Exemplo de uma aplicação com relé

Suponha que se deseja ligar e desligar uma determinada carga (um motor, por exemplo) através de duas botoeiras diferentes, denominadas de S1 e S2. Ao se pressionar S1, a carga deve ser ligada, permanecendo assim até que a botoeira S2 seja pressionada. Para tal, podemos utilizar um relé eletromecânico com dois contatos do tipo NA, um para atuar no circuito de comando e outro para conectar a carga com a fonte de alimentação alternada. É interessante ressaltar que os dois contatos NA fecham ao mesmo tempo, particularmente, no instante em que a bobina K é energizada. Note que, apesar de isolados eletricamente, eles são controlados pela mesma bobina K. A Figura 3 apresenta o circuito de comando e de potência para essa aplicação.

Com base no circuito apresentado, observe que a botoeira S1 está em paralelo com um dos contatos NA do relé (ver chave K na Figura 3). Quando pressionamos S1, a bobina K do relé é energizada, fechando os dois contatos NA, sendo um deles, o da carga. Ao liberar S1, a bobina K permanece energizada (graças a chave K), mantendo, assim, a carga também energizada. O contato K é conhecido como contato de selo ou retenção. Essa situação só é alterada quando a botoeira S2 for pressionada. Nesse caso, a alimentação da bobina é interrompida, resultando na abertura dos dois contatos NA, um do circuito de comando (chave K) e outro do circuito de potência (chave da carga).

O controlador lógico programável (CLP)

Com o avanço da tecnologia no final da década de 1960, principalmente com o desenvolvimento do transistor na forma de CI (Circuito Integrado), foi possível a criação de dispositivos eletrônicos mais sofisticados, como o controlador Lógico Programável, CLP (ver Figura 4). Desde então, esse elemento passou a substituir os relés e outros dispositivos eletromecânicos na linha de produção. Apesar de mais complexo, o CLP apresenta inúmeras vantagens em relação ao seu antecessor: maior confiabilidade, menor quantidade de fios e conexões, reconfiguração fácil, tamanho compacto, robustez física, inexistência de faíscas e documentação sempre atualizada.

Para que esse dispositivo realize uma dada tarefa, é necessário que o usuário desenvolva um programa e depois “carregue-o” no CLP. Tal procedimento fornece diversas vantagens ao usuário. Em primeiro lugar, o processo de programação já realiza uma documentação prévia do sistema, pois toda a lógica de comando e as respectivas conexões estarão descritas no código. Em segundo, diversas alterações físicas nas conexões e fiação podem ser evitadas. Para exemplificar, considere o circuito de comando apresentado na Figura 3. Desde que as botoeiras S1 e S2 estejam conectadas ao CLP, podemos implementar qualquer lógica de comando através de um programa. Caso seja necessária uma reconfiguração (por exemplo, ligar o motor através de S2, ao invés de S1), é preciso apenas que o usuário altere o programa original e depois carregue-o novamente CLP. Nenhuma alteração física é necessária.

Mas, nem tudo é vantagem. A complexidade do CLP necessitava de uma mão de obra mais qualificada, particularmente no que se refere à programação do dispositivo. No princípio, a programação não era tão bem-vinda assim, e parecia uma barreira difícil de ser superada. Antes, tão acostumado aos esquemas elétricos dos relés, o usuário teria que se adaptar a essa nova realidade. Pensando nisso, os fabricantes criaram uma maneira mais fácil de programar o CLP. Em vez de um programa tradicional (ou seja, um arquivo com várias linhas de código), o usuário passou a desenvolver algo muito próximo ao projeto de um esquema elétrico. No lugar de instruções, símbolos são organizados de forma similar ao/um circuito elétrico, num ambiente de programação amigável e simples de se utilizar. Essa forma de programar é conhecida como a linguagem de programação Ladder, e suavizou significativamente a transição entre o “velho” e o “novo” mundo.

O CLP na indústria

Atualmente, o CLP pode ser encontrado em diversos setores da indústria, desde empresas petroquímicas, até empresas do setor automobilístico. Aliás, a sua primeira geração foi concebida nesta última. A famosa e poderosa GM (General Motors), assim como as demais empresas do setor na época, enfrentava inúmeras dificuldades com o uso de relés e outros dispositivos eletromecânicos. Tal fato motivou uma equipe de engenheiros da GM a desenvolver um dispositivo capaz de superar esses obstáculos, resultando na primeira geração de CLPs. Daí por diante, não só as empresas do setor automobilístico, mas também as demais empresas de fabricação por lotes passaram a utilizar o CLP, muito embora ele só fosse capaz de trabalhar com variáveis digitais (ou seja, variáveis que apresentassem apenas dois estados, ligado ou desligado, aberto ou fechado, etc.). Com o advento de novas tecnologias, o CLP passou a trabalhar com variáveis analógicas, dentre elas, vazão, pressão e temperatura, aumentando a quantidade de aplicações na indústria.

O Hardware do CLP

De maneira geral, existem dois tipos de CLPs: o modular e o compacto. O primeiro pode ser encontrado na maioria das indústrias de grande porte, pois apresenta uma característica bem interessante para essa aplicação: a capacidade de expandir rapidamente o seu hardware. Imagine a seguinte situação. Uma indústria petroquímica do RN adquiriu vários sensores sem fio (sensores de fumaça) e deseja gerenciá-los através de CLPs com a seguinte dinâmica: se o sensor identificar fumaça, ele deve enviar uma informação ao CLP, que por sua vez, encarrega-se de acionar o sistema de incêndio e alertar os responsáveis. A empresa deseja ainda aproveitar os CLPs que já estão funcionado na fábrica, mas que atualmente não possuem comunicação sem fio. A primeira pergunta é: qual é o tipo dos CLPs envolvidos? São modulares? Em caso afirmativo, podemos incluir módulos de comunicação sem fio, mesmo que esse hardware não esteja presente na configuração original do CLP. Analogamente, é como se alguém comprasse um computador e depois quisesse melhorar as suas configurações iniciais de hardware (memória, HD, monitor etc.). É preciso apenas adquirir novos dispositivos e conectá-los ao computador. O CLP modular funciona da mesma forma. De acordo com a disponibilidade do fabricante e do modelo, podemos obter diversas funcionalidades ao adquirir novos módulos e conectá-los ao CLP. Assim, a partir de novas demandas de produção, é possível aumentar o “poder de fogo” do nosso CLP. Entretanto, essa flexibilidade tem um preço. Quando comparado ao CLP do tipo compacto, o modular é extremamente caro. Sendo assim, o seu primo “pobre” (o CLP compacto) pode ser uma opção mais indicada na maioria das aplicações de pequeno e médio porte.