CLP versus computador

Detalhe da ventilação forçada

     Uma das principais dúvidas no tema automação industrial é se um computador pode ser utilizado para controlar tais tarefas.
     Os computadores atuais possuem grande capacidade de processamento e armazenamento de dados e vasta possibilidade de interfaceamento com dispositivos externos.
     No entanto, existem pontos fracos que devem ser levados em consideração. A princípio, os sistemas operacionais projetados para trabalharem com várias funções, muitas delas não testadas previamente, podem gerar estragos em programas dedicados e específicos, concebidos para controles. Outro problema é o fato de serem plataformas abertas, pois, caso não sejam tomados os devidos cuidados, pode ocorrer invasão de softwares mal-intencionados. A instabilidade de alguns sistemas operacionais também pode ser um item decisório à não utilização de computadores coordenando processos de alta segurança. Um fato importante é que alguns fabricantes têm se especializado na produção de computadores para o trabalho na indústria, os chamados computadores industriais.
     Aos olhos de um operador, por trás do monitor, essas máquinas são similares aos computadores (possuem teclado e mouse), mas tecnicamente existem grandes diferenças construtivas entre ambos.
     Para compatibilizar seus computadores aos ambientes industriais, alguns fabricantes utilizam recursos mecânicos, o que torna os equipamentos mais robustos e resistentes a vibrações e choques, evitando que as placas internas saiam dos slots em que foram encaixadas, bem como coxins de borracha que absorvem parte dessas interferências mecânicas, protegendo o conjunto disco rígido e unidades de CD e outras mídias.
     Além desses cuidados, aplicam o chassi metálico com pintura condutiva e antiestática, que garante níveis de aterramento em todos os pontos do gabinete e forma também uma gaiola de Faraday, proporcionando grande redução de interferências eletromagnéticas nos componentes internos do gabinete. Dessa maneira, completam as características físicas e técnicas desse equipamento os componentes eletrônicos industriais, que toleram altas temperaturas e o posicionamento das placas, que facilita o fluxo de ar filtrado e forçado para dentro do gabinete, criando uma bolsa de ar que impede a entrada de pequenas partículas prejudiciais ao funcionamento do computador.
     Os CLPs possuem um sistema operacional dedicado ao gerenciamento do equipamento, prevendo quais os tipos de periféricos que serão utilizados. Esses periféricos, como os cartões de entrada e saída, digitais e analógicos, são fabricados pela mesma empresa que desenvolveu a unidade de processamento e o respectivo sistema operacional. Normalmente, não aceitam cartões de outros fabricantes, reduzindo, assim, a probabilidade de falhas por incompatibilidades de CLPs.
      Os computadores possuem barramentos universais que permitem que outros fabricantes de outras marcas compatibilizem seus produtos. Isso requer processos de homologação que nem sempre são rápidos e completos, pois tais homologações são executadas com softwares e versões de sistemas operacionais específicos.
     Qualquer variação nessa configuração pode exigir nova homologação. Os computadores possuem capacidade de processamento para equacionamentos matemáticos superiores à boa parte dos CLPs de mercado. Esse detalhe, em alguns processos, é um diferencial importante, como no caso de equipamentos de medição em massa e aferição de produtos acabados. A possibilidade de geração de relatórios locais e a totalização desses resultados já formatados para análises posteriores acabam flexibilizando a solução de automação em células de aferição de produtos.
     Já nas aplicações lógicas e sequenciais, o CLP se destaca pela velocidade de resposta, pela facilidade de implementação de projetos e por sua robustez. Mesmo com todas as características apresentadas sobre computadores industriais, ainda assim os CLPs superam os computadores industriais no que se refere à velocidade de programação e à tolerância a ruídos externos nos canais de comunicação e na entrada de dados, além de suas interfaces já estarem dimensionadas para os diversos padrões elétricos industriais utilizados.
     O tempo reduzido de manutenção e substituição de interfaces dos CLPs também é um ponto muito forte na utilização dessa tecnologia em processos e controles industriais, o que motiva os projetistas a adotá-los. No entanto, ainda resta um papel muito importante do computador na indústria: o monitoramento do processo. Exercendo a função de interface homem-máquina no monitoramento e interação com os processos industriais, o computador tem ganhado espaço importante nessa aplicação. 

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Eletromagnetismo teoria dos domínios

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Comandos elétricos e eletropneumáticos com CLP

     A eletropneumática engloba o controle e a detecção dos movimentos realizados por válvulas de comando e atuadores pneumáticos por meio de dispositivos e sensores elétricos. As lógicas de acionamento utilizadas em comandos elétricos também são empregadas para o acionamento de solenoides, que, por sua vez, servem como pilotos em válvulas eletropneumáticas, assim como os sensores de fim de curso detectam o movimento dos atuadores. Entre os dispositivos e sensores elétricos, pode-se destacar o uso de controladores eletrônicos “inteligentes” (CLPs e computadores).
     Para que o CLP possa interagir com sistemas de comandos eletropneumáticos, é necessário realizar uma simples adequação das grandezas manipuladas no painel elétrico com os padrões utilizados em suas interfaces. As botoeiras e chaves usadas em painéis de comandos elétricos convencionais continuam servindo a necessidade das entradas digitais do CLP, assim como os contatores continuam servindo como atuadores no acionamento de motores e carga de maior potência, uma vez que o CLP não tem por função o “chaveamento” de cargas de potência diretamente em suas interfaces.
     Já para a substituição da lógica em sistemas pneumáticos, é necessária a adequação dos elementos utilizados nesse sistema. Para o acionamento dos atuadores, o CLP assume o controle das válvulas eletropneumáticas, fazendo com que os solenoides executem o acionamento mecânico dos pilotos dos mais diversos tipos de válvulas, independentemente do número de vias e mecanismos de retorno.
     Desse modo, a corrente elétrica que o CLP pode chavear é utilizada no acionamento das válvulas eletropneumáticas, que, por sua vez, podem controlar oavanço e o retorno de atuadores pneumáticos. Já a detecção dos movimentos dos atuadores, se realmente ocorreram ou não, é possibilitada por chaves chamadas sensores de fim de curso. O acionamento das chaves fim de curso é mecânico e possibilita a passagem de corrente elétrica por seus terminais quando o movimento esperado é executado.
     Outra forma muito comum de detectar se o acionamento dos atuadores foi executado é por meio de sensores magnéticos instalados em posições estratégicas no corpo do cilindro. O êmbolo do cilindro possui características magnéticas que acionam pequenas microchaves magnéticas instaladas em suas extremidades.
     Na figura abaixo, podem-se observar detalhes de um atuador pneumático. 

     Comandos eletropneumáticos são dispositivos que utilizam energia elétrica para acionar dispositivos pneumáticos, assim como para detectar eletricamente o posicionamento de seus elementos controlados. A figura 2 exemplifica uma simples automação em comando eletropneumático. 

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Atuadores

     Os atuadores pneumáticos são os dispositivos que realizam o trabalho quando recebem a energia do ar comprimido por meio das válvulas de distribuição e controle. Em sua grande maioria, são cilindros ou atuadores pneumáticos que propiciam o deslocamento de um eixo de acordo com suas características de construção interna. São basicamente classificados como atuadores de simples ação e atuadores de dupla ação.
     A figura 1 ilustra o atuador de simples ação. Apesar de ser compressível, quando o ar comprimido enche uma das câmaras do cilindro, passa a exercer força na parede do êmbolo que isola uma câmara da outra. Dessa maneira, a força contrária que a mola exerce é vencida e ocorre o deslocamento axial de acordo com o modelo do cilindro. Esse avanço é representado pelas situações A e B da figura 1.
     Ao ser acionado, o eixo permanecerá avançado enquanto a pressão interna da câmara for superior à pressão atmosférica, mais a força que a mola exerce no sentido  contrário. Assim, uma vez interrompido o fluxo de ar, a pressão em ambos os lados passa a ser a mesma. A mola devidamente instalada faz sua função, ou seja, garantir que o eixo do cilindro recue, até que seja novamente requisitado seu avanço com uma nova “injeção” de ar comprimido. Esse recuo é representado pelas situações C e D da figura 1.

     O atuador de dupla ação possui avanço igual ao atuador de simples ação, porém, não utiliza mola interna. Depois de se movimentar, o eixo desse atuador permanecerá na mesma posição e imóvel, até que receba uma força mecânica externa ou que a câmara oposta receba ar comprimido. O esquema de funcionamento é apresentado na figura 2.

 

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