Interconectividade PLC: unindo silos de dados para manufatura inteligente

Esta publicação analisa o valor essencial da interação entre PLCs, descobre as principais abordagens de interação, avalia os principais protocolos e suas diferenças de eficiência e, por meio de contrastes de informações e estudo funcional, orienta os leitores na escolha e configuração de opções de interação ideais.

Introdução: A inevitabilidade da interconectividade do PLC na era da manufatura inteligente

No atual cenário de mudanças industriais internacionais, a automação industrial não é mais apenas um dispositivo para aumentar a eficácia da produção; é um pilar fundamental para a construção de sistemas de fabricação adaptáveis e para permitir a tomada de decisões baseada em dados.

Sendo o “cérebro” dos sistemas de controle industrial, o Controlador Lógico Programável (CLP) ocupa um lugar crucial. No entanto, com a expansão das faixas de produção, o aumento da complexidade dos processos e a profunda assimilação das tecnologias da Internet das Coisas (IoT), os sistemas PLC autônomos frequentemente falham.

Há uma necessidade imediata de estabelecer links de interação eficientes, estáveis e confiáveis entre PLCs dispersos por diferentes linhas de produção e responsáveis por tarefas específicas, para alcançar compartilhamento contínuo de informações, operação integrada de equipamentos e otimização internacional dos processos de produção.

O modelo típico de “silo de informações” se tornou, na verdade, um grande engarrafamento que impede o avanço da produção inteligente.

Por exemplo, se o CLP de uma linha de embalagem de produtos não consegue obter informações de fabricação em tempo real da linha de carregamento anterior, isso leva a desigualdades de ritmo. Da mesma forma, se um CLP de controle de robô não consegue compartilhar informações de falhas com o CLP da linha de produção principal, isso aumenta o tempo de inatividade.

Essas preocupações enfatizam a importância da comunicação entre PLCs. Ela não apenas serve como uma ponte para a troca de informações no nível do equipamento, mas também cria a base para a combinação, avaliação e tomada de decisões de dados em toda a fábrica e também em nível empresarial.

Interconectividade PLC: a pedra angular e o valor central da manufatura inteligente

A interação entre PLCs vai muito além da simples transferência de informações; ela é a pedra angular para que os sistemas de automação industrial modernos alcancem os seguintes valores fundamentais:

Compartilhamento de informações e transparência: Informações de fabricação em tempo real (como resultados, status das ferramentas, códigos de falha, etc.) trocadas entre diferentes CLPs fornecem monitoramento da produção com uma análise detalhada das operações da fábrica. Isso forma a base de informações para análises de dados em larga escala e antecipação de manutenções, ajudando a reduzir paradas inesperadas e aumentar a Eficiência Geral do Equipamento (OEE).

Operação Colaborativa e Otimização de Processos: Por meio da interação, vários CLPs podem executar colaborativamente tarefas complexas de fabricação. Por exemplo, em uma linha de montagem automatizada, a alimentação, o manuseio, a inspeção e o empacotamento dos produtos podem ser controlados por diferentes CLPs. A sincronização de dados entre eles garante um fluxo de fabricação tranquilo e eficiente.

Gerenciamento Centralizado e Controle Remoto: A comunicação entre PLCs permite que salas de controle principais ou sistemas de gerenciamento (como SCADA e MES) verifiquem, reajustem parâmetros e detectem remotamente múltiplos PLCs de forma centralizada. Isso melhora significativamente a manutenibilidade e a escalabilidade do sistema, minimizando os custos funcionais e de manutenção.

Fabricação adaptável e resposta rápida: Diante das necessidades de mercado em rápida transformação, as instalações fabris contemporâneas precisam de capacidades de produção ágeis. A interconectividade PLC torna a reconfiguração e os ajustes da linha de produção ainda mais flexíveis. Por meio de configuração remota e downloads de programas, novas tarefas de produção podem ser rapidamente adaptadas. Essencialmente, a interconectividade PLC é um caminho importante para o desenvolvimento de fábricas digitais, permitindo a tomada de decisões inteligentes e fortalecendo a concorrência entre empresas.

Análise e comparação completas dos principais métodos de comunicação

As principais técnicas de comunicação entre CLPs incluem comunicação serial, interação idêntica e comunicação Ethernet Industrial. Compreender suas características é crucial para escolher a solução ideal.

Comunicação serial:

• Características: Transmite dados bit a bit. Requer menos linhas de sinal, adequado para distâncias maiores.
• Vantagens: Fiação elétrica simples, preço reduzido, resistência sonora relativamente melhor.
• Limitações: Velocidade de transmissão relativamente mais lenta, capacidade mínima em tempo real.
• Protocolos típicos: Modbus RTU/ASCII, PPI, protocolos RS-232/ RS-485 personalizados, etc.

Comunicação Paralela:

• Qualidades: Transmite informações em bytes ou palavras simultaneamente por várias linhas de dados.
• Benefícios: Alta velocidade de transmissão, forte capacidade em tempo real.
• Limitações: Fiação complexa, curta distância de transmissão, preço mais alto, suscetível a interferências.
• Aplicações comuns: Usado principalmente para requisitos de curta distância e alta velocidade, frequentemente entre módulos PLC ou entre um PLC e componentes de E/S de alta velocidade, muito menos frequentemente utilizado como uma abordagem convencional para conectividade entre PLCs.

Comunicação Ethernet Industrial:

• Atributos: Baseado na tecnologia Ethernet padrão, mas maximizado para eficácia e eficiência em tempo real em ambientes industriais. Utiliza o conjunto de protocolos TCP/IP, suportando diferentes geografias de rede, como estrela, barramento e anel.
• Benefícios: Alta velocidade (100 Mbps/Gbps), grande capacidade de informação, alta flexibilidade de rede, suporte a vários mestres e servidores, combinação simples com redes de TI e excelente escalabilidade.
• Limitações: Investimento inicial relativamente maior, arranjo mais complexo.

Guia de Avaliação e Seleção para Protocolos de Comunicação Convencionais

Os procedimentos de interação são a "linguagem" da troca de informações, especificando o estilo, o tempo e os dispositivos de tratamento de erros para a transmissão de informações. Na interação entre PLCs, a seleção do procedimento ideal é fundamental para o layout do sistema.

Protocolo Modbus

• Introdução: O Modbus é um protocolo de comunicação serial duradouro, aberto e amplamente adotado, que suporta interfaces físicas de usuário como RS-232 e RS-485. Ele também evoluiu para o Modbus TCP, baseado em Ethernet.
• Características: Estrutura de procedimento simples, fácil de aplicar e depurar. Suporta configuração mestre-escravo, onde um mestre pode lidar com vários servos. Ricos tipos de informações, consistindo em bobinas e registradores.
• Aplicações: Comumente usado para interação entre várias marcas de PLC, ou entre PLCs e ferramentas, sensores, IHMs, especificamente em situações com necessidades menos rigorosas de tempo real ou como uma interface de uso geral.

Protocolo PPI (Interface Ponto a Ponto)

• Visão geral: PPI é um protocolo de comunicação serial exclusivo dos PLCs da série S7-200 da Siemens, baseado na camada física RS-485.
• Qualidades: Específico para CLPs Siemens da série S7-200, utilizado principalmente para upload/download de programas com aplicativos de software (Step7-Micro/Win) e comunicação entre o S7-200 e IHMs. Suporta configuração mestre-escravo.
• Aplicações: Limitado aos CLPs Siemens da série S7-200. Nas atuais séries S7-1200/1500, foi amplamente substituído pela interação PROFINET/Ethernet.

Protocolo PROFINET

• Resumo: PROFINET é um procedimento de comunicação de automação industrial desenvolvido pela PROFIBUS & PROFINET International (PI), baseado em Ethernet básica.
• Características: Capacidade de alta velocidade e forte em tempo real (sustentando IR_T e vários outros cursos em tempo real), suporta topologias de rede adaptáveis (linha, estrela, anel), integra desempenhos de análise e promove fácil gerenciamento de ferramentas e arranjo de design.
• Aplicações: Amplamente adotado por diversas marcas de CLPs, como Siemens e Beckhoff, é a escolha preferida para linhas de produção complexas, de alta velocidade e críticas em tempo real (por exemplo, fabricação de automóveis, máquinas de embalagem).

Protocolo EtherNet/IP

• Visão geral: EtherNet/IP (Ethernet Industrial Protocol) é um protocolo industrial desenvolvido pela ODVA (Open DeviceNet Vendors Association), também baseado no padrão Ethernet.
• Características: Utiliza o Protocolo Industrial Comum (CIP) para unificar funcionalidades de controle, segurança, configuração e diagnóstico. Suporta Mensagens Explícitas e Implícitas para troca flexível de dados e controle de alto desempenho em tempo real.
• Aplicações: Amplamente utilizado com Rockwell Automation PLCs Allen-Bradley e vários outros dispositivos compatíveis com CIP. Dominante no mercado norte-americano.