Automação Indústrial

RESUMO Automação é um sistema que emprega processos automáticos que comandam e controlam os mecanismos para seu próprio funcionamento. Esta palavra tem origem no grego autómatos que significa mover-se por si ou que se move sozinho. A automação é um sistema que faz uso de técnicas computadorizadas ou mecânicas com o objetivo de dinamizar e otimizar todos os processos produtivos dos mais diversos setores da economia. A ideia de automação está diretamente ligada à ideia das máquinas, que agilizam as tarefas quase sempre sem a interferência humana. Porém, existe um tipo de automação que se refere ao trabalho humano que é realizado em muitas indústrias, de forma contínua e repetitiva, quase “robotizada”. Atualmente a automação industrial é muito aplicada para melhorar a produtividade e qualidade nos processos considerados repetitivos, estando presente no dia-a-dia das empresas para apoiar conceitos de produção tais como os Sistemas Flexíveis de Manufatura e até mesmo o famoso Sistema Toyota de Produção.

Sob o ponto de vista produtivo, a automação industrial pode ser dividida em três classes: a rígida, a flexível e a programável, aplicadas a grandes, médios e pequenos lotes de fabricação, respectivamente (Rosário, 2005). Ainda segundo Rosário (2005), a automação industrial pode ser entendida como uma tecnologia integradora de três áreas: a eletrônica responsável pelo hardware, a mecânica na forma de dispositivos mecânicos (atuadores) e a informática responsável pelo software que irá controlar todo o sistema. Desse modo, para efetivar projetos nesta área exige-se uma grande gama de conhecimentos, impondo uma formação muito ampla e diversificada dos projetistas, ou então um trabalho de equipe muito bem coordenado com perfis interdisciplinares. Os grandes projetos neste campo envolvem uma infinidade de profissionais e os custos são suportados geralmente por grandes empresas.

Podem ser magnéticos, hidráulicos, pneumáticos, elétricos, ou de acionamento misto. O controlador é o elemento responsável pelo acionamento dos atuadores, levando em conta o estado das entradas (sensores) e as instruções do programa inserido em sua memória. Neste curso esses elementos serão denominados de Controlador Lógico Programável (CLP). A completa automatização de um sistema envolve o estudo dos quatro elementos da figura do diagrama, seja o sistema de pequeno, médio ou grande porte. Estes últimos podem atingir uma a complexidade e tamanho tais que, para o seu controle, deve-se dividir o problema de controle em camadas, onde a comunicação e “hierarquia” dos elementos é similar a uma estrutura organizacional do tipo funcional. Como foi dito, a cadeia de automação ainda consiste na comunicação de dados entre os elementos, o que leva um estudo a parte das redes industrias.

PRIMEIRA CAMADA SENSORES E ATUADORES SEGUNDA CAMADA SUPERVISÓRIO SISTEMAS GERENCIAIS CLP TERCEIRA CAMADA SUPERVISÓRIO SISTEMAS GERENCIAIS CLP Algum tempo atrás, principalmente nas indústrias químicas, existia o esquema de controle centralizado, possível com a introdução da instrumentação eletrônica. Neste conceito existia uma sala localizada a grandes distâncias do núcleo operacional. Esta destinava-se a centralizar todo o controle efetuado ao longo do parque fabril. Atualmente existem diversas outras salas de controle, distribuídas geograficamente, interligadas entre si e a uma sala central de supervisão. No que respeita à segurança a automação de um processo de fabrico vai permitir que muitas tarefas de maior perigo imediato (ex. prensagem, corte, etc. ou a médio ou longo prazo (ex. a soldadura e a pintura com a consequente inalação de gazes) possam ser executadas com pouca ou mesmo nenhuma intervenção Humana.

Por outro lado, as tarefas menos perigosas, mas extremamente repetitivas, podem conduzir a estados de cansaço, possível gerador de situações perigosas do ponto vista da segurança para não falar da qualidade do produto final. Ainda é muito arriscado enviar um homem para fazê-la, então com a automação é possível enviar um robô que fará tal exploração no lugar dos homens, os quais ficam em um ambiente seguro apenas controlando as máquinas. Instrumentação Industrial A instrumentação, por outro lado, estuda como aperfeiçoar o controle/desempenho de processos industriais, como o aumento de segurança de máquinas e pessoas. Um exemplo é quanto aos instrumentos pneumáticos, que foram substituídos pelos eletrônicos para que houvesse uma melhoria no sistema.

Como citado no item 1 a automação deriva do latim Automatus, que significa “mover-se por si só”. Assim, o objetivo principal desse sistema é fazer com que os mecanismos de uma máquina verifiquem seu próprio funcionamento com a mínima intervenção do homem. Pirâmide da Automação Industrial Figura 3 - É um diagrama que representa, de forma hierárquica, os diferentes níveis de controle e trabalho em automação industrial através de cinco níveis. A chamada “pirâmide da automação industrial” apresenta os diferentes níveis de controle de automação industrial, desde os equipamentos e dispositivos em campo até o gerenciamento corporativo da empresa. Veja a descrição de cada um destes níveis: Nível 1 – Aquisição de Dados e Controle Manual: O primeiro nível é majoritariamente composto por dispositivos de campo.

Atuadores, sensores, transmissores e outros componentes presentes na planta compõem este nível. Nível 2 – Controle Individual: O segundo nível compreende equipamentos que realizam o controle automatizado das atividades da planta. Controle de Processos Controlar um processo significa atuar sobre ele, ou sobre as condições a que o processo está sujeito, de modo a atingir algum objetivo - por exemplo, podemos achar necessário ou desejável manter o processo sempre próximo de um determinado estado estacionário, mesmo que efeitos externos tentem desviá-lo desta condição. Este estado estacionário pode ter sido escolhido por atender melhor aos requisitos de qualidade e segurança do processo Estado Estacionário x Dinâmica Percebemos que nem sempre será possível utilizar uma equação simplificada (igualando a zero todas as derivadas em relação ao tempo) para descrever um processo.

Este estado estacionário, na maior parte das vezes, é somente um objetivo buscado, mas nem sempre atingido ou mantido por muito tempo nos processos. Em qualquer processo industrial, as condições de operação estão sujeitas às variações ao longo do tempo. O nível de líquido em um tanque, a pressão em um vaso, a vazão de um fluido; todas estas condições podem (e costumam) variar. É importante ressaltar que o processo de controle presume que já existem normas de desempenho. As normas são detalhadas nas metas específicas, que foram criadas no planejamento anteriormente. Sendo assim, o planejamento deve preceder a aplicação do processo de controle. Noções de Controlador Lógico Programável Figura 9 Conceitos Fundamentais - CLP Nesta seção, discutiremos rapidamente conceitos básicos e importantes para a compreensão do funcionamento do CLP e de sua programação.

Iniciamos com a diferenciação entre automação e automatização, analisaremos os sistemas de numeração usados no nosso cotidiano e aqueles utilizados em dispositivos eletrônicos, passaremos pelas portas lógicas e finalizaremos com os tipos de memória encontrados nos CLPs. Entretanto, o nível de flexibilidade atribuído ao sistema é bem mais elevado pelo fato de estar associado ao conceito de software. Tal recurso provê, a um sistema dotado de automação, a possibilidade de ser alterado radicalmente todo o comportamento automatizado, a fim de, intencionalmente, produzir–se uma gama diferenciada de resultados. A automação industrial se verifica sempre que novas técnicas de controle são introduzidas num processo. Pode-se dizer que automação industrial é oferecer e gerenciar soluções, pois ela sai do nível operacional do chão de fábrica para voltar seu foco para o gerenciamento da informação.

Figura 11 5. Esse sistema é conhecido como sistema em “malha fechada”. Se não há a medição das saídas dizemos que o sistema tem “malha aberta”. Figura 13 - Estratégia de controle analógico com realimentação A automação, como a imaginamos, tem a ver mais com o comando sequencial de ações que visam a fabricação, transporte ou inspeção de produtos. Desse modo, se trabalha muito mais com variáveis digitais. Diferentes tipos de entradas e saídas Exemplo de algumas entradas e saídas, que podem influenciar no comportamento do controlador em um ambiente automatizado através de um programa do usuário. Como exemplo temos: Contatores (figura 15 a) que acionam os Motores de Indução (figura 15 b) e as Válvulas Eletropneumáticas (figura 15 c).

Figura 17 - Exemplos de saídas discretas E) Saídas multi-bits: têm o conceito de operação semelhante as entradas da mesma categoria. Como principais exemplos têm-se os drivers dos Motores de Passo (figura 18 a) e os Servo motores (figura 18 b). Figura 18 - Exemplos de saídas multi-bits: Motor de Passo e Servo motor F) Saídas analógicas: como dito anteriormente, de forma similar o controlador necessita de um conversor digital para analógico (D/A), para trabalhar com este tipo de saída. Os exemplos mais comuns são: válvula proporcional, acionamento de motores DC, displays gráficos, entre outros. Há muitos dispositivos PROFIBUS disponíveis no mercado. Redes PROFIBUS normalmente têm um mestre e vários escravos. O mestre é configurado para saber que tipos de escravos estão na rede e seus endereços.

O mestre escreve instruções nos escravos e lê o “feedback” destes. Cabos de Conexão Podemos programar o CLP S7-200 utilizando um PC com o software Step7Micro/Win instalado. CONCLUSÃO A nossa expectativa é de que o leitor possa continuar aprendendo, pois novos conceitos, técnicas e tecnologias surgirão. A automação representa um campo no qual o avanço tecnológico é uma constante. Esse dinamismo se refletirá em dúvidas, questionamentos e novas perguntas. E é bom que seja assim, pois isto o estimulará a prosseguirem seus estudos e a aperfeiçoar seu desempenho profissional. Discutimos a automação sob a perspectiva de um amplo cenário, constituído por conceitos, técnicas, “fazeres”, além de suas implicações e consequências para o setor industrial e para a vida das pessoas.

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