Auto I ECA - Aula 01 - Introdução à Automação Industrial

Prévia do material em texto

INTRODUÇÃO
CONTEXTO HISTÓRICO, ESTADO-DA-ARTE E 
PRINCIPAIS CONCEITOS
UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO
FACULDADE DE ENGENHARIA – CAMPUS VÁRZEA GRANDE
ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO
Prof. Sólon Sadamitsu Otomura
Eng. Eletricista
2
SUMÁRIO
1 – Automação Industrial
1.1 – A automação na revolução industrial
1.2 – Aplicação no contexto atual
2 – CLPs
1.3 – Conceitos de projetos
2.1 – Introdução
2.2 – Principais características
2.3 – Parâmetros Importantes
2.4 – Aplicações na indústria
3
1 – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
1.1 – A automação na revolução industrial
A revolução industrial é caracterizada pela
imensa transformação no processo produtivo e
nas relações de trabalho. Os ingleses são
considerados os pioneiros deste processo por
implementarem, na segunda metade do século
XVIII, as primeiras máquinas a vapor em
indústrias.
4
1 – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
1.1 – A automação na revolução industrial
As máquinas possibilitaram um ritmo de
produção maior, substituindo a mão-de-obra
humana em grande parte das atividades.
Desta forma, utilizavam-se dos recursos
humanos apenas em processos que
necessitavam de precisão.
5
1 – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
1.1 – A automação na revolução industrial
Com a ascensão da energia elétrica e do
petróleo como fonte de energia, surgem também
as máquinas elétricas e as máquinas à
combustão.
Um avanço tecnológico com mais eficiência
que substituiu as máquinas a vapor movidas à
carvão.
6
1 – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
1.1 – A automação na revolução industrial
Diferentemente da anterior, a chamada
segunda revolução industrial se deu também em
países como: Alemanha, Bélgica, Itália, Estados
Unidos e Japão.
Considera-se o período desta fase sendo
entre a segunda metade do séc. XIX e o início do
séc. XX.
7
1 – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
1.1 – A automação na revolução industrial
É nesse período que se destaca o avanço na
automatização dos processos, melhorando a
eficiência na linha de produção e diminuindo a
necessidade de mão-de-obra humana.
A automatização se dava na utilização de
painéis de comandos a relés temporizados,
tecnologia utilizada até hoje em indústrias
menores.
8
1 – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
1.1 – A automação na revolução industrial
Atualmente estamos na transição da terceira
fase para a quarta fase das revoluções
industriais.
A terceira é marcada pelo surgimento dos
robôs substituindo por totalidade a mão-de-obra
humana em processos de alta precisão, deixando
cada vez mais eficiente a linha de produção.
9
1 – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
1.1 – A automação na revolução industrial
A quarta fase, ou também
conhecida como “Indústria 4.0”, propõe
a substituição total da mão-de-obra
humana nos processos industriais.
Sendo ela necessária somente para
gestão e manutenção dos processos.
10
1 – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
1.2 – Aplicação no contexto atual
Podemos citar inúmeros exemplos de indústrias de bens de consumo que adotam em suas
linhas de produção um sistema automatizado.
Desde montadoras de carros, produção de bebidas (água, refrigerantes, cervejas), fábricas
de tecidos, papéis, isopor e qualquer outro produto final de produção em grande escala.
11
1 – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
1.2 – Aplicação no contexto atual
A implantação de automação de processos, não
se dá somente em produções de grande escala, mas
também podem ser feitas em escalas menores, como
por exemplo: nas tornearias, marcenarias e em
cozinhas de restaurantes e lanchonetes.
12
1 – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
1.2 – Aplicação no contexto atual
Em indústrias de base, responsáveis
pela extração de matéria-prima para outras
indústrias, também podemos ter processos
automatizados, neste caso, mais voltado
para o controle das máquinas elétricas, com
raras utilizações de robôs.
13
1 – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
1.3 – Conceitos de projeto
A automação dos processos industriais traz
uma série de benefícios para a empresa que a
utiliza, podemos citar algumas como:
1. Aumento da produtividade;
2. Diminuição dos custos de produção;
3. Melhoria da segurança dos processos;
4. Menor índice de acidentes do trabalho.
14
1 – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
1.3 – Conceitos de projeto
Porém, percebe-se também que não são todas
as indústrias que possuem a linha de produção
automatizada, isso pode ser devido a alguns
fatores:
1. Alto custo de implantação;
2. Falta de mão-de-obra especializada;
3. Pouco conhecimento sobre automação.
15
1 – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
1.3 – Conceitos de projeto
Apesar dos benefícios da automação dos processos serem tentadores, nem
sempre vale o custo-benefício da implantação.
A proposta de adequação de uma indústria sempre deverá levar em
consideração as suas particularidades, que são geralmente:
1. Recursos financeiros;
2. Espaço físico disponível;
3. Capacitação técnica dos colaboradores para manuseio e manutenção;
4. Disponibilidade de parada de produção para implantação.
16
1 – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
1.3 – Conceitos de projeto
Entendendo as particularidades da empresa em questão, é possível avaliar que grau de
intervenção é possível aplicar:
I. Implantação de relés de proteção nos circuitos de força e comando;
II. Aplicação de técnicas de partidas de motores elétricos utilizando relés temporizados;
III. Substituição dos relés e contatoras auxiliares por controladores programáveis;
IV. Implantação de sistemas supervisórios para monitoramento e controle de parte dos
processos;
V. Substituição da mão-de-obra humana por braços robóticos;
VI. Comunicação e controle total dos processos via central de comando.
17
1 – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
1.3 – Conceitos de projeto
Para melhor contextualização, segue uma lista de itens que fazem parte de um
projeto de Automação Industrial:
a) Mapa de Localização da obra;
b) Descrição do processo a ser automatizado;
c) Apresentação dos diagramas de comando e força com suas ligações
elétricas;
d) Definições dos controladores, sensores e demais componentes a serem
instalados no sistema;
18
1 – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
1.3 – Conceitos de projeto
e) Programação dos controladores (não precisa constar no memorial);
f) Lista de materiais que serão instalados;
g) Folha de dados dos materiais mais importantes;
h) Planejamento da execução (etapas, duração e cronograma);
i) Memorial descritivo (contendo todas essas informações);
j) Anotação de Responsabilidade Técnica do projetista e do executor;
19
1 – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
1.3 – Conceitos de projeto
De igual forma, lista-se os itens que não fazem parte de um projeto de
Automação Industrial:
a) Dimensionamento e definição das máquinas a serem
automatizadas;
b) Dimensionamento e definição das proteções e cabos das máquinas;
c) Dimensionamento e definição dos barramentos do painel de força;
d) Diagramas das instalações do local.
20
2 – CLP’S
2.1 – Introdução
Definições:
“O CLP (Controlador Lógico Programável) é um
equipamento eletrônico digital, com hardware e software
compatível com as aplicações industriais (ABNT – Associação
Brasileira de Normas Técnicas).”
21
2 – CLP’S
2.1 – Introdução
Definições:
“CLP é um aparelho eletrônico digital, que utiliza uma memória programável
para armazenar internamente instruções e para implementar funções específicas,
tais como lógica, sequenciamento, temporização, contagem e aritmética,
controlando, por meio de módulos de entradas e saídas, vários tipos de máquinas
ou processos (NEMA – National Electrical Manufacturers Association).”
22
2 – CLP’S
2.1 – Introdução
O primeiro CLP foi desenvolvido para a General Motors (GM), em 1969,
pela companhia BedFord Associates, hoje pertencente a Schnider Electric.
O dispositivo foi chamado “the 084”.
Surgiu pela necessidade de uma melhor flexibilidade e rapidez na
adaptação das linhas de produção e montagem automobilística da GM.
23
2 – CLP’S
2.1 – Introdução
Na época, os painéis de comando com contatores e relés
eletromecânicos eram o principal método para controle lógico de
máquinas.O processo de melhoria, expansão ou alteração desses painéis na
linha de produção demandava muito tempo e dinheiro para que fossem
executadas.
24
2 – CLP’S
2.1 – Introdução
Modicon 084
Modicon 184
Gould Modicon 984
Schneider
Modicon M241
25
2 – CLP’S
2.1 – Introdução
Schneider Modicon M340
26
2 – CLP’S
2.1 – Introdução – Evolução dos CLPs
GERAÇÃO PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS
1ª Geração
Programação feita diretamente em Assembly, exigindo uma completa compreensão
dos seus componentes
2ª Geração
Surgem as linguagens de nível médio, com softwares para converter os algoritmos em
linguagem de máquina
3ª Geração
Apresenta as primeiras entradas de programação, permitindo conexão a teclados ou 
programadores portáteis
4ª Geração
Surge a entrada para comunicação serial, possibilitando a sua programação
diretamente de um computador. Além de compilar, os softwares permitiram testar o
funcionamento do algoritmo
5ª Geração
Apresenta Padrões de Protocolos de Comunicação, facilitando a interface com outros
equipamentos e também com sistemas supervisórios
27
2 – CLP’S
2.2 – Principais características
As principais vantagens dos CLPs em relação aos painéis de relés
eletromecânico são:
• Maior confiabilidade e flexibilidade;
• Menor ocupação de espaço físico;
• Menor consumo de energia elétrica;
• Fácil Programação e Adaptação do Sistema Lógico (comando);
• Rapidez na elaboração e implementação dos projetos;
• Capacidade de se comunicar com outros dispositivos.
28
2 – CLP’S
2.2 – Principais características – Exemplo
29
2 – CLP’S
2.2 – Principais características – Exemplo
30
2 – CLP’S
2.2 – Principais características – Exemplo
31
2 – CLP’S
2.2 – Principais características
As principais desvantagens dos CLPs em relação aos painéis de relés
eletromecânico são:
• Baixo custo-benefício em sistemas simples;
• Necessita de conhecimento em operações lógicas para
programação;
• Sensível a ruídos elétricos, comum em instalações com
equipamentos eletrônicos de potência;
• Necessita de uma mão-de-obra especializada para manutenção.
32
2 – CLP’S
2.2 – Principais características
O papel de controlador em um
painel de comando não precisa ser
necessariamente de um CLP
industrial. É possível utilizar
plataformas como o ARDUINO ou até
mesmo desenvolver um projeto com
microcontroladores ATMega ou PIC,
por exemplo.
33
2 – CLP’S
2.2 – Principais características
A utilização destes outros
controladores em combinação com o
CLP industrial também é possível.
O critério de escolha dos
equipamentos a instalar depende
muito das particularidades do
projeto.
34
2 – CLP’S
2.3 – Parâmetros importantes
O critério de escolha de um modelo de CLP é levado em consideração os
seguintes parâmetros:
• Quantidade de Entradas e Saídas (I/O; E/S), tanto digitais quanto analógicas;
• Tensão de alimentação CC e CA;
• Linguagem de programação compatível;
• Capacidade de condução de corrente dos relés das saídas.
35
2 – CLP’S
2.3 – Parâmetros importantes
36
2 – CLP’S
2.3 – Parâmetros importantes