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Um novo olhar sobre o aumento de desempenho no controle de máquinas

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Você pode agregar valor a suas máquinas, talvez adicionando mais sofisticação e complexidade, sem impactar no tempo de desenvolvimento e custos de programação? Robert Brooks, especialista de produtos de automação da OEI, analisa a evolução de uma nova geração de controladores de máquinas.

No centro de qualquer máquina está o seu controlador. Isso pode parecer algo óbvio, mas o que realmente significa? Como especificamos o controlador? Qual o impacto de um controlador no desempenho das máquinas ou em sua oportunidade de gerar um beneficio real na aplicação? Nesta era de concorrência global e cada vez mais pressão sobre preços e funcionalidade, é tempo de desafiar nossas percepções e nossas abordagens comuns?

O coração tradicional da máquina tem sido o CLP. O que se iniciou como um simples controlador de lógica e sequenciamento evoluiu para um hardware incrivelmente sofisticado capaz de enfrentar quase todos os aspectos de controle de máquina, incluindo movimentação, visão, segurança, robótica, comunicação e muito mais. No geral, os CLPs sofreram a ameaça do uso de PCs Industriais que contém softwares que emulam um controlador, e hoje muito de nós estamos completamente confortáveis quando se trata da especificação de um CLP e acreditamos que estamos usando tudo que ele pode oferecer. Certamente a especificação mudou muito em relação ao tempo em que um CLP era selecionado quase que exclusivamente de acordo com sua quantidade de I/Os e seu preço. Todos nós sabemos o que um CLP pode fazer, e padrões como IEC 61131 tem simplificado drasticamente a programação.

Analisando desta forma, pode ser um choque descobrir que o CLP pode muito bem ser um limitador do desempenho da máquina, ou um gargalo da comunicação, ou ainda onerar todo o esforço necessário para a programação e tempo de configuração e certamente comprometer o valor adicionado à aplicação.

Na atualidade estamos diante de processadores de alto desempenho e comunicação Ethernet aberta. Mas vamos analisar mais detalhadamente o CLP e ver o que encontramos internamente: Um simples barramento, o próprio controlador, um módulo de movimento, um controlador de robô, um módulo de I/O e comunicação. Ainda sobre o barramento, ele parece ser parte de um pacote altamente integrado, e realmente é, no sentido de estar totalmente integrado com a CPU. Mas na verdade estes barramentos se constituem de CPUs distintas, com parte da memória própria e parte compartilhada e todos estes componentes precisam comunicar-se. A maior prioridade do controlador como um todo está em focar na velocidade desta comunicação, mas na verdade o que realmente importa é a sua sincronização. Já, velocidade de comunicação é irrelevante se o controle síncrono não puder ser garantido, e a sincronização entre a CPU do CLP e a CPU do controle de Motion, por exemplo, é dificilmente garantida em máquinas extremamente rápidas. Em outras palavras, o CLP é por si só um gargalo, comprometendo a velocidade da máquina ou impactando na qualidade do produto final.

No entanto, existe uma nova geração de controladores de máquinas que eliminam estes problemas através de uma abordagem diferente para a integração de diferentes módulos funcionais, que por sua vez cumpre muitos dos requisitos de sincronismo e facilidade de programação. De fato, este novo controlador de máquinas representa a convergência lógica de hardware e software de um CLP.
No hardware de CLP convencional, cada CPU u liza tecnologia ASIC para desempenhar sua funcionalidade, totalmente agregado a controlador robusto. O CLP baseado em software, por outro lado, desempenha exatamente esta mesma funcionalidade, porém é usado em um PC Industrial

Muitos pontos têm dificultado a adoção de CLP baseado em so ware para controle de máquinas, levantando questionamento sobre a robustez do ambiente do próprio PC, a confiabilidade do sistema operacional para controle crí co, e o alcance do suporte para qualquer geração do produto. Mas vamos supor que em um CLP convencional, ao invés de CPUs separadas para diferentes funções, fosse capaz de realizar todas essas funções como blocos de software em uma única CPU. Junte tudo isto com a confiabilidade e robustez de um CLP convencional e equipe-o com um mecanismo de software de controle dedicado e você terá um controlador de máquina que pode se tornar um aliado no seu desempenho ao invés de um limitador. Esta é uma tendência crescente em controle de máquina, caracterizados tipicamente por produtos como os controladores Sysmac NJ/NX da Omron. Gargalos de comunicação são eliminados de uma só vez, e os sistemas de controle podem finalmente entregar todo seu potencial ao sistema completo.

Isto significa também que o CLP pode evoluir por si mesmo. Um CLP convencional, uma vez projetado, tipicamente se mantem inalterado até o dia em que é descontinuado. Com o novo modelo de controle de máquinas, porém, novas funcionalidades podem ser rápida e facilmente adicionadas sem a necessidade de qualquer modificação de hardware. A programação é simplificada uma vez que tudo pode ser programado, configurado, simulado, testado e monitorado em um simples ambiente de programação u lizando padrão IEC 61131-3 e fazendo uso de blocos de função cer ficada PLCOpen. Isto não somente economiza tempo e custo, mas também habilita novas funcionalidades na máquina.

Agora, conhecendo esta geração de novos controladores, podemos olhar para a máquina mais profundamente para ver como isso pode impactar em outros componentes de automação – como drives, servos, sistemas de visão e I/Os. Os fabricantes de máquinas estão interessados em obter vantagens da melhor classe de componentes enquanto padronizam suas escolhas de redes de comunicação o que tem feito com que redes baseadas em Ethernet Industrial ganhem destaque. Mas o que esta padronização significa? Nem todo fornecedor implementa todos as os componentes sob um determinado padrão, e alguns padrões industriais são, de alguma forma, abertos a interpretação. O resultado disso é que dois dispositivos aparentemente u lizando as mesmas tecnologias de comunicação representam, trazem para a máquina dificuldades de comunicação.

Além disso, nem todas as formas de comunicação baseadas em Ethernet são iguais quando se trata de diferentes aplicações. Requisitos para troca de dados/informação são muito diferentes daqueles para controle em tempo real. A abordagem da Omron é a adoção do Ethernet/IP como padrão para troca de dados/informação (CLP para CLP, e CLP para níveis superiores do sistema da pirâmide de automação) e Ethercat para controle em tempo real e em alta velocidade. A tecnologia de clock distribuído da rede Ethercat garante que mensagens críticas sejam sincronizadas a cada 1us. Assim, gargalos de desempenho são totalmente extintos, e usuários ainda tem a liberdade de selecionar a melhor série de componentes para a aplicação. Esta mesma rede também é aplicável a I/Os distribuídos, e certamente I/Os de Segurança, permitindo que os melhores produtos sejam conectados via em um barramento simples e prático com a vantagem de ter sua configuração concentrada em um único ambiente.

Com esta nova era de controladores, fabricantes de máquinas possuem ferramentas disponíveis para alcançar novos níveis de desempenho e sofisticação em seus projetos, agregando valor em um mercado cada vez mais competitivo.

 

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