Proto-PLC

Durante meu curso de Automação Industral no SENAI Uberaba, tivemos algumas aulas sobre controladores lógicos programáveis, e outros sistemas de controle, onde fiquei bastante à vontade, já que trabalho com programação a anos. Mas o restante da turma não pôde dizer o mesmo: totalmente virgens em relação a qualquer tipo de programação, as aulas sobre CLPs foram as mais sofridas para eles. Não ajudou em nada não haver sequer uma aula de lógica de programação durante o curso.

Ainda assim, não era totalmente impossível já que a linguagem utilizada, LADDER, é extremamente similar a circuitos de controle eletro-mecânico. Os colegas que já tinham certa facilidade com este tipo de circuito tiveram um pouco mais de sorte e com esforço conseguiram entender como programar com o LADDER.

Muito do que aprenderam foi durante as aulas com o Logix-Pro. Como era um simulador de CLPs no computador, com algumas animações e outros detalhes que facilitavam a visualização do que acontecia quando era colocado em "prática" a programação feita, chegaram até o ponto de terem um programa que funcionasse, mesmo que de forma precária, na base da tentativa e erro.

Mas a situação piorou quando as aulas foram para os CLPs de fato, utilizando o programa do fabricante para a programação: sem a visualização imediata dos resultados de sua programação, muitos dos meus colegas ficaram perdidos, sem saber o que fazer ou como proceder para verificar se o que estavam fazendo estava certo ou errado. Fiquei de certa forma desapontado com a falta de uso de um sistema de simulação durante esta parte. Não por falta de existir; no curso haviam várias miniaturas de plantas industriais, mas que nunca utilizamos diretamente. Entendo que o tempo era curto e que utilizar tais plantas seria inviável, mas ainda assim foi decepcionante ter sido praticamente apenas apresentado a elas.

Logo após estas aulas, veio o último mês do curso, e com ele o trabalho de conclusão de curso. Foi então que tive a ideia de fazer algo para trazer de volta a capacidade de simulação do Logix-Pro, mas de uma maneira que pudesse ser utilizada em conjunto com os equipamentos de verdade.

Sistema de simulação modular

O sistema que imaginei seria algo que os alunos pudessem montar e programar com as ferramentas, assim como é feito em outras aulas como eletrônica e instalação industrial: na prática, temos um painel ou uma base para montar o que foi projetado, e ver na prática se funciona ou não. Por causa da inspiração dos protoboards que decidi nomear o projeto como Proto-PLC.

Seria quase como as plantas miniaturas que existem no curso, mas mais prático: as planas miniaturas necessitam de infra-estrutura própria, já que a menor ocupa facilmente uma área de 5 por 8 metros, e tem em torno de 2 metros de altura. E cada uma delas não faz mais do que o que foi projetada para fazer: bombear água de um tanque para outro, com algum controle eventual de pressão e fluxo. Poder ver outros tipos de processos é bom para expandir as possibilidades na mente dos alunos. Por causa disso, imaginei que seria melhor um sistema que fosse composto por vários componentes diferentes, que pudessem ser combinados para criar várias simulações diferentes.

Então, o projeto teria os seguintes pré-requisitos:

Neste ponto, a solução mais prática era construir o sistema eletrônico, mesmo não tendo um estudo aprofundado no assunto; como disse antes, o curso é muito rápido e muitas das aulas acabou se tornando extremamente básicas. Por causa disso, tive que limitar o escopo do projeto:

Estrutura básica do sistema

Quando desenvolvendo um sistema ou um projeto novo, a primeira coisa que tento fazer é identificar qual seria a representação mais simples do que precisa ser feito. Neste caso, qual é a definição mais simples de um processo industrial. Neste momento, tomando inspiração novamente das plantas miniaturas, defini que seria o transporte de um material qualquer por vários equipamentos que, dependendo se sua função, modificam este material de alguma forma. Uma definição bem próxima da descrição de Processos Industriais.

Simplificando ainda mais, para a visualização desta movimentação do material, não seria necessário qualquer visualização do aspecto do material em si, mas se para cada equipamento estaria correto receber material de um equipamento anterior, ou se estaria correto um equipamento posterior aceitar ou não o transporte de material.

Para entender melhor este conceito, vamos imaginar um processo simples de encher um tanque de água e esvaziar o tanque.

Podemos com isso criar um sistema que faça uma vizualização de correto e errado baseado em simples mecânicas definidas por cada instrumento. Para fins de verificar se uma programação está correta ou não já é suficiente.

Além disso, por causa desse conceito de transporte de material, também foi criado um sistema para que um instrumento pudesse se comunicar com outro no processo simulado. Voltando ao exemplo do tanque, podemos definir que:

Usando estas duas condições, o tanque envia um sinal para o anterior que indica se o tanque pode receber material ou não; da mesma maneira, envia um sinal de que há ou não material disponível para o próximo instrumento.

Para o projeto inicial, foi definido um processo simples onde um tanque era enchido por uma bomba, e esvaziado por uma válvula. Estes componentes foram muito úteis, por sua simplicidade, para definir uma interface comum para cada um deles, como deveriam comunicar entre si, como deveriam ser controlados pelo aluno e como dariam feedback tanto visual quanto lógico, para que o aluno pudesse sentir que realmente estivesse controlando um processo industrial de verdade.

Download

Uma explicação mais detalhada de como tudo foi desenvolvido pode ser encontrada no meu TCC.

Espero que ache interesante o projeto e, caso você seja um professor interessado em utilizar a ideia em seu curso, fique à vontade! É um excelente projeto para este tipo de curso, podendo ser utilizado desde as aulas de eletrônica básica até as aulas de controladores programáveis e Arduino.