Controle de motor de corrente contínua utilizando o OpenPLC

Abstract

Este trabalho apresenta o desenvolvimento e a validação de um sistema de controle de velocidade para motor de corrente contínua utilizando a plataforma OpenPLC em conjunto com o Node-RED. A solução proposta foi implementada em linguagem Ladder, contemplando a leitura de um encoder incremental, o processamento do sinal em um bloco funcional PID e a geração de saída PWM para acionamento do motor. A interface homem-máquina foi construída no Node-RED, possibilitando ao usuário monitorar graficamente variáveis de processo (SP, PV e duty cycle) e ajustar em tempo real tanto a referência de velocidade quanto os parâmetros de sintonia do controlador (Kp, Ki e Kd), por meio do protocolo MQTT. Os experimentos realizados incluíram respostas a degrau, ajustes dinâmicos de ganhos e aplicação de distúrbios mecânicos, permitindo avaliar a estabilidade, o tempo de resposta e a robustez do sistema. Os resultados demonstraram a eficácia e confiabilidade do bloco funcional desenvolvido, que apresentou margem de erro entre 1% e 2% nas leituras de velocidade, comprovando a precisão do método proposto. Observou-se, entretanto, uma limitação na comunicação MQTT referente à capacidade de recebimento de dados pelo controlador: a diferença média entre o envio de informações pelo supervisório e o recebimento pelo PLC foi de aproximadamente 9 a 10 segundos. Apesar dessa restrição, o trabalho destaca a integração entre controle e supervisão em um ambiente de baixo custo e aberto, alinhado aos princípios da Indústria 4.0, com ênfase na Internet das Coisas Industrial (IIoT), promovendo conectividade, interoperabilidade e monitoramento em tempo real.

This work presents the development and validation of a speed control system for a direct-current motor using the OpenPLC platform together with Node-RED. The proposed solution was implemented in Ladder language, including the reading of an incremental encoder, signal processing in a PID function block, and PWM output generation for driving the motor. The human–machine interface was built in Node-RED, allowing the user to graphically monitor process variables (SP, PV, and duty cycle) and adjust both the speed setpoint and the controller tuning parameters (Kp, Ki, and Kd) in real time via the MQTT protocol. The experiments carried out included step responses, dynamic gain adjustments, and the application of mechanical disturbances, enabling the evaluation of system stability, response time, and robustness. The results demonstrated the effectiveness and reliability of the developed function block, which showed an error margin between 1% and 2% in speed measurements, confirming the accuracy of the proposed method. However, a limitation was observed in the MQTT communication related to the controller’s data-receiving capability: the average delay between data sent by the supervisory system and the PLC’s reception was approximately 9 to 10 seconds. Despite this constraint, the work highlights the integration between control and supervision in a low-cost, open-source environment aligned with the principles of Industry 4.0, with emphasis on the Industrial Internet of Things (IIoT), promoting connectivity, interoperability, and real-time monitoring.