Como já mencionamos no artigo sobre a história do controlador programável, o termo CLP vem da abreviação de Controlador Lógico Programável, um dispositivo eletrônico com hardware e software que permite comandar aplicações industriais. Dentre os seus componentes estão o processador, a memória, a fonte de alimentação, os módulos de entrada e de saída e os dispositivos de programação. Um CLP também possui recursos de software específicos que o permitem ser utilizado em diferentes aplicações para automação, controle e monitoramento de processos e máquinas de variados tipos e complexidades.
Hoje, vamos aprofundar um pouco mais o assunto e falar sobre as principais características de hardware e recursos de software avançados presentes nos CLPs mais avançados do mercado. Nos acompanhe pelos próximos parágrafos e saiba mais sobre o funcionamento de um controlador programável.
Conhecendo o hardware de um CLP
Agora que você já aprendeu um pouco sobre a história dos CLPs e viu alguns motivos do porque utilizar um controlador programável em sua unidade de negócio, vamos aprofundar um pouco mais o assunto e falar sobre as características de hardware e recursos de software presentes nos principais produtos do mercado:
Diagrama em blocos
Terminal de Programação
O terminal de programação geralmente é um computador que se conecta temporariamente ao CLP ou roteador (equipamento que realiza o roteamento de mensagens através de diferentes sub-redes, encaminhando-as ao o seu destino).
O terminal de programação pode ser utilizado para efetuar modificações em programas aplicativos e verificar o funcionamento do sistema, acompanhando todos os passos do programa.
Nos CLPs da Série Nexto, nossa principal família de controladores programáveis, o software de programação responsável por essas ações é o MasterTool IEC XE. Recentemente, lançamos uma nova versão do software, com novas funcionalidades e suporte a mais protocolos de comunicação.
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Terminal de Supervisão
O terminal de supervisão é um computador que permanece conectado ao CLP para a aquisição de dados da máquina/processo. Este computador executa um software supervisório que permite desenvolver telas, gráficos ou receitas para melhor visualizar o estado da máquina/processo.
O SCADA/HMI BluePlant é a solução para supervisão, controle e aquisição de dados da Altus, um software alia design, desempenho e alta conectividade em um sistema rico em recursos e funcionalidades. Com visual atraente e intuitivo, o supervisório possui uma arquitetura cliente-servidor com inúmeras opções de quantidades de tags de comunicação, além de simulador e ferramentas de depuração.
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Dispositivos de Campo
Equipamentos como atuadores, sensores, transmissores e outros componentes responsáveis por monitor ou acionar outros elementos presentes em uma planta industrial.
Unidade Central de Processamento (CPU)
A CPU é a unidade “inteligente” do CLP onde são tomadas todas as decisões para controle da máquina/processo. Ela recebe os dados de entrada, realiza as decisões lógicas baseada no programa aplicativo, armazena os dados e atualiza as saídas.
Programa aplicativo
É a lógica existente entre os pontos de entrada e de saída e que executa as funções desejadas, de acordo com o estado das entradas no CLP.
Microcontrolador
Circuito mais importante dentro da CPU, é ele que executa as funções internas de controle de todos os circuitos e dados armazenados nas memórias do CLP.
Memória RAM
Circuito responsável pelo armazenamento do programa aplicativo (desenvolvido para controlar a máquina/processo). A RAM é uma memória volátil e perde os dados armazenados caso falte energia elétrica.
Memória FLASH
Circuito responsável pelo armazenamento do programa aplicativo (desenvolvido para controlar a máquina/processo). A FLASH não necessita de energia elétrica para manter os dados armazenados.
Entradas e saídas (E/S)
Elementos (módulos) responsáveis pela interface entre CLP e os dispositivos de campo, realizando a isolação e filtragem dos sinais e a adaptação de níveis de tensão e corrente até a CPU. São divididos em pontos de E/S digitais ou canais analógicos.
Ponto de entrada e de saída
Considera-se um ponto de entrada cada sinal recebido pelo CLP a partir de dispositivos ou componente externo (sensores). Ex.: micro-chaves, botões, relés, fim de curso, etc.
Já os sinais produzidos pelo CLP para acionar dispositivos ou componentes do sistema de controle (atuadores). Ex.: lâmpadas, solenóides, motores, contatores, relés, etc.
Entradas e saídas discretas
São os tipos de sinal mais comumente encontrados em sistemas com CLP. Nessas interfaces a informação consiste em um único bit cujo estado pode apresentar duas possíveis situações: TRUE ou FALSE.
Dispositivos de entrada – seletoras, botões pulsadores, sensores fotoelétricos, chaves fim-de-curso, sensores de proximidade, chaves sensoras de nível, contatos de relés, etc.
Dispositivos de saída – relés de controle, solenóides, válvulas, contatoras, válvulas, alarmes, sinalizadores, sirenes, etc.
Cada um desses elementos é acionado por fontes de alimentação distintas que normalmente não são de mesma magnitude ou natureza. Por esta razão, as interfaces com dispositivos de E/S discretos são disponíveis em vários níveis de tensão CA ou CC, seguindo alguns padrões comerciais: 12 Vcc, 24 Vcc, 110 Vca e 220 Vca. As entradas/saídas CC podem ter configuração SINK (consumidora de corrente – comum negativo), SOURCE (fornecedora de corrente – comum positivo) ou ambas (se o hardware permitir). As figuras a seguir mostram configurações típicas de entradas e saídas discretas.
Entradas e saídas numéricas
A recepção ou envio de sinais numéricos se dá principalmente via pontos de E/S analógicos. A diferença marcante em relação aos sinais discretos é que mais de um bit deverá ser manipulado.
Entradas analógicas – transdutores, potenciômetros, LVDT, etc.
Saídas analógicas – válvulas analógicas, motores CC, atuadores, mostradores, etc.
Entradas multibits – chave thumbwheel, encoder (absoluto/incremental), etc.
Saídas multibits – motores de passo, display de sete segmentos/alfanuméricos, etc.
As faixas de tensão e corrente típicas dos módulos analógicos são:
Corrente – 0 a 20 mA ou 4 a 20 mA.
Tensão – 0 a 10 V e -10 V a +10 V.
Fonte de alimentação
A fonte de alimentação desempenha importante papel na operação do sistema de um CLP. Além de fornecer todos os níveis de tensão para alimentação da CPU e dos módulos de E/S, ela funciona como um dispositivo de proteção, garantindo a segurança e a integridade da tensão de alimentação para todo o sistema, via monitoramento das grandezas elétricas.
Recursos de software embarcados em um CLP
Atualmente, CLPs dos mais variados modelos já contam com recursos avançados de software capazes de reforçar a segurança da aplicação, aumentar a produtividade de processos e qualificar a experiência de programação e operação do usuário.
Vamos ver alguns destes recursos disponíveis nos controladores programáveis mais avançados do mercado, como os CLPs da Série Nexto.
Suporte a multiprotocolos
Para atender às variadas demandas do segmento industrial, os CLPs mais modernos do mercado contam com suporte a diferentes protocolos de comunicação, o que lhes permite comunicar com uma ampla gama de dispositivos de múltiplos fornecedores.
Os produtos da Série Nexto, por exemplo, possuem suporte aos protocolos MODBUS TCP e RTU, PROFIBUS, PROFINET, CANopen e J-1939, IEC 60870-5-104, EtherCAT, EtherNet/IP, OPC DA, OPC UA e MQTT, dependendo do modelo de CPU. Clique no banner abaixo e conheça os protocolos disponíveis em cada um dos CLPs da série:
Biblioteca avançada de Function Blocks
Os Blocos de função, ou Function Blocks, são um meio de programação que permite especificar algoritmos ou conjunto de ações aplicados aos dados de entrada em um CLP. Eles são ideais para rodar algoritmos do tipo PID (Proporcional, Integrativo e Derivativo), contadores, filtros, lógicas booleanas, entre outros.
Os blocos funcionais mais avançados permitem programas de operações numéricas, deslocamento, operações com sequência de bits, processamento de caracteres, conversão de unidades de engenharia, entre outros.
WebServer embarcado
Ferramenta permite a criação de telas de supervisão e monitoramento de aplicação sem a necessidade de usar um sistema SCADA. Embarcado na memória do controlador programável, o recurso pode ser acessado através do navegador web de qualquer dispositivo (computador, tablet ou smartphone) conectado à rede. Além de permitir ao usuário controlar o sistema remotamente, a funcionalidade representa uma considerável economia para o projeto, uma vez que dispensa a utilização de equipamentos e softwares dedicados à supervisão.
Leitura e escrita direta em bancos de dados e conexão com a nuvem
Para atender às demandas mais atuais e ter total aderência ao universo IoT, as CPUs mais modernas também precisam ter capacidade de escrita direta em banco de dados, como o MSSQL, e interação direta com os serviços de hospedagem na nuvem mais relevantes do mercado, como Microsoft Azure, IBM Cloud, Google One e Amazon AWS.
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Conexão via FTP
Outra característica que entrega grande capacidade conectividade aos CLPs é o suporte a conexões FTP. Este recurso habilita o dispositivo a trocar dados com um servidor que utilize este modelo de tecnologia. A funcionalidade permite que os pacotes de dados gerados pelo controlador, como logs coletados através de uma função datalogger, sejam acessados à distância.
Firewall e VPN embarcados
Para dar mais segurança à aplicação, os CLPs aderentes às demandas da Indústria 4.0 também contam com VPN embarcada. O recurso permite criar um túnel privado de conexão direto com a CPU para acessar a rede de controle da unidade produtiva de forma remota e completamente segura. Para aumentar ainda mais segurança do produto, também é indicado que o controlador tenha um firewall para configuração de regras de acesso, redobrando a proteção aos dados do negócio.
Conteinerização através de Docker
A capacidade de criar containers para processamento interno de dados através de uma plataforma Docker é outra funcionalidade avançada presente nos principais CLPs do mercado industrial. O recurso torna possível a virtualização de softwares desenvolvidos para sistemas operacionais Unix. Isso dá mais versatilidade e velocidade a operação do sistema, pois permite o processamento de múltiplos dados dentro da própria CPU.
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