Dominando a Arte da Seleção de PLCs: Um Guia Prático para Engenheiros de Automação

Vamos discutir como selecionar fabricantes, calcular pontos de E/S e tomar decisões otimizadas com base nos requisitos de comunicação e na capacidade de memória.

I. Seleção do Fabricante: A Lógica por Trás da Marca

Determinar o CLP O fabricante é o primeiro passo. Não se trata apenas de reconhecimento da marca; trata-se, sobretudo, de considerar os hábitos do usuário, a competência da equipe de design e o suporte técnico pós-venda.

Em termos de confiabilidade, a qualidade do hardware geralmente não é um problema com nenhuma grande marca internacional. No entanto, existem diferenças significativas na filosofia de design entre as regiões.

Na minha opinião, se você estiver controlando uma máquina autônoma ou um sistema relativamente simples, as marcas japonesas de PLC (como Mitsubishi ou Omron) oferecem uma vantagem significativa em termos de relação custo-benefício. Seus conjuntos de instruções são geralmente intuitivos e fáceis de dominar.

Por outro lado, se o seu projeto for um sistema de controle distribuído (DCS) de grande escala com requisitos extremamente elevados de comunicação em rede, os PLCs europeus e americanos (como os da Siemens ou...) Automação Rockwell) são superiores. Suas estruturas lógicas são mais adequadas para lidar com controle de processos complexos e troca massiva de dados.

Para lhe dar uma perspectiva mais clara, criei a seguinte tabela comparando essas duas categorias principais:

Além disso, para setores específicos (como metalurgia ou tabaco), deve-se priorizar sistemas PLC que já possuam aplicações consolidadas nesse setor. Isso reduz significativamente o risco de falhas devido à incompatibilidade ambiental.

II. Estimativa precisa dos pontos de entrada/saída (E/S)

A quantidade de entradas/saídas (I/O) é o parâmetro mais fundamental de um CLP (Controlador Lógico Programável). Muitos iniciantes cometem erros aqui, comprando poucas e ficando sem, ou comprando muitas e desperdiçando o orçamento.

A base para a determinação deve ser a soma de todos os pontos de entrada e saída necessários para controlar o equipamento. No entanto, na prática profissional, nunca calculamos "apenas o suficiente". É preciso deixar uma margem de segurança.

Com base na minha experiência, a prática padrão é:

1. Faça a contagem de todos os pontos de E/S com fio.
2. Adicionar um 10% a 20% margem de expansão sobre essa base.

III. Estimativa científica da capacidade de memória

A capacidade de memória refere-se ao tamanho de armazenamento fornecido pelo hardware do CLP (Controlador Lógico Programável). Precisamos garantir que a capacidade de memória do CLP seja maior do que a necessária atualmente, para permitir futuras alterações ou adições ao projeto.

Vou compartilhar uma fórmula de estimativa comumente usada na área de engenharia. Embora a literatura varie, este método é prático e seguro:

1. Multiplique o número de pontos de E/S digitais por 10 a 15.
2. Multiplique o número de pontos de E/S analógica por 100.
3. Some a soma desses dois resultados para obter o número total de palavras necessárias (considerando palavras de 16 bits).
4. Por fim, adicione uma margem de 25% a esse total.

Por exemplo, certos modelos da série Siemens S7-300 podem oferecer 64 KB ou 128 KB de memória de trabalho; você precisa escolher a CPU adequada com base na estimativa acima.

IV. Funções de Comunicação: A Base da Internet Industrial

Os PLCs modernos não são mais ilhas isoladas. As funções de comunicação estão se tornando cada vez mais poderosas e complexas. Durante a seleção, é preciso definir a posição do PLC dentro da arquitetura de rede geral.

As topologias de rede comuns de sistemas PLC incluem:

• Modo Mestre do PC: Um computador funciona como uma estação SCADA/de monitoramento, gerenciando vários PLCs.
• Rede Multi-PLC: Um PLC atua como mestre, com os outros atuando como escravos.
• Integração com DCS: O PLC funciona como uma sub-rede de nível inferior conectada a um DCS de grande escala.
• Redes proprietárias: Redes de protocolo fechado específicas para fabricantes.

Para evitar sobrecarregar a CPU, recomendo fortemente o uso de Processadores de Comunicação (PC) independentes, baseados nas necessidades reais. Por exemplo, se for necessária uma transmissão significativa de dados Ethernet, não deixe que a CPU processe todos os pacotes de dados diretamente; a instalação de um módulo de comunicação dedicado pode melhorar significativamente a estabilidade do sistema.

V. Seleção do formato: compacto ou modular?

Essa é a escolha física mais visível durante o processo de seleção.

• PLC compacto (monolítico):
  • Pontos de E/S fixos, tamanho reduzido, baixo custo. Normalmente usado em pequenos sistemas de controle.
  • Repetições típicas: Siemens S7-200 SMART, Mitsubishi Série FX, Omron Série CP.
• PLC modular:
  • Assim como blocos de construção, a fonte de alimentação, a CPU e os módulos de E/S podem ser selecionados independentemente e conectados a um backplane/rack. Configuração extremamente flexível, adequada para sistemas de médio a grande porte.
  • Repetições típicas: Siemens S7-300/400/1500, Série Q da Mitsubishi.

VI. Dicas para selecionar módulos de E/S

Após a seleção da CPU e do rack, o próximo passo é escolher os módulos de E/S específicos. Há nuances técnicas significativas nessa etapa.

1. Módulos de Saída Digital

Para módulos de saída, você normalmente tem três opções, cada uma com vantagens e desvantagens distintas:

• Saída de relé:
  • Prós: Barato, com ampla faixa de voltagem (compatível com CA/CC).
  • Contras: Vida útil curta, tempo de resposta lento, inadequado para comutação frequente.
• Saída do transistor:
  • Prós: Resposta extremamente rápida, longa vida útil, adequado para servo controle de pulso.
  • Contras: Baixa capacidade de sobrecarga, geralmente suporta apenas corrente contínua (CC).
• Saída do Triac (Tiristor):
  • Prós: Resposta rápida, adequada para comutação frequente de cargas indutivas.
  • Contras: Caro.

Meu conselho: Se você estiver acionando cargas que comutam com pouca frequência, como válvulas solenoides, a saída de relé é a mais econômica. Se estiver controlando motores de passo ou exigindo comutação de alta frequência, você deve selecionar a saída de transistor.

2. Módulos de Entrada/Saída Analógica

Para sinais analógicos, concentre-se no tipo de sinal.

• Tipos de entrada: Os sinais comuns incluem corrente (4-20 mA) e tensão (0-10 V). Existem também módulos de temperatura especializados para conexão direta a termopares ou RTDs.
• Tipos de saída: Também dividido em tensão e corrente, usados para controle. Frequência VFD ou regulando a posição da válvula.

Ao selecionar, preste atenção à compatibilidade de canais. As configurações mais comuns são módulos de 2, 4 ou 8 canais.

VII. Não se esqueça dos módulos de função

O controle lógico padrão pode ser suficiente para tarefas básicas, mas se o seu equipamento exigir posicionamento preciso ou controle de temperatura, módulos de função especializados são indispensáveis.

• Módulos de posicionamento: Para controle de servomotores/motores de passo.
• Módulos de contador de alta velocidade: Para conectar encoders.
• Módulos de controle PID: Para controle de processos em circuito fechado.

Ao selecionar esses dispositivos, considere não apenas a compatibilidade de hardware, mas também a facilidade de programação do software. Por exemplo, a série Mitsubishi FX permite a leitura/gravação de dados de módulos especiais por meio de um processo simples. DE e PARA instruções, o que demonstra a praticidade do software.

VIII. Três Princípios Gerais de Seleção

Finalmente, após a definição provisória dos modelos e especificações, revise sua lista de materiais (BOM) com base nestes três princípios:

1. Conveniência Simplifique o projeto do circuito. Por exemplo, priorize módulos de saída que possam acionar as cargas diretamente. Isso elimina a necessidade de muitos relés intermediários, economizando dinheiro e reduzindo potenciais pontos de falha.
2. Universalidade (Padronização) Em uma fábrica ou em um único projeto, minimize a variedade de tipos de módulos. Por exemplo, se possível, use exclusivamente módulos com entrada de 24 V CC em vez de misturar com entradas de 220 V CA. Isso facilita a aquisição de peças de reposição e torna mais fácil para a equipe de manutenção memorizar o sistema.
3. Compatibilidade Para evitar falhas de comunicação inexplicáveis, o ideal é selecionar produtos do mesmo fabricante para os principais componentes do sistema PLC. Embora os protocolos modernos sejam abertos, a compatibilidade entre dispositivos da mesma marca é sempre a mais confiável.