Um CLP (controlador lógico programável) é um equipamento eletrônico que pode automatizar, controlar e monitorar máquinas e processos industriais de diversos tipos e níveis de complexidade, através de programas específicos desenvolvidos pelo usuário. Ele é mais resistente que um computador comum e pode operar em ambientes adversos, como os que têm poeira, ruídos, vibrações, etc.
Origem do CLP
O primeiro projeto de CLP foi desenvolvido pela General Motors, na década de 1960, nos Estados Unidos. A empresa buscava uma alternativa ao uso dos painéis de relés, que eram dispositivos eletromecânicos usados para controlar circuitos elétricos. Os relés tinham vários problemas, como falhas nos contatos, dificuldade de reconfiguração e necessidade de manutenção frequente.
Com o CLP, o controle nas empresas passou a ser mais rápido e eficiente, pois ele permitia alterar o programa de acordo com as necessidades do processo, sem precisar mudar a fiação. Além disso, o CLP podia coletar e comunicar dados sobre o funcionamento das máquinas e processos.
Ao longo dos anos, o CLP foi evoluindo e incorporando novas tecnologias, como memórias maiores, processadores mais rápidos, interfaces gráficas, comunicação em rede, módulos de entrada e saída remotos, etc.
O que tem dentro de um CLP
Um CLP é composto por três partes principais: o processador (ou CPU), a memória e os módulos de entrada e saída.
O processador é o cérebro do CLP, responsável por executar o programa que contém as instruções de controle e monitoramento das máquinas e processos. O processador também gerencia a comunicação com outros dispositivos, como computadores, IHMs (interfaces homem-máquina), sensores, atuadores, etc.
A memória é onde o programa do CLP é armazenado. Ela pode ser do tipo RAM (volátil) ou ROM (não volátil). A memória RAM guarda os dados temporários do programa, como variáveis, contadores, temporizadores, etc. A memória ROM guarda os dados permanentes do programa, como as instruções lógicas, aritméticas, sequenciais, etc.
Os módulos de entrada e saída são os elementos que conectam o CLP com o mundo externo. Eles recebem os sinais dos sensores (como botões, chaves, termopares, etc.) e enviam os sinais para os atuadores (como motores, válvulas, solenoides, etc.). Os módulos podem ser digitais ou analógicos. Os módulos digitais lidam com sinais discretos (ligado ou desligado), enquanto os módulos analógicos lidam com sinais variáveis (como tensão ou corrente).
Como funciona um controlador lógico programável
O funcionamento básico de um CLP pode ser resumido em quatro etapas:
Leitura das entradas: o CLP lê os sinais dos sensores conectados aos módulos de entrada e armazena esses valores na memória RAM.
Execução do programa: o CLP executa as instruções do programa armazenado na memória ROM, usando os valores das entradas como dados de entrada.
Atualização das saídas: o CLP envia os sinais para os atuadores conectados aos módulos de saída, de acordo com os resultados do programa.
Comunicação: o CLP troca informações com outros dispositivos, como computadores, IHMs, outros CLPs, etc., usando protocolos específicos.
Essas etapas se repetem ciclicamente enquanto o CLP estiver ligado.
Tipos de CLP
Existem vários tipos de CLP no mercado, que se diferenciam pelo tamanho, capacidade, funcionalidade e preço. Alguns exemplos são:
CLP compacto: é um tipo de CLP que tem todos os componentes integrados em uma única unidade. Ele é indicado para aplicações simples e de pequeno porte, que não exigem muitas entradas e saídas, nem muita memória ou processamento. Ele é fácil de instalar e programar, mas tem pouca flexibilidade e expansão.
CLP modular: é um tipo de CLP que tem os componentes separados em módulos que podem ser encaixados em uma base ou rack. Ele é indicado para aplicações complexas e de grande porte, que exigem muitas entradas e saídas, além de mais memória e processamento. Ele é mais difícil de instalar e programar, mas tem mais flexibilidade e expansão.
CLP de segurança: é um tipo de CLP que tem recursos especiais para garantir a segurança das pessoas, máquinas e processos. Ele é capaz de detectar e reagir a falhas, erros ou situações de risco, acionando dispositivos de proteção, como paradas de emergência, travas, alarmes, etc. Ele é usado em aplicações críticas, que envolvem altos níveis de perigo ou responsabilidade.
Linguagem de programação do CLP
Para programar um CLP, é preciso utilizar uma linguagem de programação adequada às necessidades do processo e do programador. Existem várias opções de linguagens, mas a norma internacional IEC 61131-3 define cinco linguagens padrão para os CLPs. São elas:
– Lista de Instruções (IL): é uma linguagem textual, baseada em mnemônicos e operadores, que se assemelha à linguagem assembly. É uma linguagem de baixo nível, que permite um controle detalhado do programa, mas requer mais conhecimento técnico e tempo de desenvolvimento.
– Texto Estruturado (ST): é uma linguagem textual, baseada em estruturas condicionais, laços e blocos de funções, que se assemelha à linguagem Pascal. É uma linguagem de alto nível, que permite uma programação mais clara e estruturada, mas requer mais memória e processamento.
– Diagrama de Blocos Funcionais (FBD): é uma linguagem gráfica, baseada em blocos de funções interconectados por linhas, que se assemelha aos diagramas elétricos. É uma linguagem intuitiva e modular, que permite uma programação visual e concisa, mas pode se tornar confusa se o programa for muito complexo ou mal organizado.
– Diagrama Ladder (LD): é uma linguagem gráfica, baseada em contatos e bobinas dispostos em linhas horizontais (rungs), que se assemelha aos diagramas de relés. É uma linguagem simples e popular, que permite uma programação fácil e rápida, mas pode ser limitada para expressar operações matemáticas ou lógicas avançadas.
– Gráfico de Função Sequencial (SFC): é uma linguagem gráfica, baseada em etapas e transições dispostas em colunas verticais, que se assemelha aos fluxogramas. É uma linguagem adequada para programar máquinas de estado e sequenciadores, que permite uma programação clara e organizada, mas depende de outras linguagens para definir as ações e condições das etapas e transições.
Onde os CLPs são usados?
Os CLPs são usados em diversos setores industriais, tais como:
– Automação industrial: os CLPs controlam e monitoram máquinas e processos produtivos em indústrias como automobilística, metalúrgica, química, farmacêutica, alimentícia, entre outras. Os CLPs permitem aumentar a eficiência, a qualidade e a segurança dos produtos e processos industriais.
– Automação predial: os CLPs controlam e monitoram sistemas como iluminação, climatização, segurança, elevadores, entre outros. Os CLPs permitem reduzir o consumo de energia, otimizar o conforto e a segurança dos usuários dos edifícios.
– Automação residencial: os CLPs controlam e monitoram sistemas como iluminação, climatização, áudio e vídeo, cortinas, entre outros. Os CLPs permitem personalizar o ambiente, aumentar o conforto e a segurança dos moradores das residências.
– Automação ferroviária: os CLPs controlam e monitoram sistemas como sinalização, comunicação, frenagem, tração, entre outros. Os CLPs permitem aumentar a segurança, a velocidade e a pontualidade dos trens e metrôs.
Principais funcionalidades
As principais funcionalidades de um CLP são:
– Entradas e saídas: são os módulos que permitem ao CLP receber informações sobre o processo (entradas) e enviar comandos para o processo (saídas). As entradas e saídas podem ser digitais ou analógicas, internas ou externas, dependendo do tipo de sinal que elas recebem ou enviam.
– Unidade de processamento (CPU): é o módulo que executa o programa do usuário, armazenado na memória do CLP. A CPU realiza um ciclo de varredura, que consiste em ler as entradas, processar o programa e atualizar as saídas. A CPU também gerencia as comunicações com outros dispositivos e sistemas.
– Memória: é o módulo que armazena o programa do usuário, os dados do processo e as configurações do CLP. A memória pode ser volátil ou não volátil, dependendo da necessidade de manter os dados quando o CLP é desligado.
– Comunicação: é o módulo que permite ao CLP trocar informações com outros dispositivos e sistemas, como IHMs, computadores, outros CLPs, redes industriais, entre outros. A comunicação pode ser feita por meio de portas seriais, Ethernet, wireless, entre outras. A comunicação pode seguir diferentes protocolos, como Modbus, Profibus, Ethernet/IP, entre outros.
Como escolher um CLP?
Para escolher um CLP adequado para uma aplicação industrial, é preciso considerar alguns fatores, tais como:
– A tecnologia do equipamento: o CLP deve ter um hardware e um software de controle compatíveis com o segmento industrial e com as funções desejadas. Além disso, o CLP deve ter uma interface de programação fácil de usar e de entender .
– A instalação do equipamento: o CLP deve ser fácil de instalar e de conectar aos demais dispositivos do sistema, como sensores, atuadores, inversores, IHMs, etc. O CLP também deve ter uma fonte de alimentação estável e redundante, para evitar interrupções no funcionamento .
– A velocidade do equipamento: o CLP deve ter uma CPU e uma memória capazes de processar as informações e as instruções em tempo real, garantindo a precisão e a eficiência do controle. O CLP também deve ter uma comunicação rápida e segura com os outros elementos do sistema .
– O fornecedor do equipamento: o CLP deve ser adquirido de um fornecedor confiável, que ofereça suporte técnico, garantia, assistência e atualizações. O fornecedor também deve ter experiência no mercado e conhecimento das normas e regulamentações do setor .
Principais fabricantes de CLP no Brasil e no mundo
Existem diversos fabricantes de CLP no mercado nacional e internacional, cada um com suas características, vantagens e desvantagens. Alguns dos principais são:
– ABB: é uma empresa suíça que oferece soluções de automação com CLPs da linha AC500, que se destacam pela flexibilidade, modularidade e desempenho. Os CLPs da ABB podem ser aplicados em diversos setores e aplicações, como água, energia renovável, automação de máquinas, manuseio de materiais, marítimo e outros .
– Siemens: é uma empresa alemã que oferece soluções de automação com CLPs das linhas SIMATIC S7, LOGO! e SIRIUS. Os CLPs da Siemens são reconhecidos pela qualidade, confiabilidade e inovação. Os CLPs da Siemens podem ser aplicados em diversos setores e aplicações, como indústria 4.0, manufatura digital, automação predial, energia inteligente e outros .
– Rockwell Automation: é uma empresa americana que oferece soluções de automação com CLPs das linhas Allen-Bradley ControlLogix, CompactLogix, MicroLogix e Micro800. Os CLPs da Rockwell Automation são conhecidos pela robustez, compatibilidade e facilidade de integração. Os CLPs da Rockwell Automation podem ser aplicados em diversos setores e aplicações, como alimentos e bebidas, automotivo, farmacêutico, petróleo e gás e outros .
– Schneider Electric: é uma empresa francesa que oferece soluções de automação com CLPs das linhas Modicon M340/M580/M251/M241/M221/M171/M172. Os CLPs da Schneider Electric são caracterizados pela versatilidade, escalabilidade e conectividade. Os CLPs da Schneider Electric podem ser aplicados em diversos setores e aplicações, como máquinas inteligentes, infraestrutura crítica, energia sustentável e outros .
– Mitsubishi Electric: é uma empresa japonesa que oferece soluções de automação com CLPs das linhas MELSEC iQ-R/iQ-F/FX5U/FX3U/L/QnA/QnU/QnAS. Os CLPs da Mitsubishi Electric são famosos pela durabilidade, funcionalidade e produtividade. Os CLPs da Mitsubishi Electric podem ser aplicados em diversos setores e aplicações, como automação de fábrica, robótica, processamento de imagem, controle de movimento e outros .
Além desses, existem outros fabricantes de CLP no Brasil e no mundo, como Geonav, Festo, SMC, Omron, WEG, Altus, Novus, entre outros.
