Impulsionado pela onda da Indústria 4.0 e pela produção inteligente, o campo do controle industrial está passando por uma mudança profunda.
Como núcleo dos sistemas de controle de automação industrial, os controladores lógicos programáveis (CLPs) evoluíram de um simples dispositivo de substituição de relés para uma infraestrutura essencial que dá suporte à fabricação inteligente moderna após mais de meio século de desenvolvimento.
O PLC sempre ocupou uma posição dominante absoluta na automação de fábrica (FA) e no controle de processos (PA) devido à sua alta confiabilidade, forte capacidade anti-interferência e características de programação flexíveis.
A evolução tecnológica do PLC pode ser dividida em vários estágios históricos. Nas fases de inicialização e substituição, nasceu das necessidades da indústria automobilística americana de substituir complexos sistemas de controle de relés com fio.
Os primeiros CLPs tinham uma única função e apenas operações lógicas básicas, funções de temporização e contagem.
A linguagem de programação era principalmente o diagrama ladder (LAD), intuitivo e fácil de usar, o que também lançou as bases para sua fácil aceitação pelos engenheiros elétricos. Em seguida, entrou na fase de aprimoramento de funções e integração de comunicação.
A introdução da tecnologia de microprocessador melhorou muito o poder de computação do PLC, adicionando funções como processamento analógico, cálculo de dados e controle PID.
A popularização da tecnologia fieldbus marca a transição do PLC do controle autônomo para o controle de rede distribuída, tornando-se o nó central do sistema.
Depois vem a fase da abertura, padronização e alto desempenho. A ampla adoção do padrão internacional IEC 61131-3 unifica múltiplas linguagens de programação, incluindo texto estruturado (ST) e diagrama de blocos funcionais (FBD), melhorando a portabilidade e a reutilização do software.
Ao mesmo tempo, surgiu a tecnologia soft PLC, as funções de controle de movimento e de controle de segurança foram integradas e o desempenho do PLC de ponta se aproximou do dos PCs industriais (IPCs).
Na fase de integração e inteligência, a tecnologia Ethernet tornou-se a principal rede industrial e a integração TI/TO está a acelerar.
O PLC começou a integrar OPC UA (Open Platform Communication Unified Architecture) para alcançar interoperabilidade de dados em vários níveis e servir como um nó de computação de ponta para realizar novas tarefas, como pré-processamento de dados e algoritmos leves de IA (como manutenção preditiva).
A arquitetura central e a ecologia de mercado do PLC moderno também têm suas próprias características únicas. Em termos de arquitetura de hardware, as modernas linhas de produtos PLC são geralmente distribuídas em forma de pirâmide. A camada inferior é um micro e pequeno PLC, adequado para controle de equipamentos autônomos;
a camada intermediária é um PLC de tamanho médio, adequado para linhas de produção ou sistemas locais;
a camada superior é um PLC/PAC (controlador de automação programável) grande e de alto desempenho, que possui poderosos recursos de processamento e interfaces de comunicação ricas, e é adequado para controle de processos complexos e programação de toda a planta. A plataforma de software é integrada e pode fornecer um ambiente de desenvolvimento integrado (IDE) desde programação, simulação, depuração até diagnóstico e gerenciamento de dados.
As plataformas de software estão evoluindo de puras ferramentas de engenharia para ecossistemas que abrangem gêmeos digitais e serviços conectados à nuvem.
A estrutura de mercado apresenta as características da competição oligopolista e da coexistência da cauda longa.
Os principais fabricantes confiam na sua profunda acumulação tecnológica, na matriz completa de produtos e no enorme ecossistema existente para construir barreiras.
O foco da concorrência estendeu-se do desempenho e confiabilidade do hardware à facilidade de uso do software, abertura, capacidade de análise de dados e serviços de ciclo de vida completo.
No contexto da profunda integração de TI/TO, a tecnologia PLC está mostrando múltiplas tendências.
Em termos de protocolos de comunicação, espera-se que a combinação de Rede Sensível ao Tempo (TSN) e OPC UA sobre TSN unifique a camada inferior da comunicação industrial, alcance transmissão determinística de dados em tempo real e interoperabilidade semântica e quebre as barreiras da “chaminé” dos barramentos de campo tradicionais.
Em termos de arquitectura informática, a penetração da tecnologia de virtualização no domínio do controlo industrial deu origem a soluções baseadas em PLC virtuais ou funções de controlo contentorizadas, melhorando a utilização de recursos e a flexibilidade do sistema.
O paradigma de segurança também está se atualizando. À medida que o grau de interconexão se aprofunda, a segurança da rede tornou-se um atributo essencial dos produtos PLC, passando do isolamento físico para a defesa em profundidade, abrangendo vários níveis, como inicialização segura, comunicação segura, controle de acesso e atualizações de segurança.
Além disso, a integração da inteligência artificial também está a acelerar. No lado periférico, o PLC está integrando chips ou módulos de aceleração de IA dedicados para suportar aplicações inteligentes, como inspeção visual em tempo real, análise de áudio e otimização de parâmetros de processo, realizando o salto do “controle lógico” para a “percepção e tomada de decisões inteligentes”.
No entanto, o desenvolvimento do PLC também enfrenta alguns desafios. Os principais desafios incluem o equilíbrio entre herança tecnológica e inovação.
O enorme sistema de stocks e as competências existentes dos engenheiros fazem com que as inovações tecnológicas revolucionárias enfrentem uma enorme inércia; a contradição entre abertura e aprisionamento ecológico. Embora os fabricantes promovam padrões abertos, ainda tentam construir os seus próprios fossos através de software e serviços; os eternos requisitos de segurança e tempo real, ao mesmo tempo que se introduz a tecnologia de TI, a segurança funcional e a certeza operacional dos sistemas de controle industrial devem ser garantidas incondicionalmente.
Olhando para o futuro, a PLC dará início a novos desenvolvimentos.
Seu papel será redefinido, evoluindo de “controlador” para “nó de borda inteligente” e se tornando a interseção do fluxo de controle, fluxo de dados e fluxo de inteligência.
O modelo de desenvolvimento também mudará. O design baseado em modelo e a programação com pouco ou nenhum código podem reduzir o limite de desenvolvimento de lógica de controle complexa e atrair mais desenvolvedores de TI para entrar no campo de TO.
Ao mesmo tempo, os modelos de negócio baseados em subscrições e serviços tornar-se-ão mais comuns, o valor do software continuará a aumentar, o hardware poderá tornar-se padronizado e os modelos de negócio com licenciamento de software e serviços de análise de dados como núcleo tornar-se-ão dominantes.
