O Motor Central da Automação Industrial: Um Guia Abrangente para os Princípios, Classificação e Seleção de CLPs

Este artigo fornece um estudo aprofundado, em nível de engenharia, do projeto central de CLPsEste artigo descreve os PLCs (Controladores Lógicos Programáveis), suas três categorias principais (Integrados, Modulares e Empilháveis) e suas amplas aplicações em lógica discreta e controle de movimento. Ao avaliar as especificações tecnológicas e as tendências de mercado, esta visão geral serve como uma referência confiável para a escolha de equipamentos PLC e a integração de sistemas.

I. Definindo o PLC

Um CLP (Controlador Lógico Programável) é um sistema eletrônico de computação digital projetado especificamente para operar em ambientes industriais. Se a robótica comercial representa os "braços ou pernas" de um sistema, o CLP funciona como o "sistema nervoso central" que gerencia todo o processo.

1.1 Arquitetura Central

A lógica de projeto de um CLP (Controlador Lógico Programável) espelha as funções fisiológicas humanas, garantindo um desempenho de alto nível em ambientes exigentes:

Microprocessador (CPU): O “cérebro” responsável pelos processos de raciocínio, decodificação de instruções e organização de tarefas.
Memória (ROM/RAM): O “sistema de memória” que armazena o firmware do sistema, a lógica definida pelo usuário (programas de aplicação) e os dados de tempo de execução.
Sistemas de entrada/saída (E/S): A interface “sensorial e motora elétrica”. Interface das unidades de entrada com o campo. sensores (por exemplo, unidades de detecção fotoelétrica, transmissores de pressão), enquanto as unidades de saída acionam atuadores (por exemplo, válvulas solenoides de desligamento, contatores).
Terminal de alimentação e programas: Fornece energia suportada ao backplane e auxilia na comunicação homem-máquina (IHM) para configuração e resolução de problemas.

1.2 Por que os PLCs dominam o controle industrial

Em contraste com os sistemas de controle de relés com fiação fixa tradicionais, os PLCs oferecem uma série de benefícios importantes:

Alta confiabilidade: Desenvolvido com circuitos de integração em larga escala (LSI), incluindo compatibilidade eletromagnética (EMC) durável e capacidades anti-interferência.
Flexibilidade: A reconfiguração do raciocínio é alcançada através da alteração de aplicativos de software, em vez da reconfiguração da fiação do equipamento.
Simplicidade de uso: Utiliza linguagens de diagramação padrão, como o Diagrama de Escada (LD), que está alinhado com o raciocínio do projeto.
Resistência ambiental: Projetado para funcionar de forma confiável em condições extremas de temperatura, ressonância e ruído eletromagnético, com certificação de acordo com os critérios da norma IEC 61131.

II. Classificações de CLP: Dimensionamento para Requisitos do Sistema

O hardware de PLC é categorizado em três tipos principais com base no projeto estrutural. Compreender essas distinções é crucial para uma arquitetura de sistema aprimorada.

1. PLC integrado (PLC compacto)

Um PLC integrado abriga a CPU, as interfaces de E/S, a memória e a fonte de alimentação em um único chassi.

Qualidades: Compacto, de baixo impacto e com custo-benefício, mas com um número fixo de entradas e saídas.
Aplicações: Máquinas OEM independentes de pequena escala, como máquinas de embalagem e máquinas de moldagem por injeção.

2. CLP modular

Também chamado de PLC para montagem em rack, esse tipo permite a instalação de componentes de CPU, componentes de E/S e componentes de comunicação em um backplane ou barramento padrão.

Qualidades: Extremamente escalável, muito fácil de manter e projetado para sistemas complexos.
Aplicações: Linhas de automação para grandes instalações de manufatura, como a montagem de automóveis e o controle de processos químicos. A série Siemens SIMATIC S7-1500 é um excelente exemplo.

3. PLC empilhável

Um design híbrido onde a unidade de CPU é independente e as unidades de expansão são adicionadas através de cabos planos ou interfaces de encaixe direto.

Qualidades: Combina um formato compacto com um certo grau de flexibilidade de configuração.

Tabela 1: Contraste técnico de estruturas PLC .

III. 5 Domínios de Aplicação Significativos

Os PLCs modernos evoluíram muito além dos simples controladores "liga/desliga", tornando-se sistemas multifuncionais que incorporam computação, comunicação e controle de movimento em alta velocidade.

Controle de Raciocínio Discreto: Esta é a aplicação mais básica de um CLP (Controlador Lógico Programável). Ele substitui a lógica de relés tradicional e é amplamente utilizado em impressoras, linhas de embalagem, linhas de galvanoplastia, etc.
Controle de movimento: Utilização de saídas de pulso de alta velocidade ou barramentos de campo industriais (por exemplo, EtherCAT) para posicionamento preciso de servomotores e motores de passo. Essencial para máquinas CNC e robótica industrial.
Controle de Processos: Utilização de fórmulas PID para lidar com sinais analógicos (nível de temperatura, tensão, circulação). Essencial nos mercados de metalurgia, controle de caldeiras de aquecimento central e petroquímica.
Processamento e análise de dados: Os PLCs modernos possuem capacidades matemáticas eficazes, interagindo com sistemas ERP/MES para aquisição, organização e gerenciamento de informações.
Comunicação/Redes Industriais: Suporte a protocolos como PROFINET, Modbus TCP e EtherNet/IP para auxiliar na conexão entre PLCs, IHMs e a Nuvem.

IV. Modismos de Mercado: A Transformação Digital das Empresas de Capital Aberto

As informações de mercado sugerem que a necessidade mundial de PLCs está crescendo a uma taxa composta de crescimento anual (CAGR) de aproximadamente 5% a 7%.

Tabela 2: Previsão de Tendências Tecnológicas do Mercado de PLCs para 2023-2025