Automação Industrial - Tópico 1

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Automação Industrial 
 
 
 
 
Nova Metodologia 
Material de consulta para os alunos 
 
 
1º Tópico – Introdução à Automação e CLP 
 
1.1 – Introdução 
 
Automação industrial é a aplicação de técnicas, softwares e/ou equipamentos específicos 
em uma determinada máquina ou processo industrial, com o objetivo de aumentar a sua 
eficiência, maximizar a produção com o menor consumo de energia e/ou matérias primas, 
menor emissão de resíduos de qualquer espécie, melhores condições de segurança, seja 
material, humana ou das informações referentes a esse processo, ou ainda, de reduzir o 
esforço ou a interferência humana sobre esse, processo ou máquina. É um passo além 
da mecanização, onde operadores humanos são providos de maquinaria para auxiliá-los 
em seus trabalhos. 
 
 
Figura 1 - Robô em uma linha de produção 
 
 
1.1.1 - Classificação 
 
A automação industrial pode ser classificada em: 
 
 Automação Industrial Clássica: É aquela que se desenvolve com o uso de 
dispositivos eletromecânicos, tais como: contatoras, temporizadores etc., para o 
controle do processo. 
 
 Automação Industrial Digital: É a que abusa do uso de computadores e 
dispositivos microprocessados e pode ser classificada em três áreas diferentes, 
mas não claramente delimitadas: a automação fixa, a automação programável e a 
automação flexível. 
 
 
https://pt.wikipedia.org/wiki/Software
https://pt.wikipedia.org/wiki/Processo_industrial
https://pt.wikipedia.org/wiki/Energia
https://pt.wikipedia.org/wiki/Mecaniza%C3%A7%C3%A3o
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 Fixa ou Rígida: Este tipo de automação é caracterizado pela rigidez da 
configuração do equipamento. Uma vez projetada uma determinada 
configuração de controle, não é possível alterá-la posteriormente sem 
realizar um novo projeto. 
 
As operações a realizar são, em geral, simples e a complexidade do sistema 
tem, sobretudo a ver com a integração de um elevado número de operações 
a realizar. Os aspectos típicos da automação fixa são: 
- Investimentos iniciais elevados em equipamentos específicos; 
- Elevadas taxas de produção; e 
- Impossibilidade de alterar a fabricação de outros produtos. 
 
Este tipo de automação se justifica do ponto de vista econômico quando se 
pretende realizar uma elevada produção. Podemos citar como exemplo, a 
máquina de envasamento de uma das maiores companhias de bebidas, que 
é capaz de encher até 40.000 vasilhames por hora. 
 
 Programável: Neste caso, o equipamento é montado com a capacidade de 
se ajustar a alterações da sequência de produção quando se pretende 
alterar o produto final. A sequência de operações é controlada por um 
programa. Assim, para cada novo produto terá de ser realizado um novo 
programa. Os aspectos típicos da automação programável são: 
- Elevado investimento em equipamento genérico; 
- Taxas de produção inferiores à automação fixa; 
- Flexibilidade para alterações na configuração da produção; 
- Bastante apropriada para produção por lotes (batch processing). 
 
No final da produção de um lote, o sistema é reprogramado. Os elementos 
físicos envolvidos como, por exemplo, ferramentas de corte e parâmetros de 
trabalho das máquinas ferramentas, devem ser reajustadas. O tempo 
despendido na produção de um lote deve incluir o tempo dedicado aos 
ajustamentos iniciais e o tempo de produção do lote propriamente dito. 
 
Na figura 2, temos um torno automatizado que deve realizar um determinado 
programa para executar cada função, tais como: confecção de parafusos, 
engrenagens, usinagem etc. 
 
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Figura 2 - Torno CMC 
 
 Flexível: É uma extensão da automação programável. A definição exata 
desta forma de automação está ainda em evolução, pois os níveis de 
decisão que envolve podem neste momento incluir toda a organização geral 
da produção. Um sistema flexível de produção é capaz de produzir uma 
determinada variedade de produtos sem perda significativa de tempo de 
produção para ajustamentos entre tipos diferentes. Assim, o sistema pode 
produzir várias combinações de produtos sem necessidade de organizá-los 
em lotes separados. 
 
Os aspectos típicos da automação flexível são: 
- Elevados investimentos no sistema global; 
- Produção contínua de misturas variáveis de produtos; 
- Taxas de produção média; 
- Flexibilidade de ajustamento às variações no tipo dos produtos. 
 
 
1.1.2 – Vantagens da automação 
 
Com a implantação da automação em uma “planta industrial” ou “chão de fábrica”, quando 
se referir a uma parte da industria que trabalha com produtos químicos, muitas vantagens 
são obtidas. Dentre elas podemos citar: 
 
 Aumento de produtividade: Através da automação muitos trabalhos manuais 
puderam ser feitos por maquinas. Além de trabalharem sozinhas, com maior 
precisão e velocidade, uma máquina nunca fica doente, certo? É só ter um cuidado 
especial com a manutenção. 
 
 Melhoria de qualidade do produto final: Já experimentou fazer a mesma tarefa 
repetidas vezes? Agora imagina um funcionário em uma linha de produção, 
fazendo por horas o mesmo trabalho? Ao longo do tempo ele vai ficando cansado e 
sua produtividade caindo e consequentemente começa a ficar descuidado. Uma 
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máquina nunca fica cansada e nem descuidada, ela trabalha 24h por dia sem se 
preocupar com vida pessoal, sem ficar doente. Portanto, uma vez calibrada e 
programada ela irá manter aquela qualidade pelo tempo que funcionar. 
 
 Redução de custos: A redução de custos se deve principalmente ao menor 
desperdício de material e a menor quantidade de mão de obra para produzir. Uma 
máquina apenas precisa de revisão periódica e energia elétrica para funcionar, 
seus gastos são pontuais e seu custo benefício promovido pela quantidade 
produzida e velocidade de produção ajuda na diminuição dos custos por produto. 
 
 Segurança aos empregados: Através da automação industrial, é possível 
monitorar 24h por dia, 7 dias por semana, qualquer complexo industrial. Através de 
alertas sonoros ou luminosos e sensores em processos industriais, podemos 
monitorar e avisar sobre qualquer irregularidade. Isso pode ser feito desde 
problemas na produção até alertas de perigo aos funcionários, diminuindo riscos e 
fatalidades. Com esses processos, podemos verificar sobrecargas e aumentos de 
temperatura. Assim, garantimos velocidade de tomada de decisão diminuindo 
prejuízos e danos que não seriam evitados se um homem fizesse o mesmo 
trabalho. 
 
 Competitividade: Você tem maior produção, menor custo de produção, maior 
qualidade. Em um mundo no qual o consumidor preza cada vez mais pela 
qualidade, custo e cuidados ambientais, como mostra estudos, poder investir no 
que o consumidor procura sem gerar mais despesas a empresa é o caminho para 
ser competitivo em um mercado cada vez mais agressivo. 
 
 Capacidade de monitoramento, controle e auxilio na tomada de decisão: 
Como tomar decisões, diminuir riscos e garantir maior controle das operações da 
sua empresa, sem gastar com mão de obra supervisora e horas de auditoria? 
O computador faz esse trabalho por você com sensores, sistemas de controle e 
alertas contínuos, a automação fornece as ferramentas para quem quer recolher 
indicadores e ter a chance de estudar como melhorar seus processos. 
 
 
1.1.3 – Vantagens da máquina sobre o homem 
 
A máquina apresenta uma série de vantagens sobre a utilização da mão de obra humana. 
Dentre elas podemos citar: 
 
 Trabalha sob qualquer condição climática: Para a máquina não existem 
temperaturas altas ou baixas, basta climatizar o ambiente de acordo com as 
necessidades da máquina. 
http://fluxoconsultoria.poli.ufrj.br/blog/projetos-mecanicos/sensores-em-processos-mecanicos-industriais-medir/
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 Trabalha sob qualquer condição ambiental: Quando se necessita de operar em 
grandes altitudes (pressõeshipobáricas) e altas profundidades (pressões 
hiperbáricas) o uso da máquina é mais viável, com isso evitam-se doenças, tais 
como, rompimento dos tímpanos, embolia gasosa, narcose etc. 
 
 Não reclama das atividades atribuídas: Um grande problema que ocorre nas 
empresas é quando um funcionário reclama da atividade a qual lhe foi atribuída, 
causando um mal estar entre a empresa e os próprios colegas. 
 
 Substitui o homem em atividade que envolvam raciocínio numérico: Nem 
sempre o homem tem a rapidez e precisão para executar operações que envolvam 
a “temida” matemática. 
 
 Não apresenta fadiga, nem erros, em atividades com movimentos repetitivos: 
A repetitividade pode provocar fadiga, desgastes físicos e psicológicos. Na parte 
física, compromete o sistema musculoesquelético, provocando lesões, inflamações 
que podem se tornar em distúrbios e doenças. Já no aspecto psicológico causa 
falta de concentração, ansiedade e até depressão. 
 
 
1.1.4 – Desvantagens da máquina 
 
 Capacidade limitada de tomar decisões: A máquina ainda não tem a capacidade 
de tomar decisões próprias e diferenciar uma instrução errada de uma instrução 
correta. 
 
 Precisa de programação para operar: Devido a limitação da máquina em tomar 
decisões, se faz necessária a sua programação para um perfeito funcionamento. 
Isto é, temos que “ensinar” a máquina, através de software, passo a passo tudo 
que ela deve fazer. 
 
 Requer manutenção e ajustes periódicos: Muitas vezes devido à queda de 
tensão ou outras anomalias, a máquina pode perder alguns parâmetros na 
programação ou funcionamento. Com isso é necessário fazer alguns ajustes de 
hardware ou software com o decorrer do tempo. 
 
Devido ao fato das máquinas utilizarem dispositivos mecânicos e elétricos uma 
manutenção preventiva ,ou até mesmo corretiva, se faz necessária, tais como: 
troca de polias, substituição de fusíveis e cabos condutores etc. 
 
 Aumenta o consumo energia elétrica: Com a automação a força muscular e a 
capacidade de racionar do operário e substituído por uma máquina, que depende 
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da energia elétrica para funcionar, temos como consequência um aumento no 
consumo de energia elétrica. Custo que terá que ser diluído no custo final do 
produto manufaturado. 
 
 Custo elevado de aquisição: As máquinas operatrizes para a automação de um 
processo industrial requer um investimento financeiro de valor um pouco elevado, 
que será absorvido a médio e longo prazo e deve fazer da composição do custo 
final do produto. 
 
 
1.2 – CLP (Controlador Lógico Programável) 
Controlador Lógico Programável (CLP) ou do inglês PLC (Programmable Logic Controller) 
é um dos controladores mais utilizados na indústria. Conceitualmente, CLP é um 
equipamento projetado para comandar e monitorar máquinas ou processos industriais. 
Mais a fundo, é um computador especializado, baseado em um microprocessador que 
desempenha funções de controle através de softwares desenvolvidos pelo usuário (cada 
CLP tem seu próprio software). É amplamente utilizado na indústria para o controle de 
diversos tipos e níveis de complexidade. Deve possuir um processador com software de 
controle e hardware que suporte operação em ambientes industriais. Este software, que é 
 específico para automação e controle, possui um sistema operacional de tempo real, algo 
indispensável para controle de processos de alto risco como os que se encontram nas 
indústrias. Já o Hardware deve suportar as condições extremas de trocas temperatura, 
umidade, pressão entre outras situações as quais um computador padrão não suportaria. 
 
Figura 3 - Painel de um CLP 
 
 
 
 
https://pt.wikipedia.org/wiki/Microprocessador
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2.1 – Arquitetura interna 
 
A arquitetura do CLP pode ser dividida em 6 partes, como mostrado na figura 4: 
 Fonte de Alimentação; 
 Unidade de Entrada (Analógica e/ou Digitais); 
 Unidade de Saída (Analógica e/ou Digitais); 
 Unidade Central de Processamento (CPU, Central Processing Unit); 
 Conjunto de Memórias (Eprom e RAM); 
 Comunicação. 
 
 
Figura 4 - Arquitetura interna do CLP 
 
 Fonte de Alimentação: A fonte de alimentação é responsável pelo fornecimento 
de energia elétrica ao CLP. Fornece todos os níveis de tensão exigidos para 
operações internas do CLP. Como os CLP são modulares, algumas vezes é 
necessário pensar em uma segunda fonte para suportar o aumento de periféricos. 
 
 Unidades de Entrada e de Saída: As unidades de Entrada e de Saída também 
são conhecidas como Interfaces de Entradas e de Saída. São nestas unidades que 
os atuadores e sensores irão se comunicar com o CLP. 
 
 Unidade Central de Processamento: A Unidade Central de Processamento 
(UCP) é mais conhecido pela sigla CPU, que, em inglês, significa Central 
Processing Unit. É a CPU que executa a lógica de controle. 
 
 Memórias: O CLP apresenta uma memória residente (EPROM) programada pelo 
fabricante, onde encontra-se todas as informações do Sistema Operacional, e uma 
memória volátil (RAM) que é programada pelo usuário. 
 
 Comunicação: Alguns CLPs de pequeno porte ainda possuem uma IHM (Interface 
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Homem-Máquina) que permite o usuário desenvolver o programa. Porém a maioria 
dos programas utilizados nos sistemas de Automação Industrial atualmente são 
complexos o suficiente para inviabilizar esta prática. Então hoje é comum que os 
CLPs se comuniquem com algum computador pessoal para desenvolvimento do 
programa de controle nestes computadores. 
 
 
2.2 – Tipos de entradas 
 
Considera-se cada sinal recebido pelo CLP, a partir de dispositivos ou componentes 
externos como um ponto de entrada. Ex: Micro-Chaves, Botões, termopares, relés etc. 
O CLP apresenta dois tipos de entradas. A saber: 
 
 Entradas Digitais: Somente possuem dois estados (0 e 1) para ligarmos sensores 
tipo “on-off”. Exemplo: sensor de luminosidade (fotocélula), red-switch, sensor de 
presença, sensor indutivo etc. 
As entradas digitais podem ser construídas para operarem em corrente contínua ( 
24 VCC ) ou em corrente alternada ( 127 ou 220 VCA ). 
Podem ser também do tipo N ( source ) ou do tipo P ( sink ). No caso do tipo N , é 
necessário fornecer o potencial negativo ( terra ou neutro ) da fonte de alimentação 
ao borne de entrada para que a mesma seja ativada. No caso do tipo P é 
necessário fornecer o potencial positivo ( fase ) ao borne de entrada. Em qualquer 
dos tipos é de praxe existir uma isolação galvânica entre o circuito de entrada e a 
CPU. Esta isolação é feita normalmente através de optoacopladores. 
 
 Entradas Analógicas: Possuem um valor que varia dentro de uma determinada 
faixa. (0 à 10V, - 10V à 10V, 0 à 20mA e 4 a 20mA). Exemplo: sensor de 
temperatura, sensor de pressão etc. 
 
 
2.3 – Tipos de saídas 
 
2.3.1. Transistor / Triac: 
Características: Chaveamento eletrônico para cargas DC (Transistor), para cargas AC 
(Triac). 
 
Vantagem: Alta vida útil, alta frequência de chaveamento (apenas para o transistor), 
ocupam pouco espaço no módulo, isolação entre módulo e carga. 
 
Desvantagens: Baixa proteção contra sobrecorrente e curto-circuito (necessita ser 
associado a fusíveis). Geralmente para cargas de baixa potência (100 a 500 mA). 
 
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2.3.2. Relé: 
Características: Chaveamento eletromecânico para cargas AC ou DC. 
 
Vantagem: Alta isolação entre módulo e carga, permite chavear cargas de média 
potência. 
 
Desvantagens: Vida útil limitada pelo desgaste mecânico, baixa frequência de 
chaveamento. 
 
 
2.4 – Finalidades dos sensores e atuadores industriais 
 
2.4.1 – Sensores 
 
Sensores são aparelhos detectores responsáveis pela medição da sensibilidade. Sua 
função é levar as informações sobre as condições das variáveis de processo (pressão, 
nível, posição, temperatura etc.), transformando-asem sinais elétricos até a entrada do 
CLP (Controlador lógico programável). Os sensores podem ser: mecânicos, resistivos, 
indutivos, capacitivos, ópticos e especiais. 
 
 
Figura 5 - Diversos sensores 
 
 
2.4.2 – Atuadores 
 
Os atuadores são dispositivos que produzem movimento, atendendo aos comandos que 
podem ser manuais, elétricos ou mecânicos. Eles recebem as informações processadas 
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pelo CLP, excitando os elementos responsáveis pela modificação das condições das 
variáveis de processos que integram o setor. 
 
Os atuadores podem ser: magnéticos, elétricos, pneumáticos, hidráulicos e mistos. 
 
Figura 6 - Diversos atuadores 
 
 
 
2.5 – Vantagens em relação aos Sistemas Convencionais 
 
O CLP tornou-se um equipamento indispensável para indústria, sua capacidade de 
processamento aumentou consideravelmente, executando funções mais complexas, 
principalmente quando na década de 70 foram introduzido o microprocessamento, 
permitindo maior flexibilidade de programação. 
 
Atualmente os CLPs são equipamentos bem mais complexos, atuando tanto em controle 
discreto quanto na automação da manufatura em processos contínuos, com as mais 
variadas capacidades, podendo controlar processos independentes ou comunicar-se com 
outros controladores ou com sistemas de supervisão. 
 
Vantagens 
Os Controladores Lógicos Programáveis apresentam muitas vantagens em relação aos 
controles que utilizam dispositivos convencionais. Dentre essas vantagens, podemos 
citar: 
 
 Ocupam menor espaço: Devido ao seu tamanho reduzido e às suas poderosas 
ferramentas, o CLP ocupa muito menos espaço do que seria necessário para 
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instalação de dispositivos convencionais (botoeiras, contatores auxiliares, relé de 
tempo etc.). 
 
 Redução em ligações elétricas: Como ele pode substituir diversos dispositivos, 
temos a possibilidade de utilizar uma quantidade menor de condutores elétricos. 
 
 Menor consumo de corrente elétrica: Pelo mesmo motivo citado acima, com a 
redução do número de dispositivos convencionais, temos uma diminuição no 
consumo final de energia elétrica. 
 
 Interface de comunicação: É possível a comunicação entre diversos CLP`s a 
partir de seu sincronismo, bem como sua comunicação com computadores de 
supervisão. 
 
 Confiabilidade: Depois de programado, o CLP é capaz de executar, 
incessantemente, toda a rotina de programação sem cometer erros. 
 
 Manutenção facilitada: Tanto a manutenção preventiva quanto a corretiva se 
tornam mais fáceis devido ao fato de não haver uma grande quantidade de 
dispositivos para ser analisada. 
 
 Flexibilidade: O CLP, quando bem utilizado, permite a execução de diversas 
rotinas de programação dispondo do mesmo hardware. 
 
 
 
Links para acesso aos vídeos do Youtube 
 
https://www.youtube.com/watch?v=p0G1BBxY9Os – Introdução. 
 
https://www.youtube.com/watch?v=e4UAYg2geio – Vantagens da automação. 
 
https://www.youtube.com/watch?v=RnYqTpuLWAA – Arquitetura interna. 
 
https://www.youtube.com/watch?v=zeX_x2bq7s8 – Tipos de entradas. 
 
https://www.youtube.com/watch?v=PlvD2DCfBs4 – Tipos de saídas. 
 
https://www.youtube.com/watch?v=b5Fj7FU8M9Y – Sensores. 
 
https://www.youtube.com/watch?v=ohXHBc4oAPY – Atuadores. 
 
https://www.youtube.com/watch?v=p0G1BBxY9Os
https://www.youtube.com/watch?v=e4UAYg2geio
https://www.youtube.com/watch?v=RnYqTpuLWAA
https://www.youtube.com/watch?v=zeX_x2bq7s8
https://www.youtube.com/watch?v=PlvD2DCfBs4
https://www.youtube.com/watch?v=b5Fj7FU8M9Y
https://www.youtube.com/watch?v=ohXHBc4oAPY
 Automação Industrial 
 
 
 
 
Bibliografia 
 
https://pt.wikipedia.org/wiki/Automa%C3%A7%C3%A3o_industrial – último acesso em 
06/08/2018 às 19h39min. 
 
http://fluxoconsultoria.poli.ufrj.br/blog/tecnologia-informacao/o-que-e-automacao-industrial/ 
- último acesso em 06/08/2018 às 20h29min. 
 
https://pt.wikipedia.org/wiki/Controlador_l%C3%B3gico_program%C3%A1vel – último 
acesso em 08/08/2018 às 16h43min. 
 
https://profrafaelrs.wordpress.com/2012/11/27/arquitetura-do-clp/ - último acesso em 
08/08/2018 às 16h57min. 
 
http://www.madeira.ufpr.br/disciplinasivan/AULACLP.pdf - último acesso em 08/08/2018 
às 22h20min. 
 
https://slideplayer.com.br/slide/1816683/ - último acesso em 08/08/2018 às 22h55min. 
 
https://augustojln.wordpress.com/tag/vantagens-e-desvantagens-do-clp/ - último acesso 
em 01/11/2018 às 16h16min. 
 
https://pt.wikipedia.org/wiki/Automa%C3%A7%C3%A3o_industrial
http://fluxoconsultoria.poli.ufrj.br/blog/tecnologia-informacao/o-que-e-automacao-industrial/
https://pt.wikipedia.org/wiki/Controlador_l%C3%B3gico_program%C3%A1vel
https://profrafaelrs.wordpress.com/2012/11/27/arquitetura-do-clp/
http://www.madeira.ufpr.br/disciplinasivan/AULACLP.pdf
https://slideplayer.com.br/slide/1816683/
https://augustojln.wordpress.com/tag/vantagens-e-desvantagens-do-clp/