Programação de CLP e SCADA

O que fazemos para a linha do cliente

Escrevemos os programas de controle para controladores industriais e sistemas SCADA que comandam o equipamento já instalado do cliente: esteiras, prensas, dosadores, grupos de bombas e fornos. As próprias máquinas e acionamentos cortam, prensam e movimentam o produto fisicamente, e a nossa área de responsabilidade é a lógica de funcionamento deles, a troca de dados e a visualização nos painéis do operador. No âmbito do serviço analisamos o esquema tecnológico da linha, descrevemos as entradas e saídas do controlador, programamos as sequências de partida e parada, os intertravamentos e o tratamento de falhas. À parte montamos o projeto SCADA: mímicos, tendências, registros de eventos e alarmes, direitos de acesso dos operadores. Na saída o cliente recebe um programa funcionando, gravado no seu CLP, e um sistema de supervisão configurado, e não hardware novo.

Como funciona a integração CLP e SCADA

O controlador lógico programável consulta os sensores ciclicamente, executa a lógica de controle e envia comandos aos atuadores em milissegundos. Esse ciclo se repete continuamente, por isso a reação ao acionamento de um fim de curso ou de um sensor de pressão é determinística e previsível. O SCADA fica num nível acima: ele puxa os dados dos controladores por protocolos industriais como Modbus, Profinet ou OPC UA e mostra ao operador o estado da linha em tempo real. A programação de CLP responde pelas decisões rápidas no local, e o SCADA — pela observação, pelo arquivamento e pela intervenção manual onde isso é permitido. Projetamos as duas partes de modo que o controlador mantenha o comando da linha mesmo em caso de perda de conexão com o nível superior.

De onde vieram os controladores industriais

O primeiro controlador lógico programável apareceu em 1969: a equipe de Dick Morley na empresa de engenharia Bedford Associates fez o dispositivo a pedido da divisão General Motors Hydramatic, que em 1968 buscava substituir os painéis de automação a relé. O projeto recebeu a designação 084, por ser o octogésimo quarto desenvolvimento da empresa, e o próprio controlador foi chamado de Modicon — abreviação de modular digital controller. O primeiro lote a General Motors recebeu em novembro de 1969, e isso substituiu os esquemas de relé fixos por uma lógica reprogramável. O painel de relés, ao mudar o processo, precisava ser fisicamente refeito, ao passo que o controlador basta reprogramar. Desse dispositivo começou todo o setor em que nós também trabalhamos, preparando programas para controladores em linhas em operação dos clientes.

Por que o software e a configuração são críticos

O controlador, por si só, é neutro: o mesmo CLP pode conduzir a linha corretamente ou levá-la a um acidente — tudo depende da lógica embutida. Um erro na condição de intertravamento significa que a prensa vai descer com a proteção aberta, e um cenário de emergência esquecido deixa a bomba trabalhando a seco. Por isso elaboramos não só o ciclo normal, mas também o comportamento em caso de falha de sensor, perda de conexão, acionamento do botão de emergência e queda de tensão. A precisão na configuração de temporizadores, setpoints e ordem de desligamento dos mecanismos influencia diretamente o refugo, o desgaste do equipamento do cliente e a segurança do pessoal. Quem corta e prensa fisicamente é o equipamento do cliente, mas quando e sob quais condições isso ocorre é determinado justamente pelo programa de controle.

Nosso stack e linguagens

A ferramenta básica para controladores de uma ampla gama de fabricantes é o Codesys, ambiente conforme o padrão IEC 61131-3, no qual escrevemos tanto a lógica ladder visual quanto código estruturado. Para equipamentos Siemens trabalhamos no TIA Portal, que reúne a programação de CLP das séries S7, a configuração de rede e o desenvolvimento dos painéis do operador num único projeto. Ladder logic, ou seja, a linguagem de diagramas de relé, aplicamos para intertravamentos e lógica discreta, onde o esquema visual é mais próximo dos eletricistas e comissionadores do cliente. Structured text, linguagem textual semelhante a Pascal, usamos para cálculos, processamento de matrizes, receitas e algoritmos que em forma ladder ficariam pesados. A escolha da linguagem é ditada pela tarefa: parte do programa fica em ladder pela legibilidade na manutenção, parte é escrita em texto pela compactação e pelo controle sobre os cálculos.

Quando surgiram as linguagens e padrões

O padrão setorial único para linguagens de programação de controladores — o IEC 61131-3 — foi publicado pela primeira vez em dezembro de 1993 e revisado de forma ampla em 2013; foi ele que consolidou os diagramas de relé e o texto estruturado como parte de um conjunto comum. O ambiente Codesys tem história desde 1994, quando Dieter Hess e Manfred Werner fundaram a empresa 3S-Smart Software Solutions e lançaram a primeira versão conforme esse padrão. A Siemens apresentou o TIA Portal mais tarde, em novembro de 2010, reunindo pacotes antes dispersos para controladores e painéis num ambiente de engenharia único. As próprias linguagens de lógica ladder remontam aos esquemas elétricos de relé ainda da era pré-controlador, e as linguagens textuais vieram depois, junto com a padronização. Mantemos em uso ferramentas de anos de fabricação diferentes, porque nos clientes se encontra equipamento tanto de gerações recentes quanto mais antigas.

Por que se pode entregar a tarefa a nós

A experiência somada da nossa equipe de desenvolvimento em TI ultrapassa 45 anos, e abordamos os programas de controle como um sistema de engenharia, e não como um conjunto de esquemas dispersos. Antes da partida de verdade verificamos a lógica em simulação e em emuladores de controladores, rodamos os cenários de emergência e os modos de comissionamento, para que a linha do cliente não vire bancada de testes. Documentamos as entradas, as saídas e a lógica de intertravamentos de modo que os comissionadores e a manutenção do cliente possam compreender o projeto sem nós. A programação de CLP e a configuração do SCADA entregamos com a descrição dos setpoints, dos alarmes e da ordem de ações do operador, e não como uma caixa fechada. As instalações produtivas e o equipamento ficam com o cliente — nós respondemos por fazer com que as máquinas dele trabalhem segundo uma lógica precisa e previsível.