Na fase de concepção de um projeto de automação de uma planta industrial, é comum existirem dúvidas a respeito da tecnologia a ser utilizada e de como definir a melhor arquitetura do sistema a ser implantado.
Esta escolha deve ser bem criteriosa, pois uma decisão errada poderá impactar em problemas na adequação do sistema às necessidades do processo automatizado, além das questões de limitação quanto à flexibilidade e escalabilidade no caso de futuras ampliações e de gastos em excesso com soluções mal dimensionadas.
A fim de auxiliar nesta decisão, acreditamos ser interessante esclarecer alguns conceitos comumente mencionados em discussões de automação industrial, mas que muitas vezes podem gerar confusão na hora da definição da arquitetura a ser utilizada.
Tecnologia do Sistema de Controle
A primeira análise a ser feita para definição do tipo de hardware de controle a ser utilizado é quanto à tecnologia a ser adotada.
Sistemas de Supervisão e Controle podem ser baseados em plataformas tipo DCS (solução completa de hardware e software) ou em controladores lógicos programáveis (CLP’s) interligados à softwares de supervisão SCADA ou IHM’s, através de redes de comunicação.
Os controladores lógicos programáveis foram concebidos originalmente como substitutos para painéis de relés complexos em industrias de fabricação com processos envolvendo sinais de IO discretos. Já os DCS´s foram desenvolvidos para a execução de algoritmos de controle tipo PID, substituindo controladores single loop e multi loop em plantas de processo com produção contínua ou em bateladas, com necessidades de implementação de estratégias de controle avançadas (controles em cascata e de razão, controles com ganhos adaptativos e controles antecipativos, por exemplo).
Entretanto, nos últimos anos, a evolução destas duas tecnologias tem feito com que funcionalidades que antes só eram encontradas em um desses produtos estejam também disponíveis no outro.
Funções como controle sequencial para preparo de bateladas ou estratégias de controle analógicos mais complexas são hoje perfeitamente executadas em controladores lógicos programáveis que, inclusive, são identificados por seus fabricantes como PAC (Programmable Automation Controller) ao invés da tradicional sigla PLC (Programmable Logical Controller), que especifica a utilização deste equipamento em sistemas de controle preferencialmente discretos configurados através de lógicas booleanas.
Por outro lado sistemas baseados em DCS tem evoluído para soluções tipo híbridas, incorporando funções típicas de controladores lógicos, como a configuração de funções lógicas mais complexas e a utilização de remotas de campo, por exemplo. Uma de suas mais importantes evoluções está na disponibilzação de dados através de protocolos de comunicação industriais abertos (modbus, profibus, ethernet I/P, etc), deixando de lado a necessidade anterior de utilização de gateways de alto custo para disponibilizar dados de suas redes de comunicação fechadas e com protocolos proprietários.
Dentro desse cenário, a escolha entre uma ou outra arquitetura deve ser feita considerando o as características e necessidades do processo a ser controlado considerando, no mínimo, fatores como disponibilidade, tempos de execução e ciclo de vida e suporte do fornecedor do produto.
Como disponibilidade entenda-se necessidade de redundância de controladores e módulos de entradas e saídas. Nesse aspecto a solução baseada em DCS se mostra preferencial em relação à solução baseada em controladores programáveis. Estratégias e hardware para implementação de redundância em sistemas tipo DCS são nativas do produto. A implementação dessa arquitetura em sistemas baseados em controladores programáveis implicará em necessidades adicionais de hardware, software e horas de desenvolvimento de engenharia, aumentando de forma expressiva o custo dessa solução.
Em relação ao tempo de execução (scan time) exigido pelo processo, se o sistema exigir processamento muito rápido para aplicações como, por exemplo, desligamentos de segurança com registros de sequenciamento de eventos, a solução baseada em controladores programáveis é, sem dúvida, recomendada. Enquanto um sistema de controle tipo DCS tem um tempo de execução normalmente de 1 segundo, um sistema baseado em PLC tem scan time na ordem de micro ou milissegundos.
Quanto ao suporte ao produto, os fornecedores de sistemas tipo DCS geralmente tentam exigir que os clientes finais utilizem sempre seus departamentos de engenharia para a implementação de novos desenvolvimentos e atividades relacionadas a contratos de manutenção. Já os fabricantes de soluções com controladores programáveis utilizam, normalmente, uma rede de integradores de sistema autorizados e devidamente treinados para essas atividades.
Processamento Distribuído ou Concentrado?
A diferença entre esses dois conceitos é que na arquitetura com processamento concentrado são utilizadas estações de aquisição de dados nas unidades da planta, conhecidos como “Remotas”. Essas remotas fazem a interface, através de módulos de entradas e saídas analógicos e digitais, com os sinais de campo que serão monitorados e controlados por uma única central de processamento (CPU) – a transferência de dados entre essas remotas e o controlador é feita através de uma rede de comunicação industrial, robusta e de alta velocidade.
Como o processamento é concentrado em um único controlador, a possibilidade de se trabalhar com CPUs redundantes deve ser considerada, uma vez que em caso da falha na CPU acarretará uma parada geral de fábrica, devido a esta CPU ser responsável por controlar todas as unidades da planta.
Na arquitetura com processamento distribuído, os sistemas de controle de cada uma das áreas ou unidades deverá possuir um controlador dedicado. Esse sistema apresenta uma disponibilidade maior em relação ao sistema com processamento concentrado sem redundância de CPU, uma vez que uma falha na CPU de determinada área não comprometerá o funcionamento das estratégias de controle de outras unidades.
Conclusão
Podemos observar que a definição do sistema de automação e controle mais adequado depende de uma série de fatores que devem ser analisados com muito cuidado, pois sempre existirão vantagens e desvantagens na solução adotada. O mais importante é analisar e entender as reais necessidades do sistema a ser implementado, considerando os pontos positivos e negativos que cada solução oferece para a sua aplicação. Após esta análise será possível decidir, de forma precisa, sobre a opção mais acertada.
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