Controladores Programáveis para Automação (PAC)

PAC, uma sigla criada pela Automation Research Corporation (ARC), que significa Controlador Programável para Automação (do inglês Programmable Automation Controller) é utilizada para descrever uma nova geração de controladores industriais que combina a funcionalidade de um CLP (controladores lógicos programáveis) e de um PC.

Os PACs são dispositivos que possuem toda a flexibilidade e potencialidade dos PCs mantendo a robustez e a confiabilidade dos PLCs através de uma arquitetura voltada ao chão de fábrica gerenciada por um sistema operacional em tempo real. Esses equipamentos, combinam a funcionalidade de um PC e confiabilidade de um CLP, e estão cada vez mais sendo incorporados em sistemas de controle.

4.5.1 Histórico

Na última década, existia um forte debate sobre as vantagens e desvantagens dos CLPs comparados ao controle baseado em PC. À medida que as diferenças entre PC e CLP se estreitam, com os CLPs utilizando tecnologias padrão de mercado e sistemas baseados em PC incorporando sistemas operacionais de tempo real.

O PAC é uma nova classe de controladores, utilizado tanto por fornecedores tradicionais de CLPs para descrever seus sistemas mais completos como por empresas fornecedoras de sistemas de controle baseado em PC para descrever suas plataformas para controle industrial.

Durante as três décadas que seguiram sua introdução no mercado, os CLPs evoluíram para incorporar E/S analógicas, comunicação através de redes e novos padrões de programação tais como IEC 61131-3, mesmo com 80% das aplicações industriais utilizam E/S digitais, poucos pontos de E/S analógicas e técnicas simples de programação. Especialistas da ARC: Venture Development Corporation (VDC) e o centro online de treinamento em CLPs: PLC.net estimam que:

• _{77% dos CLPs são utilizados em pequenas aplicações (menos de 128 E/S) · 72% das E/S de} CLPs são digitais

• _{80% dos desafios em aplicações com CLPs são solucionados com um conjunto de 20} instruções ladder.

Assim, como 80% das aplicações industriais são solucionadas com ferramentas tradicionais, há uma grande demanda por CLPs simples e de baixo custo, o que têm acelerado o surgimento de micro CLPs de baixo custo com E/S digitais que utilizam lógica ladder. A mesma descontinuidade se sucedeu na tecnologia de plataformas de controle, onde 80% das aplicações requerem sistemas simples de baixo custo e apenas 20% necessitam de sistemas tradicionais de controle, utilizados em aplicações que necessitam de taxas de repetição mais elevadas, algoritmos de controle avançados, melhores características analógicas e melhor integração com a rede corporativa.

Nos anos 80 e 90 os PCs para controle industrial disponibilizavam as características de software para desempenhar tarefas avançadas, ofereciam uma programação rica e ambiente para usuário e utilizavam componentes padrões de mercado possibilitando a engenheiros de controle tirar vantagem de tecnologias desenvolvidas para outras aplicações. Estas tecnologias incluem processadores de ponto flutuante, barramentos de E/S de alta velocidade tais como PCI e Ethernet, armazenamento de dados não volátil e ferramentas gráficas para desenvolvimento de software. O PC também disponibilizava flexibilidade sem igual, software altamente produtivo e hardware avançado e com baixo custo.

Embora muitos engenheiros utilizem computadores industriais especiais com hardware robusto e sistemas operacionais especiais, a maioria deles evitava os PCs para controle por causa de problemas com confiabilidade. Além disso, os dispositivos utilizados dentro de um PC para diferentes tarefas de automação tais como E/S, comunicações ou movimento podem ter diferentes ambientes de desenvolvimento.

Conseqüentemente, os PCs dificilmente alcançavam a funcionalidade de um CLP ou criavam um sistema que incluía um CLP para a porção do controle do código e um PC para as funcionalidades mais avançadas. Esta é a razão para que hoje muitas fábricas tenham em suas plantas, CLPs utilizados em conjunto com PCs para data logging, conexão com leitores de código de barras, inserção de informação em bases de dados e publicação na web. O grande problema com este tipo de configuração se dá ao fato de que estes são freqüentemente difíceis de construir, depurar e manter. O engenheiro de sistemas freqüentemente é deixado com a inviável tarefa de incorporar hardware e software de múltiplos fornecedores, o que impõe um desafio já que os equipamentos não são projetados para trabalhar em conjunto.

Entretanto, os PCs ainda não eram ideais para aplicações de controle. Embora muitos engenheiros usassem os mesmos ao incorporar funcionalidades avançadas tais como controle e simulação analógica, conectividade com base de dados, funcionalidade baseada em web e

1. Estabilidade: Geralmente, os sistemas operacionais de uso geral dos PCs não eram estáveis o suficiente para controle. Instalações controladas por PCs foram forçadas a lidar com paradas de sistema e re-inicialização não programada.

2. Confiabilidade: Com discos rígidos magnéticos e rotativos e componentes não projetados para o ambiente industrial tais como as fontes faziam os PCs mais suscetíveis a falhas. 3. Ambiente de programação não familiar: Operadores de planta necessitam ter a

habilidade de modificar um sistema para manutenção ou corrigir problemas. Utilizando lógica ladder, eles podiam manualmente forçar um cilindro para um estado desejado e rapidamente corrigir o código afetado para então restabelecer o sistema. Entretanto, sistemas baseados em PC requerem que os operadores aprendam novos e mais avançadas ferramentas em automação (redes de petri e GRAFCET, por exemplo).

4.5.2 Características necessárias para um controlador melhor

Sem uma solução clara entre PC e CLP, os engenheiros com aplicações complexas trabalharam juntamente com fornecedores da área de controle para desenvolver novos produtos, que exigiam capacidades avançadas de software do PC com a confiabilidade de um CLP. Estes usuários ajudaram através de sua experiência o desenvolvimento de produtos para empresas de controle baseado em CLP e PC.

As funcionalidades de software requeriam não só uma programação avançada, mas também um aumento na capacidade de hardware das controladoras. Com a diminuição na demanda mundial de componentes para PC, muitos fornecedores de semicondutores começaram a reprojetar seus produtos para aplicações industriais. Fornecedores da área de controle hoje estão incorporando versões industriais de processadores em ponto flutuantes, DRAM, dispositivos de armazenamento de dados em estado sólido tais como CompactFlash e chipsets Ethernet rápidos em produtos para controle industrial. Isto possibilitou aos fornecedores desenvolver software melhor com a flexibilidade e com a facilidade de uso de sistemas de controle baseados em PC que podem rodar em sistemas operacionais de tempo real para confiabilidade.

As novas controladoras resultantes, projetadas para atender os “20%” das aplicações, combinam as melhores características do CLP com as melhores características do PC. Analistas da indústria da ARC chamaram estes dispositivos de controladores programáveis para automação (do inglês programmable automation controllers), ou PACs. Em seu estudo mundial chamado de “Programmable Logic Controllers Worldwide Outlook”, a ARC identificou cinco características principais dos PACs. Este critério caracteriza a funcionalidade do controlador definindo as funcionalidades do software:

1. Funcionalidade múlti-domínio: Com funções lógicas, controle de movimento, controle