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Com objetivo de ter uma linha de hardwares baseado em ESP32 para aplicações industriais e profissionais, desenvolvemos o PLC32 noRF, o nosso novo Controlador Lógico Programável (CLP) com ESP32. Esse CLP incorpora todo o conhecimento adquirido pela Crescer ao longo dos anos de trabalho. Uma característica notável é que ele não requer homologação da Anatel, uma vez que não possui radiofrequência, WiFi e BLE.
Para complementar a linha industrial, criamos as placas de expansão que possibilitam a ampliação do número de entradas e saídas, analógicas e digitais de forma simples e expansível.
Neste blog, vamos apresentar o PLC32 noRF e todos os detalhes dessa nova linha de dispositivos de hardware destinados a aplicações industriais.
Sumário
1. PLC32 noRF
O PLC32 utiliza o microcontrolador do ESP32, porém, sem o hardware de WiFi e bluetooth. Desta forma temos toda a versatilidade e poder de processamento do ESP32, sem a necessidade legal de realizar a homologação do dispositivo na Anatel. Além disso, a placa possui diversas outras ferramentas de hardware que permitem que ela seja utilizada em várias aplicações. Na figura a seguir podemos ver uma das versões piloto (teste) da placa.
Mesmo não possuindo Bluetooth nem WiFi, não abrimos mão da conectividade. O PLC32 possui hardware Ethernet integrado na placa. Isso permite que ele seja conectado à internet por meio de cabo ou ligado a um roteador/repetidor (já homologado pela Anatel), e a partir dele, acessar a rede WiFi. Desta forma, podemos implementar facilmente um dispositivo WiFi com homologação da Anatel. Afinal, o equipamento responsável pela conexão sem fio já estará homologado, o que é diferente de criar um dispositivo do zero com um ESP32 convencional.
O PLC32 também está equipado com um circuito de fonte de alimentação robusto, incluindo todas as ferramentas de hardware necessárias, como filtros e proteções, para eliminar possíveis problemas decorrentes da fonte de alimentação externa. Este circuito assegura o funcionamento perfeito do ESP32 e dos demais componentes. Além disso, conta com um regulador de tensão que permite que a placa seja alimentada com tensões entre 7 e 31V.
Também dispomos de 3 entradas optoacopladas, as quais podem ser configuradas como PNP ou NPN. Essas entradas oferecem uma solução ideal para a leitura de sensores externos, assegurando o isolamento entre o ESP32 e os circuitos de campo.
Em termos de saída, estão disponíveis 4 saídas em coletor aberto, que têm a capacidade de acionar relés externos. Além disso, essas saídas possibilitam ao ESP32 o controle de outros módulos e dispositivos externos de menor potência.
O hardware inclui também um relógio em tempo real (RTC) com bateria, permitindo que a data e a hora sejam mantidas mesmo quando a alimentação é removida. Isso capacita o ESP32 a armazenar informações de data e hora com precisão.
Também está disponível uma interface de comunicação RS485, com isolamento entre o ESP32 e o circuito de campo. Isso assegura a proteção do microcontrolador contra possíveis problemas elétricos que possam ocorrer no circuito externo.
É viável empregar o PLC32 para monitorar a corrente de um equipamento. Isso é possibilitado pela integração de uma entrada para o sensor de corrente não invasivo SCT-013 no circuito. Dessa forma, o ESP32 pode monitorar o consumo de energia de diversos dispositivos.
Existe também um circuito conversor USB/Serial, implementado com o CH340. Esse circuito é responsável por estabelecer a comunicação entre o ESP32 e o computador, sendo utilizado para carregar o código no microcontrolador e também para possibilitar a depuração do mesmo.
Além de todas as funcionalidades mencionadas, o PLC32 possui uma interface isolada para expansão I2C. Isso permite a conexão de dispositivos I2C ao ESP32 por meio de um conector RJ45, garantindo isolamento elétrico completo. A figura a seguir apresenta uma visualização de todas as funcionalidades mencionadas.
2. Placas de expansão
Foram desenvolvidas três placas de expansão: duas para I/O digital com relés e optoacopladores, e uma para entradas e saídas analógicas. Todas essas placas utilizam comunicação I2C, o que permite conectar até 8 delas em um mesmo barramento. Os módulos podem ser conectados ao PLC32 por meio do conector RJ45 presente em ambos. A comunicação é totalmente isolada, o que protege a integridade do hardware.
Para a expansão de entradas e saídas digitais, temos os Módulos I/O 4x4 e 9x7. Ambos são voltados para saídas com relé e entradas optoacopladas. As placas possuem um funcionamento e construção similares, diferindo apenas no número de entradas e saídas. O Módulo I/O 4x4 inclui 4 optoacopladores e 4 relés, e pode ser visto na figura a seguir.
O Módulo I/O 9x7 é equipado com 9 optoacopladores e 7 relés, e pode ser visualizado na figura a seguir.
Uma alternativa adicional para expansão é o módulo analógico, que permite o uso de 8 entradas e 2 saídas de 0 a 10V. Esse módulo pode ser observado na figura a seguir.
Além dos detalhes individuais mencionados, as três placas estão equipadas com dois conectores RJ45, o que facilita a interconexão em rede. Dessa forma, o primeiro módulo de expansão é conectado ao PLC32, o segundo módulo deve ser ligado ao primeiro, o próximo ao segundo, e assim por diante. Na figura a seguir, é possível visualizar um exemplo dessa topologia.
Além disso, cada módulo está equipado com um circuito de fonte, semelhante ao utilizado em nossas CPBs. Isso permite que esses módulos possam ser alimentados por uma fonte externa. No entanto, a alimentação também pode ser transmitida através do RJ45. Essas configurações podem ser ajustadas diretamente na placa.
Para permitir a utilização das placas de expansão com outros dispositivos, foi desenvolvido um shield para conexão com elas. Esse shield possui hardware para isolar a I2C e a alimentação entre o microcontrolador e o campo, além de simplificar a conexão entre as placas. A figura a seguir apresenta o Shield de Expansão I2C.
A placa possui um conector RJ45 utilizado para conectar-se a outros dispositivos, bem como um conector jack para alimentação, caso se deseje utilizar uma fonte externa de 5V. É importante destacar que o Shield de Expansão pode ser empregado para estabelecer comunicação com outros dispositivos I2C. Na figura a seguir, é possível visualizar um exemplo de aplicação das placas de expansão utilizando o shield.
3. Software
O hardware do ESP32 presente no PLC32 é compatível com o circuito utilizado nos Devkit geralmente empregados com o ESP32. Portanto, a programação pode ser realizada usando a IDE do Arduino ou qualquer outra ferramenta de sua preferência. A seguir, você encontrará um exemplo de firmware para ler o sensor de corrente SCT-013.
#include "EmonLib.h" // Include Emon Library
EnergyMonitor emon1; // Create an instance
double Irms;
float calibracaoCorrente = 90.91;
void setup() {
Serial.begin(115200);
emon1.current(36, calibracaoCorrente);
}
void loop() {
double Irms = emon1.calcIrms(370 * 2); // Calculate Irms only 1.78
Serial.print(0);
Serial.print(",");
Serial.print(10);
Serial.print(",");
Serial.println(Irms);
}Neste link estamos disponibilizando um repositório de softwares base, com os exemplos das aplicações do PLC32.
Em resumo, a introdução da nova linha de placas de expansão e do PLC32 representa um avanço significativo na oferta de soluções para aplicações industriais. As placas de expansão proporcionam uma maneira flexível de aumentar o número de entradas e saídas digitais, analógicas e relés, simplificando a conectividade e o controle. Por sua vez, o PLC32, com sua integração inteligente do ESP32, oferece um Controlador Lógico Programável de alto desempenho e versatilidade, sem necessidade de homologação da Anatel.
A combinação dessas inovações amplia as opções para profissionais da indústria, assegurando eficiência, segurança e facilidade de integração. A Crescer mais uma vez demonstra seu compromisso em fornecer soluções de alta qualidade e desempenho, impulsionando o progresso tecnológico no campo industrial. Para obter mais informações, recomendamos assistir ao vídeo a seguir.
Autor: Thales Ferreira