Contexto Histórico

O problema da indústria;
O desafio da General Motors - 1968;
Modular Digital Controller (MODICON 084);
Ler-Decidir-Acionar;
Definições (ABNT, NEMA e IEC);
Tipos de CLPs (Compactos e Modulares);
Fabricantes;
Norma IEC 61131-3;

Contexto

O final da década de 60 proporcionaram para o desenvolvimento tecnológico industrial um marco de extrema importância para o grande desenvolvimento da automação no chão de fábrica, o nascimento do primeiro controlador programável.

A General Motors, já uma grande montadora de veículos automotores, lançou um desafio técnico, que refletia um grande inconveniente para a produção, que precisava ser expandida, mas que possuia um gargalo tecnológico no setup da linha de produção.

Figura 1: General Motors - Linha de montagem

Para a alteração de um modelo de fabricação na linha de montagem, era necessário redesenhar todo o processo, remontando os paineis de acionamento e dispositivos, devido a alteração da lógica de acionamento, que era completamente realizada por circuitos a rele.

Figura 2: Paineis montados com lógica de contatos - Reles

Todo este processo demandava muito tempo, o que impedia a produção de ser executada em toda troca de modelo de produção, implicando em altos gastos de tempo e dinheiro.

Assim, a Hydronic Division da GM, em 1968, propôs que gostaria de um dispositivo com as seguintes características:

Facilidade de programação e reprogramação, linguagem de contatos;
Possibilidade de manutenção e reparo, blocos de entradas e saídas modulares;
Confiabilidade, para ser utilizado em ambiente industrial;
Redução de tamanho;
Custo competitivo.

No ano seguinte, a Bedford Associate cumpriu o desafio com o seu Modular Digital Controller (MODICON 084), projeto este liderado pelo engenheiro Richard E. Morley (01/12/1932 –17/10/2017), entrando para a história pelo desenvolvimento de um dos mais importantes equipamentos tecnológicos da todos os tempos, revolucionando a indústria e impulsionando de forma inédita a automação industrial.

Figura 3: Modular Digital Controller - MODICON 084

O Controlador Digital e Modular

O objetivo do MODICON 084 e de sua linhagem, até os dias atuais é, controlar máquinas ou processos por meio da leitura de sinais de entrada (como chaves ou sensores) e decidir, por meio de instruções pré-programadas, as ações a serem realizadas no acionamento de contatores, válvulas, motores e demais cargas.

Figura 4: Controlador Digital e Modular

Desta forma, é possível substituir todo o volume de reles responsáveis por realizar as lógicas de acionamento de forma física, por operações lógicas processadas pelo controlador, sobrando apenas a interface simples entre os dispositivos de entrada de dados, inicialmente, de lógica booleana, como sensores, chaves, fins de curso, e dispositivos de saída, como contatores, válvulas e sinaleiros.

Figura 5: Diagrama elétrico de comando e com o controlador digital modular

Assim, para mudanças lógicas, no comportamento de um equipamento ou sistema sem mudar sua interface, não é necessário remontar todo o painel de comandos, apenas alterar o programa que está na memória do controlador que o comportamento do sistema muda.

A Norma

Existem várias definições para o Controlador Lógico Programável (CLP), que convergem, mas com graus de profundidades diferentes, entre Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), National Electrical Manufacturers Association (NEMA) e a International Electrotechnical Commission (IEC). Apresento aqui a definição desta última:

“Sistema eletrônico operando digitalmente, projetado para uso em um ambiente industrial, que usa uma memória programável para a armazenagem interna de instruções orientadas para o usuário para implementar funções específicas, tais como lógica, sequencial, temporização, contagem e aritmética, para controlar, através de entradas e saídas digitais ou analógicas, vários tipos de máquinas ou processos. O controlador programável e seus periféricos associados são projetados para serem facilmente integráveis em um sistema de controle industrial e facilmente usados em todas suas funções previstas.”

Tipos de CLP

Aqui são destacadas algumas classificações de CLPs, lembrando que podem haver divergências quanto aos conceitos dos tipos.

	Figura 6: Tipos de CLP
Compacto	Modular

Compacto

Normalmente é composto por um só módulo digital com baixa capacidade de entradas e saídas, no máximo 16 de cada, de modo que possua baixo custo, e por consequencia uma reduzida capacidade de memória, em torno de 512 passos, comparado com outros dispositivos;

Tais características permitem que se aplique este tipo de dispositivo em diversas pequanas automações em que seria inviável economicamente o uso de um equipamento convencional para uso exclusivo industrial.

Entre as principais aplicações, destacam-se:

Sistemas de iluminação;
Comandos de portas e cancelas;
Sistemas de energia;
Sistemas de refrigeração e ar condicionado;
Sistemas de ventilação;
Sistemas de transporte;
Controle de silos e elevadores;
Comando de bombas e compressores;
Sistemas de alarme;
Comando de semáforos;
Sistemas de irrigação;

Modulares

A principal característica, que nomeia a classificação é que foi uma exigência de concepção e a sua montagem de forma modular, separando cada bloco do circuito de modo a permitir a fácil substituição ou agregação de novos blocos com novas funcionalidades.

Os principais módulos que formam o CLP são:

Fonte de alimentação;
CPU Principal;
CPUs Auxiliares;
CPUs Dedicadas;
E/S Digitais e Analógicas;
E/S Especializados;
Módulos de Rede Local ou Remota.

Figura 7: Diversos modelos de CLP

Fabricantes e o Mercado

CLP é marca registrada da Rockwell Automation, assim é comum, mesmo em português, o uso da sigla PLC de Programmable Logic Controller ou de forma mais genérica a denominação Controlador Programável.

Figura 8: Principais fabricantes de CLP

Figura 9: Mercado de CLP

Fonte: Where Siemens, Emerson, Rockwell Automation, ABB, and Schneider Electric place emphasis - Carlos Unda - LinkedIn

IEC-61131

Para que equipamentos industriais de automação sejam facilmente integráveis como pressupõe a norma, foram criados grupos de trabalho da IEC para avaliar e padronizar o projeto de CLPs em vários aspectos, tais como:

Hardware;
Forma de instalação;
Procedimento de testes;
Documentação;
Formas de programação e comunicação.

Assim foi desenvolvida a norma IEC 61131 e suas várias seções:

IEC 61131-1: Informações gerais. Nomenclaturas e conceitos.
IEC 61131-2: Requisitos de Equipamentos e Testes. Parte eletrônica e mecânica;
IEC 61131-3: Linguagens de Programação. Linguagens e forma de execução de programas;
IEC 61131-4: Diretrizes de usuário. Instalação, manutenção etc;
IEC 61131-5: Comunicação. Funções de comunicações com outros equipamentos;
IEC 61131-6: Reservada;
IEC 61131-7: Reservada para Lógica Fuzzy (Ferramenta Computacional);
IEC 61131-8: Orientações para as formas de simplementação das linguagens de programação.

Figura 10: Linguagens definidas pela Norma IEC 61131-3

Material Complementar