A automação é uma das chaves para aumentar a produtividade e reduzir os custos de produção. Avanços tecnológicos como relés, PLCs e PCs industriais (IPCs) estão impulsionando a automação industrial, que está mudando a forma como as máquinas e as pessoas interagem. Este artigo irá discutir o hardware do sistema de controle secundário amplamente utilizado em automação industrial, PLC e PC industrial. Também discutiremos qual tipo de sistema de controle duplo pode ser mais apropriado, dependendo das necessidades de sua aplicação.
O que é um CLP?
Controladores lógicos programáveis (CLPs) são amplamente utilizados para automatizar processos em fábricas. Na década de 1970, os PLCs foram uma virada de jogo em sistemas de automação. Os CLPs são projetados para substituir painéis elétricos e caixas de junção. Com o tempo, os PLCs foram atualizados para designs mais robustos, funcionalidade escalável e sistemas programáveis. Além disso, a linguagem de programação para CLPs (chamada lógica ladder) permite uma customização flexível de CLPs para automação de máquinas. Essa confiabilidade e versatilidade tornam os PLCs uma escolha popular para substituir relés e caixas de junção mais antigos.
O que é um computador industrial?
No processo de desenvolvimento exponencial de microcircuitos semicondutores também houve desenvolvimento de computadores pessoais (PC). À medida que os chips de computador se tornam mais poderosos, menores e mais baratos, os computadores industriais estão ganhando espaço na indústria de automação. Os PCs industriais podem fornecer controle de supervisão PLC, mas com mais cargas de trabalho, como IHMs, gateways, aplicativos de IA, etc. Os PCs industriais podem consolidar essas cargas de trabalho com aceleradores de desempenho como GPUs, TPUs, VPUs, SSDs NVMe e muito mais. A capacidade de consolidar cargas de trabalho reduz o espaço de hardware na fábrica. Computadores convencionais e industriais têm componentes básicos muito semelhantes, como CPU, RAM, SSD e GPU. No entanto, os PCs industriais são construídos e projetados para resistir a condições ambientais extremas, desde temperaturas extremas até choques e vibrações. PCs comuns quebram muito rapidamente quando expostos a ambientes hostis. Alguns dos materiais de design e construção que tornam os PCs industriais extremamente duráveis são designs sem ventilador, gabinetes inteiriços e materiais de nível industrial. Além disso, os computadores industriais são amplamente utilizados. Eles não apenas suportam a tecnologia mais recente, mas também suportam tecnologias tradicionais comumente usadas na automação de fábrica, como portas seriais, COM, conectores M12, DIO, GPIO, etc., levando ao rápido crescimento de PCs industriais na automação de fábrica.
Qual é a diferença entre um computador industrial e um CLP?
1. Operação
Os CLPs vêm com um sistema operacional em tempo real que monitora constantemente a entrada dos dispositivos conectados e, em seguida, executa comandos de tomada de decisão de acordo com seu programa. Além disso, o sistema operacional (SO) do PLC é projetado especificamente para executar tarefas de controle. Assim, os CLPs geralmente não requerem programas antivírus ou limpadores de registro, o que aumenta o desempenho do processamento durante a operação.
Os PCs industriais podem executar as mesmas tarefas que um PLC, mas seus sistemas operacionais permitem que eles executem vários aplicativos e programas que um PLC não pode. Com esses recursos, o IPC é usado para mais do que apenas fins de gerenciamento. Os PCs industriais podem consolidar cargas de trabalho, reduzindo a carga sobre o hardware. No entanto, os sistemas operacionais IPC, como Windows e Linux, são vulneráveis a ataques cibernéticos, mas os softwares antivírus e firewalls existentes são avançados o suficiente para mitigar esse risco.
2. Programação
A próxima diferença entre um PC industrial e um PLC é como os programas são desenvolvidos e executados. Os PLCs normalmente implementam a execução de programas baseados em varredura, enquanto os PCs industriais são tipicamente softwares orientados a eventos. Por exemplo, a lógica do software PLC é especificada no padrão IEC 61131-2, como lógica ladder ou outras linguagens específicas do fornecedor. Em contraste, os PCs industriais são executados em sistemas operacionais Windows ou Linux conhecidos usando linguagens de programação como C/C++/.NET. Consequentemente, os PCs industriais são mais fáceis de programar devido à sua popularidade entre os desenvolvedores. Eles também permitem que o sistema se comunique com muito mais máquinas e dispositivos do que a lógica ladder, que requer treinamento especial para aprender, graças a linguagens de programação de uso geral, como C++.
3. Segurança
A segurança é uma das desvantagens da automação fabril e, se não for levada a sério, as empresas têm muito a perder. Os sistemas industriais devem levar em consideração dois princípios básicos de segurança. Primeiro, bloqueie ataques de acesso externo não autorizado. Em segundo lugar, o acesso do usuário é limitado de acordo com seus direitos ou atribuições. No passado, os PLCs eram conhecidos por serem imunes a ataques de malware. No entanto, alguns invasores começaram a desenvolver malware de PLC, como aconteceu com o Stuxnet quando seus PLCs da Siemens foram comprometidos. No entanto, os PCs industriais também são vulneráveis a malware e requerem proteção abrangente com software antivírus ou módulos de hardware. Alguns computadores industriais usam um TPM (Trusted Platform Module) 2.0 embutido na placa-mãe para criptografar dados.
4. Quality
Com relação à qualidade de construção, tanto os CLPs quanto os PCs industriais são projetados para operar em condições extremas. Como os PCs industriais são diferentes dos desktops ou estações de trabalho convencionais, os PCs industriais são muito robustos e duráveis. Abaixo estão algumas características industriais de PCs industriais:
Design sem ventilador
Ampla faixa de temperatura
Resistente a choques e vibrações
Classificação IP alta
Módulos extensíveis
E/S avançada com suporte para tecnologias legadas
Em termos de qualidade de construção, PLCs e PCs industriais combinam bem. Os PCs industriais, no entanto, se beneficiam de seu tamanho compacto. Os CLPs geralmente são volumosos e têm opções de instalação limitadas. Alguns CLPs também podem superaquecer durante a instalação devido à baixa dissipação de calor. Os PCs industriais, em comparação, são relativamente pequenos e vêm com uma variedade de opções de montagem, incluindo montagem VESA, montagem em rack e opções de trilho DIN. Além disso, alguns PCs industriais são equipados com um sistema de controle de ignição e podem ser usados em veículos.
5. Expansibilidade
Tanto os CLPs quanto os PCs industriais devem controlar vários dispositivos para controle, monitoramento e comunicação. Portanto, PLCs e PCs industriais são equipados com múltiplas portas COM e outras funções de E/S, incluindo tecnologias tradicionais. Alguns protocolos de comunicação industrial comuns são CANbus, Modbus, Profibus, EtherCAT e EhterNET/IP. Essas tecnologias já estão incorporadas na maioria dos PLCs, embora ambos possam suportá-las. Por outro lado, os PCs industriais possuem slots de expansão integrados para aumentar sua versatilidade. Portanto, os PCs industriais têm um limite mais alto para o número de operações de E/S que podem processar. Além disso, os PCs industriais são equipados com várias portas COM, LAN, USB e HDMI. Esses recursos permitem que os PCs industriais consolidem cargas de trabalho de equipamentos diferentes, não apenas de PLCs. Por exemplo, um PC industrial pode executar um aplicativo HMI por conta própria, enquanto um PLC requer um aplicativo HMI separado para exibir algo em um painel de exibição. O que torna os PCs industriais ainda mais especiais é sua capacidade de suportar inúmeras expansões de placas de rede sem fio, módulos 5G, drives SSD para aceleradores GPU.
6. Capacidade de computação e armazenamento
Os CLPs são controladores poderosos para automatizar o controle porque seus microprocessadores são projetados para executar funções específicas. Os CLPs podem lidar facilmente com E/S de alta velocidade e pequenas aplicações de automação. No entanto, os projetos de automação estão cada vez mais avançados e exigem mais recursos de computação. É aqui que os PCs industriais vêm em socorro. Os PCs industriais usam mais espaço de armazenamento e processadores completos, como estações de trabalho, que podem executar aplicativos com uso intensivo de computação e armazenamento. Além disso, com aceleradores de desempenho como GPUs, TPUs, CPUs e VPUs, os computadores industriais podem realizar cálculos inteligentes como se estivessem em uma linha de montagem inteligente em colaboração com aplicativos de visão de máquina.
7. Custo
Resumindo, comparar o custo de um CLP e um IPC mostra que um CLP é mais barato para aplicações menores, enquanto um IPC tem um custo inicial maior. No entanto, à medida que os aplicativos se tornam mais complexos e exigem mais recursos de computação, o custo total de um PLC pode exceder o de um PC industrial. Embora o custo inicial de um CLP seja menor, quando é necessário poder de processamento adicional ou periféricos, o preço aumenta exponencialmente. Em contraste, os PCs industriais têm custos iniciais mais altos, mas são muito mais baratos quando são necessárias atualizações de poder de processamento e escalabilidade.
Como escolher um PC industrial e PLC
Quando você escolhe um controlador programável para seu sistema de automação industrial, tanto os PLCs quanto os PCs industriais devem ter seu lugar. Os PLCs são mais adequados para executar pequenos sistemas de automação com funções estritas. Além disso, os CLPs são confiáveis, econômicos e altamente confiáveis para implantações industriais. Por outro lado, os PCs industriais são adequados para soluções com altas demandas de recursos de computação e armazenamento. Para aplicações complexas que exigem versatilidade do controlador, o custo total de propriedade (TCO) de um PC industrial é baixo. Os PLCs são seguros porque não possuem conexões sem fio, os PCs industriais são igualmente seguros graças ao software de segurança cibernética de última geração e o hardware padrão é muito confiável. Algumas aplicações podem usar PLCs e PCs industriais para equilibrar custos e benefícios entre si. No final, depende de quais recursos são implementados em seu processo de produção.
