores. Isso permite que partes separadas de um processo complexo tenham controle individual enquanto permite que os subsistemas se coordenem no link de comunicação. Esses links de comunicação também são frequentemente usados ​​para dispositivos IHM , como teclados ou estações de trabalho do tipo PC .

Anteriormente, alguns fabricantes ofereciam módulos de comunicação dedicados como uma função adicional, onde o processador não tinha conexão de rede embutida.

Interface de usuário

Painel de controle com interface de usuário PLC para regulação do oxidante térmico .

Os PLCs podem precisar interagir com pessoas para fins de configuração, relatório de alarme ou controle diário. Uma interface homem-máquina (HMI) é empregada para este propósito. As IHMs também são chamadas de interfaces homem-máquina (MMIs) e interfaces gráficas de usuário (GUIs). Um sistema simples pode usar botões e luzes para interagir com o usuário. Telas de texto estão disponíveis, bem como telas de toque gráficas. Sistemas mais complexos usam software de programação e monitoramento instalado em um computador, com o PLC conectado por meio de uma interface de comunicação.

Processo de um ciclo de varredura

Um PLC trabalha em um ciclo de varredura de programa, onde executa seu programa repetidamente. O ciclo de verificação mais simples consiste em 3 etapas:

  1. ler entradas,
  2. execute o programa,
  3. escrever saídas.

O programa segue a seqüência de instruções. Normalmente, leva um intervalo de tempo de dezenas de milissegundos para o processador avaliar todas as instruções e atualizar o status de todas as saídas. Se o sistema contém E / S remota - por exemplo, um rack externo com módulos de E / S - isso introduz incerteza adicional no tempo de resposta do sistema PLC.

Conforme os PLCs se tornaram mais avançados, métodos foram desenvolvidos para alterar a sequência de execução do ladder e sub-rotinas foram implementadas. Essa programação aprimorada pode ser usada para economizar tempo de varredura para processos de alta velocidade; por exemplo, partes do programa usadas apenas para configurar a máquina podem ser segregadas das partes necessárias para operar em velocidade mais alta. PLCs mais novos agora têm a opção de executar o programa lógico de forma síncrona com a varredura IO. Isso significa que o IO é atualizado em segundo plano e a lógica lê e grava os valores conforme necessário durante a varredura lógica.

Módulos de E / S para fins especiais podem ser usados ​​onde o tempo de varredura do PLC é muito longo para permitir um desempenho previsível. Módulos de temporização de precisão, ou módulos de contador para uso com codificadores de eixo , são usados ​​onde o tempo de varredura seria muito longo para contar pulsos de forma confiável ou detectar o sentido de rotação de um codificador. Isso permite que mesmo um CLP relativamente lento ainda interprete os valores contados para controlar uma máquina, já que o acúmulo de pulsos é feito por um módulo dedicado que não é afetado pela velocidade de execução do programa.

Segurança

Em seu livro de 1998, EA Parr apontou que, embora a maioria dos controladores programáveis ​​exijam chaves físicas e senhas, a falta de sistemas de controle de acesso e controle de versão estritos, bem como uma linguagem de programação fácil de entender tornam provável que alterações não autorizadas nos programas acontecerá e permanecerá despercebido.

Antes da descoberta do worm de computador Stuxnet em junho de 2010, a segurança dos PLCs recebia pouca atenção. Os controladores programáveis ​​modernos geralmente contêm sistemas operacionais em tempo real, que podem ser vulneráveis ​​a explorações de maneira semelhante aos sistemas operacionais de desktop, como o Microsoft Windows . Os PLCs também podem ser atacados ganhando o controle de um computador com o qual se comunicam. Desde 2011, essas preocupações têm crescido à medida que a rede está se tornando mais comum no ambiente de PLC, conectando as redes de chão de fábrica e redes de escritório antes separadas.

Em fevereiro de 2021, a Rockwell Automation divulgou publicamente uma vulnerabilidade crítica que afetava sua família de controladores Logix. A chave criptográfica secreta usada para verificar a comunicação entre o PLC e a estação de trabalho pode ser extraída do software de programação Studio 5000 Logix Designer e usada para alterar remotamente o código do programa e a configuração do controlador conectado. A vulnerabilidade recebeu uma pontuação de gravidade de 10 em 10 na escala de vulnerabilidade do CVSS . No momento em que este artigo foi escrito, a atenuação da vulnerabilidade era limitar o acesso à rede para os dispositivos afetados .

PLCs de segurança

Nos últimos anos, os PLCs de "segurança" se tornaram populares, seja como modelos autônomos ou como funcionalidade e hardware classificado de segurança adicionado às arquiteturas de controlador existentes ( Allen-Bradley Guardlogix, Siemens série F etc.). Eles diferem dos tipos convencionais de PLC por serem adequados para aplicações críticas de segurança para as quais os PLCs têm sido tradicionalmente suplementados com relés de segurança com fio e áreas da memória dedicadas às instruções de segurança. O padrão de nível de segurança é o SIL . Por exemplo, um PLC de segurança pode ser usado para controlar o acesso a uma célula de robô com acesso por chave com segredo ou talvez para gerenciar a resposta de desligamento a uma parada de emergência em uma linha de produção de transportador. Esses PLCs normalmente têm um conjunto de instruções regulares restrito aumentado com instruções específicas de segurança projetadas para fazer interface com paradas de emergência, telas de luz e assim por diante. A flexibilidade que esses sistemas oferecem resultou em um rápido crescimento da demanda por esses controladores.

PLC em comparação com outros sistemas de controle

PLC instalado em um painel de controle
Centro de controle com um PLC para um RTO

Os PLCs são bem adaptados a uma variedade de tarefas de automação . Esses são processos tipicamente industriais em manufatura onde o custo de desenvolvimento e manutenção do sistema de automação é alto em relação ao custo total da automação e onde mudanças no sistema seriam esperadas durante sua vida operacional. Os PLCs contêm dispositivos de entrada e saída compatíveis com dispositivos e controles piloto industriais; pouco projeto elétrico é necessário, e o problema do projeto centra-se em expressar a sequência de operações desejada. As aplicações de PLC são tipicamente sistemas altamente customizados, então o custo de um PLC empacotado é baixo em comparação com o custo de um projeto de controlador específico customizado. Por outro lado, no caso de bens produzidos em massa, sistemas de controle customizados são econômicos. Isso se deve ao menor custo dos componentes, que podem ser escolhidos de forma otimizada em vez de uma solução "genérica", e onde as despesas de engenharia não recorrentes são distribuídas por milhares ou milhões de unidades.

Os controladores programáveis ​​são amplamente usados ​​em controle de movimento, posicionamento ou torque. Alguns fabricantes produzem unidades de controle de movimento para serem integradas ao PLC para que o código G (envolvendo uma máquina CNC ) possa ser usado para instruir os movimentos da máquina.

Chip PLC / Controlador Embutido

Nano ACE PLC e Chip PLC para pequenos fabricantes de máquinas / volumes pequenos ou médios.

Para máquinas pequenas com volume baixo ou médio. PLCs que podem executar linguagens de PLC como Ladder, Fluxograma / Grafcet, ... Semelhante aos PLCs tradicionais, mas seu tamanho pequeno permite que os desenvolvedores os projetem em placas de circuito impresso personalizadas como um microcontrolador, sem conhecimento de programação de computador, mas com um linguagem fácil de usar, modificar e manter. Está entre o clássico PLC / Micro-PLC e os Microcontroladores.

Cam timers

Para tarefas de automação fixa de alto volume ou muito simples, diferentes técnicas são usadas. Por exemplo, uma máquina de lavar louça de consumo barato seria controlada por um temporizador de came eletromecânico custando apenas alguns dólares em quantidades de produção.

Microcontroladores

Um projeto baseado em microcontrolador seria apropriado onde centenas ou milhares de unidades serão produzidas e, portanto, o custo de desenvolvimento (projeto de fontes de alimentação, hardware de entrada / saída e testes e certificação necessários) pode ser distribuído por muitas vendas, e onde o fim -user não precisaria alterar o controle. As aplicações automotivas são um exemplo; milhões de unidades são construídas a cada ano e muito poucos usuários finais alteram a programação desses controladores. No entanto, alguns veículos especiais, como ônibus de trânsito, usam PLCs economicamente em vez de controles personalizados, porque os volumes são baixos e o custo de desenvolvimento seria antieconômico.

Computadores de placa única

Um controle de processo muito complexo, como o usado na indústria química, pode exigir algoritmos e desempenho além da capacidade até mesmo de PLCs de alto desempenho. Controles de altíssima velocidade ou precisão também podem exigir soluções personalizadas; por exemplo, controles de voo de aeronaves. Computadores de placa única usando hardware semi-customizado ou totalmente proprietário podem ser escolhidos para aplicações de controle muito exigentes, onde o alto custo de desenvolvimento e manutenção pode ser suportado. Os "soft PLCs" executados em computadores do tipo desktop podem fazer interface com hardware de E / S industrial enquanto executam programas em uma versão de sistemas operacionais comerciais adaptados para as necessidades de controle de processo.

A crescente popularidade dos computadores de placa única também influenciou o desenvolvimento de PLCs. Os PLCs tradicionais são geralmente plataformas fechadas , mas alguns PLCs mais novos (por exemplo, ctrlX da Bosch Rexroth , PFC200 da Wago , PLCnext da Phoenix Contact e Revolution Pi da Kunbus) fornecem os recursos dos PLCs tradicionais em uma plataforma aberta .

Controladores PID

PLCs podem incluir lógica para loop de controle analógico de realimentação de variável única, um controlador PID . Um loop PID pode ser usado para controlar a temperatura de um processo de fabricação, por exemplo. Historicamente, os PLCs eram geralmente configurados com apenas alguns loops de controle analógico; onde os processos exigiam centenas ou milhares de loops, um sistema de controle distribuído (DCS) seria usado. À medida que os PLCs se tornaram mais poderosos, o limite entre os aplicativos DCS e PLC foi borrado.

Relés lógicos programáveis ​​(PLR)

Nos anos mais recentes, pequenos produtos chamados relés lógicos programáveis ​​(PLRs) ou relés inteligentes tornaram-se mais comuns e aceitos. Eles são semelhantes aos PLCs e são usados ​​na indústria leve, onde apenas alguns pontos de E / S são necessários e baixo custo é desejado. Esses pequenos dispositivos são normalmente feitos em um tamanho e formato físicos comuns por vários fabricantes e marcados pelos fabricantes de CLPs maiores para preencher sua linha de produtos de baixo custo. A maioria deles tem 8 a 12 entradas discretas, 4 a 8 saídas discretas e até 2 entradas analógicas. A maioria desses dispositivos inclui uma pequena tela LCD do tamanho de um selo postal para visualizar a lógica ladder simplificada (apenas uma pequena parte do programa sendo visível em um determinado momento) e o status dos pontos de E / S e, normalmente, essas telas são acompanhadas por um Botão basculante de 4 vias e mais quatro botões separados, semelhantes aos botões em um controle remoto de videocassete, e usados ​​para navegar e editar a lógica. A maioria tem um pequeno plugue para conexão via RS-232 ou RS-485 a um computador pessoal para que os programadores possam usar aplicativos simples em sistemas operacionais de uso geral, como MS Windows, macOS ou Linux , que têm interfaces de usuário (G) amigáveis ​​para programação em vez de ser forçado a usar o minúsculo LCD e o conjunto de botões para essa finalidade. Ao contrário dos PLCs regulares que geralmente são modulares e amplamente expansíveis, os PLRs geralmente não são modulares ou expansíveis, mas seu preço pode ser duas ordens de magnitude menor do que um PLC e eles ainda oferecem um design robusto e execução determinística da lógica.

Uma variante dos PLCs, usados ​​em locais remotos, é a unidade terminal remota ou RTU. Uma RTU é normalmente um CLP robusto e de baixa potência, cuja função principal é gerenciar os links de comunicação entre o local e o sistema de controle central (normalmente SCADA ) ou em alguns sistemas modernos, "The Cloud". Ao contrário da automação de fábrica que usa Ethernet de alta velocidade , os links de comunicação para sites remotos costumam ser baseados em rádio e são menos confiáveis. Para compensar a confiabilidade reduzida, a RTU armazenará mensagens em buffer ou mudará para caminhos de comunicação alternativos. Ao armazenar mensagens em buffer, a RTU registrará a data e hora de cada mensagem para que um histórico completo dos eventos do site possa ser reconstruído. As RTUs, sendo PLCs, têm uma ampla faixa de E / S e são totalmente programáveis, normalmente com linguagens do padrão IEC 61131-3 que é comum a muitos PLCs, RTUs e DCSs. Em locais remotos, é comum usar uma RTU como gateway para um PLC, onde o PLC está realizando todo o controle do local e a RTU está gerenciando as comunicações, eventos de registro de data e hora e monitoramento de equipamentos auxiliares. Em locais com apenas um punhado de E / S, a RTU também pode ser o PLC do local e realizará as funções de comunicação e controle.

Veja também

Referências

Bibliografia

Leitura adicional