Automação industrial - ebook

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<p>AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL</p><p>Ricardo Trombetta</p><p>SUMÁRIO</p><p>Esta é uma obra coletiva organizada por iniciativa e direção do CENTRO SU-</p><p>PERIOR DE TECNOLOGIA TECBRASIL LTDA – Faculdades Ftec que, na for-</p><p>ma do art. 5º, VIII, h, da Lei nº 9.610/98, a publica sob sua marca e detém os</p><p>direitos de exploração comercial e todos os demais previstos em contrato. É</p><p>proibida a reprodução parcial ou integral sem autorização expressa e escrita.</p><p>CENTRO UNIVERSITÁRIO UNIFTEC</p><p>Rua Gustavo Ramos Sehbe n.º 107. Caxias do Sul/ RS</p><p>REITOR</p><p>Claudino José Meneguzzi Júnior</p><p>PRÓ-REITORA ACADÊMICA</p><p>Débora Frizzo</p><p>PRÓ-REITOR ADMINISTRATIVO</p><p>Altair Ruzzarin</p><p>DIRETORA DE EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA (EAD)</p><p>Rafael Giovanella</p><p>Desenvolvido pela equipe de Criações para o ensino a distância (CREAD)</p><p>Coordenadora e Designer Instrucional</p><p>Sabrina Maciel</p><p>Diagramação, Ilustração e Alteração de Imagem</p><p>Igor Zattera, Júlia Oliveira, Thais Munhoz</p><p>Revisora</p><p>Thais Piccoli Dalzochio</p><p>FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 3</p><p>INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 4</p><p>TEORIA DE SISTEMAS A EVENTOS DISCRETOS 7</p><p>INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL: SENSORES E ATUADORES DE VARIÁVEIS FÍSICO/QUÍMICAS 7</p><p>CONTROLE SUPERVISIONADO 13</p><p>TECNOLOGIA DE SISTEMAS DE AUTOMAÇÃO 19</p><p>SENSORES E ATUADORES INDUSTRIAIS 20</p><p>CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS CLP 22</p><p>SUPERVISÓRIOS 23</p><p>PROGRAMAÇÃO DE CONTROLADORES INDUSTRIAIS 26</p><p>ATUADORES SERVO CONTROLADOS 36</p><p>SERVO ACIONAMENTOS, CONTROLE DE POSIÇÃO E SINCRONISMO 38</p><p>PRÁTICAS EM BANCADA DE TREINAMENTO EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 40</p><p>CONTROLE DE PROCESSOS INDUSTRIAIS: O PAPEL DOS COMPUTADORES 46</p><p>ROBÔS INDUSTRIAIS 49</p><p>ROBÔS 50</p><p>INTRODUÇÃO AOS CONCEITOS BÁSICOS DA ROBÓTICA 51</p><p>CARACTERÍSTICAS, TIPOS E PROGRAMAÇÃO DE ROBÔS. 52</p><p>SISTEMAS DE CONTROLE E DISPOSITIVOS PERIFÉRICOS PARA OS ROBÔS 54</p><p>3</p><p>FUNDAMENTOS</p><p>DE AUTOMAÇÃO</p><p>INDUSTRIAL</p><p>O surgimento da automação se dá através da mecanização, tendo origem em torno de 3500</p><p>a 3200 a.C., com a utilização da roda. Desde o início, o objetivo era sempre simplificar o</p><p>trabalho do homem com o menor esforço possível, de forma a substituir o esforço braçal por</p><p>outros meios e mecanismos, tornando-os mais produtivos e permitindo executar o máximo</p><p>de atividades simultaneamente. Porém, nos dias de hoje, atribui-se a automação a qualquer</p><p>sistema apoiado em microprocessadores que substituam o trabalho humano.</p><p>4AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL</p><p>SUMÁRIO</p><p>O mundo tecnológico está passando por uma revolução jamais vista em termos de evo-</p><p>lução de sistemas inteligentes. As pessoas e organizações que não o acompanharem serão</p><p>engolidas pela tecnologia, independentemente da área de atuação. Alinhada com essa neces-</p><p>sidade, a presente disciplina na modalidade a distância da UNIFTEC tem por objetivo trazer</p><p>uma abordagem ampla sobre a automação, com detalhamentos teóricos e práticos, apresen-</p><p>tando a evolução da automação desde os seus primórdios até os dias atuais.</p><p>Sendo assim, a disciplina propõe fazer uma abordagem ampla e direcionada de concei-</p><p>tos e teorias, detalhando as tecnologias dos sistemas de automação, controladores, atuado-</p><p>res, sistemas de modelagem, servos e CLP, bem como a aplicação de robôs nas indústrias, re-</p><p>alizando uma análise completa dos principais temas relacionados às tecnologias inteligentes</p><p>aplicadas na indústria e no nosso cotidiano.</p><p>Quanto aos sistemas automatizados, estudaremos a teoria de sistemas a eventos discre-</p><p>tos, os sensores e atuadores e os controles supervisionados, seguindo para a teoria de erros e</p><p>estimativas com a análise de confiabilidade. Após, estudaremos os sistemas contínuos, atra-</p><p>vés da modelagem, e os princípios de identificação dos sistemas, avaliando sua estabilidade e</p><p>controlabilidade. Para operacionalização em diversos projetos de automação, faz-se necessá-</p><p>rio entender os sensores e atuadores, bem como os controladores e a comunicação entre eles e</p><p>seus supervisórios, detalhadas as linguagens e sua programação. Por fim, estudaremos atua-</p><p>dores servo controlados, seus sensores, robôs industriais e os barramentos industriais, apre-</p><p>sentando um panorama global relacionado à evolução tecnológica da indústria de modo geral.</p><p>INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL</p><p>A automação teve início há muito tempo, quando o homem começou a desenvolver equi-</p><p>pamentos e máquinas que passaram a substituir a mão de obra humana, garantindo maior</p><p>produtividade para suprir as necessidades de consumo decorrentes do aumento populacional.</p><p>Trata-se da substituição do trabalho humano ou animal por máquinas com acionamentos</p><p>automáticos independentes da ação humana.</p><p>PRIMEIROS ROBÔS USADOS NA INDÚSTRIA</p><p>5AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL</p><p>SUMÁRIO</p><p>Com a introdução de sistemas semiautomáticos e a evolução da tecnologia, a integração</p><p>com sistemas de controle remoto foi eliminando cada vez mais a interferência do operador</p><p>humano. A adoção de sistemas automáticos dotados de atuação própria ocorre em tempo e</p><p>deslocamento determinado ou em resposta a determinadas condições de trabalho em que não</p><p>existe a ação humana.</p><p>Alguns exemplos de automação que afetam diretamente o nosso cotidiano são a má-</p><p>quina de lavar roupa ou louça, que desenvolve toda a atividade completa de lavagem, e o robô</p><p>que pode ser integrado a qualquer processo de fabricação visando a deixá-lo mais eficiente.</p><p>Inicialmente, a automação estava ligada a movimentos mecânicos. Posteriormente, in-</p><p>cluiu-se a ideia de usar a potência elétrica ou mecânica para acionar uma máquina, integran-</p><p>do-a a algum tipo de inteligência artificial.</p><p>São conceitos e premissas da automação, como processo automatizado:</p><p>1. nunca reclama;</p><p>2. nunca entra em greve;</p><p>3. não pede aumento de salário;</p><p>4. não precisa de férias;</p><p>5. não requer mordomias.</p><p>Ainda, quando necessário, pode executar atividades jamais alcançáveis pelo homem de</p><p>modo braçal, necessitando apenas da manutenção para manter o processo operante.</p><p>FUNDAMENTOS DA AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL</p><p>Relacionado aos fundamentos da automação, estudaremos automação e mão de obra,</p><p>automação e controle e automação e eletrônica, contemplando todos os pilares e a abrangên-</p><p>cia da interação entre a mão de obra e os sistemas automatizados.</p><p>AUTOMAÇÃO E MÃO DE OBRA</p><p>Sua adoção se deu através do surgimento do circuito integrado no ano de 1960 e sub-</p><p>sequente, e do microprocessador em 1970, permitindo a adoção de sistemas inteligentes em-</p><p>butidos nas máquinas a um custo viável. O surgimento dessas tecnologias proporcionou a</p><p>execução de tarefas complexas com alta repetitividade.</p><p>A evolução da computação se deu de tal maneira que é possível, nos dias de hoje, de-</p><p>dicar um computador pessoal para fazer tarefas simples e complicadas de modo econômico,</p><p>possibilitando a redução da mão de obra empregada nas atividades, desde as mais simples,</p><p>como lavar uma roupa ou uma louça e programar o temporizador de uma geladeira, até níveis</p><p>de processos totalmente automatizados, desde a alimentação até o produto final, empregan-</p><p>do o mínimo de interferência da mão de obra humana.</p><p>6AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL</p><p>SUMÁRIO</p><p>Indo um pouco além, os níveis de automação chegaram ao ponto em que é possível a</p><p>existência de linhas de montagem com robôs que requerem operadores somente para o mo-</p><p>nitoramento do seu desempenho. A automação proporcionou simplificar e até viabilizar ati-</p><p>vidades que eram impossíveis de realizar manualmente de forma simples e econômica.</p><p>AUTOMAÇÃO E CONTROLE</p><p>São sistemas e ferramentas tecnológicas envolvendo mecânica, eletrônica, tecnologia</p><p>da informação, computação, controle de sistemas, controle de produção e planejamento ou</p><p>automação. Atuam principalmente na interface entre o sistema de produção e o de gestão, de</p><p>sistemas de controle de processos e sistemas de controle de produção industrial, melhorando</p><p>os métodos de execução das atividades. Controle automático e automação podem apresentar</p><p>o mesmo significado ou podem ser diferentes. O controle regulatório se aplica a processos</p><p>contínuos e a automação se aplica a operações lógicas, sequenciais de alarme e intertrava-</p><p>o cilindro completar o seu avanço, ele automatica-</p><p>mente ativará a chave “A3”, que ativará a solenoide “Y2”, provocando a mudança de posição</p><p>da válvula e, portanto, o retorno imediato do cilindro através de um contato elétrico.</p><p>PRÁTICAS COM ATUADORES E SENSORES EM UM MESMO PROJETO</p><p>A primeira parte do processo produtivo consiste em um sistema relativamente simples,</p><p>composto por dois atuadores cilíndricos de simples ação, dois sensores de proximidade, vál-</p><p>vulas direcionais pneumáticas, relés e uma esteira roletada de movimentação, pela qual as</p><p>chapas metálicas planas se movimentarão da região próxima ao estoque para a região próxi-</p><p>ma à prensa hidráulica. A figura a seguir apresenta o circuito elaborado.</p><p>46AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL</p><p>SUMÁRIO</p><p>Silva (2017), na imagem, aborda que o início da movimentação ocorre com a ativação do primeiro cilin-</p><p>dro atuador (1A), a partir do acionamento do usuário e do sinal de presença da chapa metálica, enviado pelo</p><p>primeiro sensor de proximidade (S1). Quando a chapa metálica em movimento passar pelo segundo sensor</p><p>de proximidade (S2), o segundo atuador cilíndrico (2A) será ativado, dando término ao movimento e à etapa</p><p>de transporte.</p><p>CONTROLE DE PROCESSOS INDUSTRIAIS</p><p>O controle de processos industriais abrange o monitoramento e o controle de máquinas, sistemas e pro-</p><p>cessos em um grande número de setores, como os de produtos químicos, farmacêuticos, biotecnologia, ener-</p><p>gia, água/esgoto, petróleo, gás, plástico, papel, alimentos e bebidas. Nos dias atuais, processos de prepara-</p><p>ção, processamento e fabricação industrial possuem altos índices de automação e inteligência artificial para</p><p>garantir que as matérias-primas e a energia sejam consumidas de forma conservadora e eficiente, gerando</p><p>resultados satisfatórios e confiáveis. Um exemplo de resultado alcançado é a capacidade de medir pressões,</p><p>níveis e taxas de fluxo de forma confiável e precisa em ambientes hostis, úmidos e empoeirados, no calor e no</p><p>frio, em ambientes agressivos, corrosivos, explosivos e com outros líquidos e gases, o que é essencial.</p><p>Uma das soluções de sensores para controle de processos industriais é a capacidade de detecção de</p><p>nível, sendo uma das aplicações mais comuns e utilizadas no controle de processos industriais. Os prin-</p><p>cipais fatores que influenciam a escolha de um sensor de nível adequado incluem tamanho, geometria e</p><p>material do vaso ou recipiente no qual será aplicada essa solução, além da presença de equipamentos no</p><p>tanque, como agitadores.</p><p>A gama de sensores de nível para controle de processos industriais inclui</p><p>detecção de nível hidrostático e interruptores de nível, e variam de detecção</p><p>de valor limite simples a detecção de nível contínuo de precisão e detecção</p><p>de nível hidrostático, como um sensor submersível para posicionamento no</p><p>fluido ou com uma rosca de parafuso para fixação na parede externa do tan-</p><p>que de forma simples e ágil.</p><p>CONTROLE DE PROCESSOS INDUSTRIAIS: O PAPEL DOS</p><p>COMPUTADORES</p><p>A aplicação de técnicas modernas e automáticas de controle, com o</p><p>auxílio dos computadores nos sistemas de controle de processos fabris, são</p><p>tímidos ante aos avanços da computação relacionados ao quesito controle</p><p>de processos. Mesmo os computadores de controle analógico-digital sendo</p><p>combinados e direcionados para aumentar a produtividade, melhor quali-</p><p>dade e maiores lucros para a indústria em geral, poucas plantas fabris con-</p><p>tam com essas melhorias de controle, estejam elas em desenvolvimento ou</p><p>em uso. Até mesmo plantas mais novas, devido à grande mudança cultural,</p><p>levarão muitos anos para se adaptarem e aderirem na integra ao controle</p><p>dos processos, pois, uma vez dependendo da mão do operador pera alguma</p><p>espécie de comando para coleta de dados, o sistema de controle fica vulne-</p><p>rável, podendo ser falho.</p><p>47AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL</p><p>SUMÁRIO</p><p>Apesar dos grandes avanços relacionados às técnicas de controle</p><p>dos equipamentos, sendo eles aplicados na indústria, na área espacial,</p><p>militar ou de sistemas, algumas dessas melhorias já estão presentes nas</p><p>fábricas mais recentes, melhorando a dinâmica dos processos de fabri-</p><p>cação com o auxílio de sistemas integrados que podem ser projetados</p><p>para controlar todas as variáveis de diversos processos simultanea-</p><p>mente. Quando podemos integrar os controles supervisionados com o</p><p>gerenciamento, sendo monitorados por computadores, os resultados</p><p>apresentam grandes melhorias, principalmente no rendimento e qua-</p><p>lidade do produto. Entretanto, sistemas computacionais com os com-</p><p>putadores apropriados para controle ainda são um pouco caros; mas, à</p><p>medida que aumenta a aplicação e se popularizam essas tecnologias, os</p><p>valores vão diminuindo e seu uso vai se disseminando nas indústrias.</p><p>Nos dias atuais, a indústria está usando a tecnologia de contro-</p><p>le automático disponível para improvisar produtividade, qualidade</p><p>e lucros ao máximo, difundindo o controle virtual, que em algumas</p><p>plantas ainda é inexplorado e levará várias décadas para abranger a</p><p>maioria dos processos. Isso ocorre pois não se trata apenas de uma</p><p>mudança tecnológica, mas também de uma evolução cultural e de</p><p>adaptabilidade a novas tecnologias por parte dos processos de fa-</p><p>bricação, que muitas vezes terão que evoluir para que a fabricação e</p><p>o controle sejam automatizados.</p><p>48AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL</p><p>EXERCÍCIOS SUMÁRIO</p><p>1. O que é um ciclo automático?</p><p>a. Acionamento manual</p><p>b. Acionamento e retorno automático</p><p>c. Comando por alavanca</p><p>d. Duplo acionamento manual</p><p>2. O termo “hidráulica” derivou da raiz grega “hidro”, que significa “água”;</p><p>portanto, hidráulica é:</p><p>a. O estudo das características e uso dos fluidos derivados de petróleo.</p><p>b. O estudo do uso da água para todos os fins.</p><p>c. O estudo do uso da água para fins industriais.</p><p>d. O estudo das características e uso dos fluidos.</p><p>e. O uso do óleo hidráulico.</p><p>3. O fluido hidráulico mais comum é:</p><p>a. Água mineralizada artificialmente</p><p>b. Sintético</p><p>c. À base de emulsão óleo-água</p><p>d. À base de emulsão água-óleo</p><p>e. À base de petróleo.</p><p>4. As bombas hidráulicas são genericamente classificadas</p><p>como:</p><p>a. De engrenagens</p><p>b. Centrífugas</p><p>c. De pistão</p><p>d. Deslocamento positivo</p><p>5. Qual a unidade de força utilizada para medir pressão?</p><p>a. Metro/segundo</p><p>b. Bar</p><p>c. Joules</p><p>d. Graus Cº</p><p>e. M3</p><p>Gabarito:</p><p>1- B</p><p>2- D</p><p>3- E</p><p>4- D</p><p>5- B</p><p>49</p><p>ROBÔS INDUSTRIAIS</p><p>Os robôs foram citados pela primeira vez na literatura em 1922, em uma peça literária. A</p><p>partir dessa data, passaram a ser considerados como máquinas dotadas de inteligência que</p><p>operam de forma independente. Desde então, são sinônimos de alta tecnologia associada</p><p>ao desenvolvimento, com foco em melhorar a produtividade ou executar tarefas não</p><p>executadas interiormente pelo ser humano. Na contramão, as pessoas temem a substituição</p><p>da sua mão de obra por máquinas, devido ao alto avanço tecnológico que a inteligência</p><p>artificial dos robôs está apresentando.</p><p>50AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL</p><p>SUMÁRIO</p><p>A tecnologia similar à existente na atualidade está em uso desde a década de 1970, em números ex-</p><p>pressivos. Hoje, existem processo robotizados em que o homem não coloca mais sua mão para a fabrica-</p><p>ção, fazendo apenas o acompanhamento por supervisórios ou uma manutenção preventiva ou corretiva</p><p>nos equipamentos. Com a evolução da computação associada a novas tecnologias de sensoriamento e</p><p>novos processos de fabricação, cada vez mais a robótica está abrindo espaço na indústria e nos serviços,</p><p>de forma precisa e eficaz.</p><p>ROBÔS</p><p>Robôs industriais são máquinas de movimento universalmente aplicáveis</p><p>com vários eixos, com movimentos livremente programáveis em relação à sequ-</p><p>ência de movimentos e caminhos ou ângulos, controlados por sensores quando</p><p>necessário. Acoplados aos robôs, comumente estão: garras, ferramentas ou outro</p><p>equipamento de fabricação e manuseio de componentes.</p><p>Segundo essa definição, podemos considerar os veículos autônomos com</p><p>diferentes dispositivos</p><p>de movimentação e construção, de derrubada de árvores</p><p>e máquinas de colheita equipadas com sensores como uma espécie de robôs. Para</p><p>se ter uma ideia da evolução, em 1983 havia um controle de robô com dois micro-</p><p>processadores, com uma frequência de relógio de 15 MHz e uma memória equipa-</p><p>da com 256 KB. Já os controles de hoje funcionam com vários processadores com</p><p>frequências de clock de mais de 3 GHz e memórias com mais de 1 GB - um aumento</p><p>de 200 para a frequência do clock e 2000 para a capacidade de armazenamento,</p><p>aliados ainda à capacidade das redes de informação acopladas a eles.</p><p>A evolução dos materiais aplicados à fabricação de robôs fez com que ficas-</p><p>sem cada vez mais baratos, proporcionando a sua disseminação nos processos</p><p>produtivos. A partir do século XXI, a tecnologia artificial evoluiu tanto que está</p><p>permitindo o desenvolvimento de robôs humanoides, usados como assistentes de</p><p>humanos por enquanto.</p><p>51AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL</p><p>SUMÁRIO</p><p>INTRODUÇÃO AOS CONCEITOS BÁSICOS DA ROBÓTICA</p><p>Este capítulo explica o sistema de automação e seus diferentes tipos. Por que pre-</p><p>cisamos de robôs em nossa vida? Que tipos de vantagens podemos obter com o uso dos</p><p>robôs na indústria de modo geral, e até mesmo na área de serviços, analisando a sua</p><p>entrega quando comparado com o trabalho executado pela mão de obra humana?</p><p>AUTOMAÇÃO DOS ROBÔS</p><p>Esse tipo de automação depende muito do projeto de cada produto e suas varia-</p><p>ções, volumes de produção e tipo de maquinário necessário para a fabricação de de-</p><p>terminados produtos, por exemplo maquinário convencional, embalagem, costura e</p><p>fabricação de pequenas peças. A adequação dos processos é possível, mas só pode lidar</p><p>com tarefas específicas, sem possibilidade de alterar sua própria tarefa. Ou seja, os</p><p>processos se tornam um pouco engessados.</p><p>A automação programável começou com a chegada dos computadores, quan-</p><p>do as pessoas começaram a programar máquinas para fazer uma variedade de ta-</p><p>refas, tornando os processos flexíveis por causa de um controle de computador,</p><p>auxiliando a lidar com variações, produtos em lote e projetos de produtos diferen-</p><p>tes em um mesmo processo.</p><p>Seus sistemas autônomos são dotados de capacidade de tomada de decisão através do uso de</p><p>sensores. No caso dos robôs, eles possuem um tipo de automação com uma combinação de micro-</p><p>processador e sistemas de automação convencionais que podem fornecer um sistema muito pode-</p><p>roso. Sua capacidade de processamento e estrutural para execução de determinadas tarefas de alto</p><p>nível, combinadas com habilidades de reconhecimento e correção de falhas fornecidas pela alta</p><p>evolução de sistemas de computador fazem com que sejam cada vez mais aplicados a processo no-</p><p>vos e já existentes, realizando trabalhos tradicionalmente realizados por humanos.</p><p>Os níveis mais altos de sistemas autônomos estão sendo aprimorados, e os sistemas au-</p><p>tomatizados conseguem cada vez mais aprimorar seu processamento, tendo sistemas de sen-</p><p>soriamento que permitem identificar anomalias durante o processo de fabricação, ou seja, sis-</p><p>temas inteligentes.</p><p>Os robôs não podem atingir o mesmo nível que os humanos atualmente, porque eles são</p><p>programados para fazer certas tarefas de acordo com certos fatores que são completamente pro-</p><p>gramados por seres humanos, isto é, não têm possibilidade de mudar a tomada de decisão como</p><p>humanos ou planejar tomadas de decisão novas, a menos que o programador os designe para mu-</p><p>dar o plano. Devido ao alto desenvolvimento de máquinas, sensores, atuadores digitais e eletrô-</p><p>nicos e tecnologia de microprocessador, tornou-se possível criar robôs que sejam autônomos, e</p><p>eles estão cada vez mais avançados. Porém, ainda estamos engessados nesse quesito, o que pode</p><p>mudar em um plano futuro.</p><p>52AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL</p><p>SUMÁRIO</p><p>APLICAÇÕES DE ROBÔS EM NOSSAS VIDAS</p><p>A soldagem é considerada uma tarefa simples, porém prejudicial ao</p><p>soldador, devido às emissões de gases tóxicos. O trabalho de soldagem é</p><p>bastante difícil para uma pessoa que precisa soldar duas ou mais peças de</p><p>lados e ângulos diferentes. Essa atividade pode ser difícil para o físico hu-</p><p>mano, dependendo da posição a ser soldada, o que pode causar problemas</p><p>de saúde ao trabalhador.</p><p>A dificuldade para um ser humano é ver todos os lados de dispositivos</p><p>soldados quando precisa soldar em torno de um conjunto ou de uma peça tri-</p><p>dimensional, pois ele só pode ver um lado por vez. A mesma situação é evi-</p><p>denciada nos processos de pintura, que apresentam problemas semelhantes</p><p>aos da soldagem devido ao uso de produtos químicos tóxicos.</p><p>Em operações de montagem minuciosas, por exemplo quando montamos</p><p>um chip, devemos ser precisos devido aos fios muito finos e peças muito pe-</p><p>quenas que requerem tarefas precisas, as quais a mão humana não consegue</p><p>controlar. Mas, por outro lado, são fáceis para um robô, que consegue manter</p><p>padrões de repetitividade quando se tem processos padrão definidos para a exe-</p><p>cução das atividades de montagem, nos mais diversos processos de fabricação.</p><p>Qualidade consistente em altos padrões, e pode ser alcançada por um robô, pois ele pode ser facilmen-</p><p>te reprogramado muitas vezes para alcançar a mais alta qualidade possível, o que um ser humano muitas</p><p>vezes não consegue. A segurança é especialmente importante quando um robô lida com produtos químicos,</p><p>bioquímicos, tóxicos e nucleares. Eles podem manuseá-los com segurança e sem problemas, salvando hu-</p><p>manos de realizar trabalhos de alto risco e indutores de estresse. Os robôs podem manusear cuidadosamen-</p><p>te peças frágeis e minúsculas, como vidro, pequenos chips e fios.</p><p>Também são importantes para a realização de tarefas de inspeção e manutenção em áreas perigosas,</p><p>como manuseios e exploração do fundo do mar, espaços explosivos e em outros planetas - por exemplo, em</p><p>missões espaciais desenvolvidas para coletar amostras de outros planetas e analisá-las a partir de distân-</p><p>cias remotas, onde os seres humanos não conseguem chegar por enquanto.</p><p>CARACTERÍSTICAS, TIPOS E PROGRAMAÇÃO DE ROBÔS.</p><p>Embora a vantagem das linguagens de programação descritivas - por exemplo, linguagens funcio-</p><p>nais, lógicas ou lógico-funcionais - para uma implementação de alto nível de sistemas de software seja</p><p>bem conhecida, o impacto de tais linguagens para muitos softwares do mundo real é bastante limitado.</p><p>Uma razão pode ser o fato de que muitos softwares do mundo real não têm apenas um componente lógico,</p><p>mas exigem uma modelagem apropriada do comportamento dinâmico de um sistema. Por exemplo, os</p><p>sistemas embarcados tornam-se aplicativos mais importantes no dia a dia do que os sistemas de software</p><p>tradicionais em computadores de uso geral.</p><p>53AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL</p><p>SUMÁRIO</p><p>TIPOS DE ROBÔS</p><p>• Robôs industriais: os robôs de pintura e soldagem proporcionam a execução de</p><p>atividades uniformes com alta qualidade e precisão, pois conseguem alcançar lu-</p><p>gares muito difíceis, devido ao seu alto grau de flexibilidade, o que pode ser difícil</p><p>para os humanos. Um humano precisa carregar um equipamento de pintura pesa-</p><p>do, com máscaras para proteção contra substâncias tóxicas e produtos químicos. A</p><p>taxa de repetição de um robô é alta, pois ele não sofre de fadiga, e os níveis de se-</p><p>gurança que podem ser alcançados com seu uso são altos, ao salvar humanos dos</p><p>tóxicos químicos.</p><p>• Robôs médicos: usados para fazer cirurgias, possuem como vantagens uma maior</p><p>precisão e menos erros no momento da operação e uma recuperação mais rápida</p><p>do paciente, já que o robô pode abrir pequenas incisões no corpo e realizar opera-</p><p>ções importantes com dano mínimo ao operado. Portanto, o tempo de recupera-</p><p>ção é reduzido, devido à baixa taxa de possíveis contaminações durante a cirurgia,</p><p>pois o equipamento é mais higiênico e seguro.</p><p>• Robôs móveis: com pernas ou rodas, são usados em usinas químicas, áreas remo-</p><p>tas ou campos de bombas. A vantagem do uso de um robô de pernas é que ele pode</p><p>evitar passar por</p><p>cima de obstáculos que podem ser perigosos, como bombas, pro-</p><p>tegendo, inclusive, os objetos de serem destruídos.</p><p>• Aeronaves e barcos robóticos sem piloto: são guiados por uma estação no solo, usados pelo</p><p>exército ou missões de resgate.</p><p>• Brinquedos robóticos para entretenimento: são brinquedos que possuem controles para</p><p>acionamento dos movimentos.</p><p>• Robô para limpeza doméstica e industrial: são robôs que executam atividades de limpeza,</p><p>cada vez mais usados.</p><p>PROGRAMANDO UM ROBÔ PELO MÉTODO DE ENSINO</p><p>A técnica que usaremos para ensinar é igual à usada com crianças para escrever o alfabeto:</p><p>segurando a mão da criança e passando pelo processo de escrita passo a passo. Quando estamos</p><p>ensinando o robô a fazer um determinado trabalho, controlamos o movimento do robô até o final;</p><p>ao mesmo tempo, registramos o movimento de cada articulação individual, mantendo-o gravado</p><p>para que possa ser replicado na fabricação de novas peças similares.</p><p>Quando o trabalho chega em um transportador para o robô, ele reproduz a gravação armaze-</p><p>nada. Em seguida, executa o necessário para replicar a tarefa. Outras maneiras de ensinar um robô</p><p>a realizar certas tarefas é por meio de um programa que cria um mundo virtual. Então, estimulamos</p><p>o trabalho a ser realizado através de parâmetros dos movimentos da articulação do robô armaze-</p><p>nados na memória. Nesse caso, ele é capaz de repetir a gravação na memória do programa.</p><p>54AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL</p><p>SUMÁRIO</p><p>PROGRAMAÇÃO TÍPICA DE UM ROBÔ INDUSTRIAL</p><p>O robô industrial é programado movendo objetos da posição 1 para a posição 5, movendo as jun-</p><p>tas vertical ou horizontalmente para pegar e colocar um objeto através das etapas descritas a seguir.</p><p>Onde definimos os pontos a serem seguidos de P1 a P5:</p><p>1. Mova com segurança acima da peça de trabalho (definido como P1).</p><p>2. 10 cm acima da peça de trabalho (definido como P2).</p><p>3. Na posição de retirar a peça de trabalho do transportador (definido como P3).</p><p>4. 10 cm acima do transportador com baixa velocidade (definido como P4).</p><p>5. Na posição de deixar a peça de trabalho (definido como P5).</p><p>Defina o programa:</p><p>Precisão e repetitividade dos pontos endereçáveis do programa executado: a re-</p><p>petitividade e a reprodução da gravação da posição do espaço articular, quando tenta-</p><p>mos programar um robô através do método de ensino, descreve o quão preciso o robô</p><p>deve ser para retornar à posição armazenada. A precisão está ligada à precisão com que</p><p>um computador ponto pode ser alcançado, e é chamada de precisão do manipulador.</p><p>SISTEMAS DE CONTROLE E DISPOSITIVOS PERIFÉRICOS PARA OS ROBÔS</p><p>A interação entre um sistema robótico e o ambiente externo pode ser abordada</p><p>de modo simples e objetivo, através do processamento de um dado fluxo de materiais</p><p>(entrada), resultando em um produto acabado. O equipamento periférico denominado</p><p>mesa “JIG” é usado para fixação e localização do posicionamento das peças a serem</p><p>processadas, viabilizando a execução das tarefas, de tal modo que a mesa “JIG” inte-</p><p>gra a peça de trabalho numa posição e orientação específicas.</p><p>Os dados de posicionamento de um determinado conjunto monitorado, de modo</p><p>a viabilizar a interação do periférico com o robô, é essencial para a viabilização da uti-</p><p>lização do robô dentro dos processos de fabricação. As mesas tipo “JIG” possuem com-</p><p>ponentes fixadores posicionadores de peças, dos mais diversos formatos, de diversos</p><p>dispositivos compostos de pinos, guias, fixadores, grampos automáticos dos modelos</p><p>pneumáticos, mecânicos ou eletromagnéticos. Existem os mais diversos modelos de</p><p>mesa “JIG”, sendo alguns os relacionados a seguir.</p><p>1. Mova para P1</p><p>2. Mova para P2</p><p>3. Mova para P3</p><p>4. Fechar a garra</p><p>5. Mova para P2</p><p>6. Mova para P4</p><p>7. Mova para P5</p><p>8. Abra a garra</p><p>9. Mova para P4</p><p>10. Mova para P1 e termine, salvando esses movimentos.</p><p>55AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL</p><p>SUMÁRIO</p><p>• “JIG” de posicionamento linear</p><p>O posicionamento linear para a fixação da peças pode ser al-</p><p>terado através de dispositivo de retorno e avanço, que nesse mo-</p><p>vimento realiza a fixação das peças para execução da atividade.</p><p>• “JIG” vinculado a esteiras</p><p>Nesse modelo, consegue-se fixar uma quantidade especí-</p><p>fica de peças em módulos dedicados, facilitando a aplicação em</p><p>sistemas contínuos de alimentação.</p><p>• “JIG” de posicionamento angular com um eixo de rotação</p><p>Esse modelo de dispositivo tem dois graus de liberdade de rotação, girando em torno de dois eixos. As suas confi-</p><p>gurações básicas são excêntricas, com eixos de rotação horizontal e vertical, e do tipo com eixo de rotação inclinado.</p><p>Mesa de posicionamento Linear</p><p>Mesa GIG em esteiras</p><p>Mesa JIG com eixo rotativoFonte: Freitas, 2021</p><p>Fo</p><p>n</p><p>te</p><p>: F</p><p>re</p><p>it</p><p>as</p><p>, 2</p><p>02</p><p>1</p><p>Fo</p><p>n</p><p>te</p><p>: F</p><p>re</p><p>it</p><p>as</p><p>, 2</p><p>02</p><p>1</p><p>56AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL</p><p>SUMÁRIO</p><p>• “JIG” de giro com deslize</p><p>Esse modelo apresenta um eixo de rotação e um eixo de translação, ambos os pontos</p><p>sendo deslizantes.</p><p>• Mesa “JIG” X-Y</p><p>É um modelo de mesa de trabalho no qual podemos mudar horizontalmente ambas as</p><p>direções dos movimentos no plano definido pelos eixos X e Y, para dispositivo de fixação.</p><p>BARRAMENTOS INDUSTRIAIS</p><p>Na área de TI, o barramento é fundamental para um sistema de comunicação que trans-</p><p>fere dados entre diferentes dispositivos, por exemplo USB, que são amplamente conhecidos.</p><p>Além deles, um grande número de dispositivos é usado para interagir com um computador.</p><p>Um barramento industrial é um sistema de comunicação que transfere dados entre compo-</p><p>nentes ou dispositivos em diferentes níveis em uma planta de manufatura:</p><p>• “JIG” de posicionamento angular com dois eixos de rotação</p><p>Esse modelo de dispositivo possui dois graus de liberdade de rotação em torno de dois</p><p>eixos. Suas configurações básicas são do tipo excêntricas, com os eixos de rotação horizontal</p><p>e vertical, e do tipo com eixo de rotação inclinado.</p><p>Mesa JIG com eixos giratórios</p><p>Mesa JIG com giro e deslize</p><p>Mesa JIG com eixo rotativo</p><p>Fo</p><p>n</p><p>te</p><p>: F</p><p>re</p><p>it</p><p>as</p><p>, 2</p><p>02</p><p>1</p><p>Fo</p><p>n</p><p>te</p><p>: F</p><p>re</p><p>it</p><p>as</p><p>, 2</p><p>02</p><p>1</p><p>Fonte: Freitas, 2021</p><p>57AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL</p><p>SUMÁRIO</p><p>Para cada tipo de comunicação, um cabo adequado permite controlar cor-</p><p>retamente as funções em nível de campo. Por exemplo, para um controlador</p><p>manter o fluxo de informações, um sensor monitora a quantidade de dados e</p><p>um atuador ajusta o abertura e o fechamento da válvula para atingir o nível de-</p><p>sejado. Todas essas informações são comunicadas entre cada ponto de aciona-</p><p>mento por meio desses cabos de barramento especiais.</p><p>Algumas aplicações para sistemas de comunicação de barramento são CLP,</p><p>controladores, interruptores, sensores e atuadores, interruptores seletores, bo-</p><p>tões de pressão, disjuntores, partidas de motor, atrasos de controle, sensores de</p><p>temperatura e sensores de pressão. Essas aplicações lincadas à automação in-</p><p>dustrial são frequentemente encontradas em plantas industriais com ambien-</p><p>tes e aplicações agressivas, em que os agentes químicos, movimentos contínuos,</p><p>óleos e graxas industriais ou de alta temperatura são fatores importantes ao es-</p><p>colher o cabeamento mais adequado.</p><p>Barramentos industriais</p><p>Fonte: solucoesindustriais.com.br/empresa/automatizacao-e-robotica</p><p>58AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL</p><p>EXERCÍCIOS SUMÁRIO</p><p>1. Através de que é realizada a comunicação na indústria para</p><p>integração dos processos?</p><p>a. Rede telefônica</p><p>b. Mangueiras pneumáticas</p><p>c. Barramentos industriais</p><p>d. Nenhuma das alternativas</p><p>2. Qual destas é uma das principais características dos robôs?</p><p>a. Não são precisos.</p><p>b. São barulhentos.</p><p>c. São frágeis.</p><p>d. São produtivos quando desenvolvido o processo ade-</p><p>quadamente.</p><p>e. Nenhuma das alternativas</p><p>3. Está entre as principais desvantagem dos robôs:</p><p>a. São altamente produtivos.</p><p>b. Dependem da ação humana para programá-los.</p><p>c. São precisos em processo repetitivos.</p><p>d. Nenhuma das alternativas.</p><p>4. Como são chamados os dispositivos adicionados a um projeto de robotização?</p><p>a. Periféricos</p><p>b. Bancada</p><p>c. Barramentos</p><p>d. Mesa</p><p>e. Nenhuma</p><p>das alternativas</p><p>Gabarito: 1- C 2- D 3- B 4- A</p><p>59AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL</p><p>REFERÊNCIAS SUMÁRIO</p><p>CASSANDRAS, C. G.; LAFORTUNE, S. Introduction to Discrete Event Systems. Springer</p><p>Science Business Media, LLC, 2008.</p><p>CURY, José Eduardo Ribeiro. Teoria de Controle Supervisório de Sistemas a Eventos Dis-</p><p>cretos. Universidade Federal de Santa Catarina - Departamento de Automação e Sistemas.</p><p>Canela, 2001.</p><p>ENTENDA o papel dos sensores e atuadores para a comunicação industrial. Disponível em</p><p><https://blog.edgeglobalsupply.com.br/sensores-e-atuadores>.</p><p>HARDOUIN, Laurent; MAIA, Carlos Andrey; MENDES, Rafael Santos. Identificação de Sis-</p><p>temas a Eventos Discretos Maxplus lineares. Sba Controle & Automação, vol.16, nº. 4.</p><p>Campinas, out./dez. 2005.</p><p>H.J. Chizeck et al. Discrete-time Markovian jump linear quadratic optimal control. Inter-</p><p>national Journal of Control, 1986.</p><p>JUSTI, Milena Cherubini. Análise do uso de RTOS na Implementação de Controle Supervi-</p><p>sório. Porto Alegre, 2020.</p><p>MOREIRA, Caio Augusto. Linguagem Leader aplicada a Profissionais da Ciência da Com-</p><p>putação. FEMA, São Paulo, 2020.</p><p>60AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL</p><p>REFERÊNCIAS SUMÁRIO</p><p>PAVANI, Sergio Adalberto,. Comandos Pneumatico e Hidráulicos. Escola técnica Aberta do</p><p>Brasil. Santa Maria, 2011.</p><p>OLIVEIRA, Marcelo Eduardo de. Desenvolvimento de sistema automatizado de monitora-</p><p>mento de ambientes de produção animal, utilizando uma rede de sensores sem fio. Univer-</p><p>sidade de São Paulo - faculdade de Zootecnia e Engenharia de Alimentos. Pirassununga, 2015.</p><p>PEREIRA, Paulo Sergio R.; JURIZATO, Luiz augusto. Sistemas Supervisórios. Network Te-</p><p>chnologies. Nova Odessa, v.1/2, n.1/2, p.105-114, 2002/2003 – ISSN: 1677-7778.</p><p>RAMADGE, J.G.; W.M; Wonham. The control of discrete-event systems. IEEE Proceedings.</p><p>Vol. 77, 1989.</p><p>RIBEIRO, Marco Antônio. Fundamentos da Automação. 1. ed., 2003.</p><p>SILVEIRA, Paulo R.; SANTOS, Winderson E. Automação e controle discreto. 2. ed. São Pau-</p><p>lo: Érica, 1998.</p><p>SILVA, Luiz Fávero. Projeto de automação pneumática e hidráulica de uma linha de pro-</p><p>dução simulada didática de portas automotivas. Universidade de Brasília-UnB, Faculdade</p><p>UnB Gama - FGA, 2017.</p><p>S.S. Ge et al. Adaptive stabilization of uncertain nonholonomic systems by state and ou-</p><p>tput feedback. Automatica, 2003.</p><p>FUNDAMENTOS DE AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL</p><p>Introdução à automação industrial</p><p>Teoria de sistemas a eventos discretos</p><p>Instrumentação industrial: sensores e atuadores de variáveis físico/químicas</p><p>Controle supervisionado</p><p>TECNOLOGIA DE SISTEMAS DE AUTOMAÇÃO</p><p>Sensores e atuadores industriais</p><p>Controladores lógicos programáveis CLP</p><p>Supervisórios</p><p>Programação de controladores industriais</p><p>ATUADORES SERVO CONTROLADOS</p><p>Servo acionamentos, controle de posição e sincronismo</p><p>Práticas em bancada de treinamento em automação industrial</p><p>Controle de processos industriais: o papel dos computadores</p><p>Robôs industriais</p><p>Robôs</p><p>INTRODUÇÃO AOS CONCEITOS BÁSICOS DA ROBÓTICA</p><p>Características, tipos e programação de robôs.</p><p>Sistemas de controle e dispositivos periféricos para os robôs</p><p>mento de sistemas mecânicos eletrônicos ou elétricos.</p><p>Programação dos Robôs</p><p>7AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL</p><p>SUMÁRIO</p><p>A palavra “automação” está diretamente ligada ao controle automático, ou seja, a ações</p><p>que não dependem da intervenção humana. Porém, essa definição é facilmente questioná-</p><p>vel devido à necessidade da “mão do homem”, pois sem ela não seria possível a construção e</p><p>implementação dos processos automáticos. Nos dias de hoje, a automação industrial é muito</p><p>aplicada para melhorar a produtividade e a qualidade nos processos considerados repetitivos,</p><p>estando presente no dia a dia das empresas para apoiar conceitos de produção, tais como os</p><p>Sistemas Flexíveis de Manufatura.</p><p>Para tanto, nos dias de hoje, existem estudos, cursos e universidades que visam à for-</p><p>mação de profissionais para atuarem na área de automação, desenvolvendo e integrando sis-</p><p>temas inteligentes com os processos de fabricação.</p><p>TEORIA DE SISTEMAS A EVENTOS DISCRETOS</p><p>A teoria de controle tem se preocupado tradicionalmente com o controle de sistemas de</p><p>variáveis contínuas, modelados por diferenças ou equações diferenciais. Outra classe impor-</p><p>tante de sistemas, entretanto, é descrita por estados que têm valores lógicos ou simbólicos</p><p>em vez de valores numéricos.</p><p>As mudanças de estado do sistema são eventos desencadeados por uma ação externa ou</p><p>uma mudança espontânea nele mesmo. Esses sistemas são chamados de sistemas de eventos</p><p>discretos. A necessidade de considerar essa classe deriva do esforço de estender a teoria dos</p><p>sistemas para poder controlar sistemas de manufatura, redes de comunicação e outros cujo</p><p>comportamento pode ser descrito por sequências de eventos discretos. Um trabalho pioneiro</p><p>no campo de sistemas de eventos discretos foi realizado por Ramadge e Wonham. Eles pro-</p><p>puseram um modelo no qual os eventos, todos gerados por uma planta, são divididos em duas</p><p>classes: controláveis e incontroláveis. Por meio da desabilitação de eventos controláveis, o</p><p>comportamento da planta pode ser influenciado para atender a determinadas especificações.</p><p>Com base em seu modelo, uma perspectiva de entrada/saída no controle de sistemas de</p><p>eventos discretos é introduzida nessa tese. Então, uma planta recebe comandos e reage a eles</p><p>com respostas. Simetricamente, um controlador que aceita as respostas da planta como en-</p><p>tradas e produz comandos como saídas é usado para impor um comportamento desejado na</p><p>planta. A solução para muitos problemas de controle decorrentes dessa perspectiva pode ser</p><p>rastreada até a solução de problemas semelhantes na estrutura de Ramadge e Wonham. No</p><p>entanto, se a transmissão de comandos e respostas entre a planta e o controlador é afetada</p><p>por atrasos, novos resultados são necessários.</p><p>Depois de ter estendido os resultados conhecidos para incluir atrasos, uma estrutura</p><p>para o controle de um sistema geral de eventos discretos, com base na abordagem de entra-</p><p>da/saída apresentada, é proposta. Usando essa estrutura, é mostrado como foi projetado o</p><p>software de controle de uma das primeiras aplicações conhecidas de controle de sistemas de</p><p>eventos discretos: uma peça de equipamento para a fabricação de semicondutores.</p><p>INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL: SENSORES E ATUADORES DE VARIÁVEIS</p><p>FÍSICO/QUÍMICAS</p><p>8AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL</p><p>SUMÁRIO</p><p>A instrumentação industrial é a ciência que estuda, desenvolve e aplica instrumentos de</p><p>medição e controle de processos na indústria, visando à melhoria da eficiência dos processos que</p><p>a envolvem. Isso depende da qualidade da instrumentação e da confiabilidade dos equipamentos.</p><p>A instrumentação industrial, quando utilizada de maneira correta e planejada, permite</p><p>a redução dos custos, aumentando a produtividade e minimizando problemas de qualidade e</p><p>segurança da produção em que você trabalha. O funcionário responsável pela instrumentação,</p><p>principalmente na indústria da transformação, possui um papel fundamental na execução e</p><p>operacionalização da automação.</p><p>Cada vez mais se faz necessário o controle dos processos de forma adequada, não ape-</p><p>nas para operadores de campo ou no processo produtivo. Ele é mais abrangente, englobando a</p><p>empresa como um todo - desde a alta direção e gerentes dos mais diversos setores até o pro-</p><p>cesso produtivo do início ao fim e, em muitos casos, até o cliente, tendo como foco a redução</p><p>dos custos de produção e o aumento na segurança do trabalho de toda a cadeia produtiva.</p><p>SENSORES</p><p>Sensores são componentes técnico que servem para converter informações do ambiente</p><p>em sinais eletricamente ou eletronicamente processáveis. Essas informações do meio am-</p><p>biente, fornecidas em certa quantidade, como temperatura, pressão, aceleração, brilho etc.,</p><p>são detectadas por meio de efeitos físicos adequados e transmitidas como um sinal elétrico,</p><p>que é gerenciado por sistemas controladores, tranformando esses sinais em ações.</p><p>Estes são alguns dos tipos de sensores:</p><p>• sensores resistivos;</p><p>• sensores indutivos;</p><p>• sensores capacitivos;</p><p>• sensores de eletreto;</p><p>• sensores piezoelétricos;</p><p>• sensores ópticos.</p><p>SENSORES RESISTIVOS</p><p>O princípio funcional dos sensores resistivos é a mudança na resistência elétrica dada</p><p>em função das mudanças em uma variável medida. Essa resistência é introduzida como uma</p><p>quantidade física ou propriedade de um componente, que é apresentada em um dado. A tensão</p><p>proporciona uma certa intensidade de corrente elétrica, que causa certa diferença de potencial</p><p>(tensão). A causa da mudança na resistência usada nos sensores pode ser o comprimento e as</p><p>mudanças na seção transversal, causadas por alterações de temperatura ou de condutividade.</p><p>Exemplos de sensores resistivos correspondentes: DMS (medidores de tensão), NTC</p><p>(termistor de coeficiente de temperatura negativo) e microfones de grãos de carbono.</p><p>Sensor resistivo</p><p>9AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL</p><p>SUMÁRIO</p><p>SENSORES INDUTIVOS</p><p>A base para o princípio de funcionamento desse tipo de sensor é a indução eletromagné-</p><p>tica. O Fields é transmitido e precisa conhecer o princípio básico da indução eletromagnética,</p><p>como a interação entre os campos magnéticos e elétricos variáveis.</p><p>Dependendo do tipo de sensor, o efeito da indução é usado direta ou indiretamente. Na</p><p>forma direta, uma tensão é induzida dentro de uma bobina, alterando a força do campo mag-</p><p>nético, e isso é usado diretamente para gerar sinais. Já o método indireto de ação é baseado na</p><p>mudança da indutividade de uma bobina devido à alteração na posição em relação ao material</p><p>ferromagnético ou ao material eletricamente condutor.</p><p>Exemplos de sensores indutivos: sensores de velocidade, sensores ABS e microfones di-</p><p>nâmicos.</p><p>Sensores indutivos</p><p>10AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL</p><p>SUMÁRIO</p><p>SENSORES CAPACITIVOS</p><p>O princípio funcional desse tipo de sensor é a mudança na capacitância, uma mudança</p><p>na geometria do capacitor. Essa alteração é registrada por um circuito eletrônico adequado e</p><p>usada para gerar sinais. O princípio básico de funcionamento desse tipo de sensor é a geração</p><p>de um sinal elétrico, que é geralmente avaliado indiretamente, determinando a mudança de</p><p>frequência de um circuito ressonante eletromagnético.</p><p>Exemplos de sensores capacitivos são o microfone condensador, o sensor de distância,</p><p>o sensor de nível e o sensor de pressão.</p><p>Sensores capacitivos</p><p>11AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL</p><p>SUMÁRIO</p><p>SENSORES ELÉTRICOS</p><p>Trata-se de um material com polarização elétrica permanente (permanentemente ali-</p><p>nhado a dipolos elétricos). O princípio funcional de um sensor de eletreto é a mudança no</p><p>campo elétrico entre o eletreto e um contra-eletrodo (sem carga), quando a distância muda.</p><p>As mudanças de voltagem que ocorrem são usadas como um sinal e processadas posterior-</p><p>mente. Amplamente utilizado, a forma de aplicação dos sensores de eletreto são os micro-</p><p>fones de eletreto miniaturizados dos smartphones comuns. A mudança na geometria de um</p><p>campo elétrico leva a informações mensuráveis com mudanças de tensão.</p><p>Exemplos de sensores de eletreto</p><p>são os microfones de eletreto e os sensores de radiação.</p><p>Sensores elétricos</p><p>Sensores piezoelétricos</p><p>O funcionamento desses sensores é baseado no efeito piezoelétrico, fazendo com que</p><p>mude a polarização elétrica na deformação elástica de um sólido. O acompanhamento do des-</p><p>locamento da carga leva ao aparecimento de uma tensão entre diferentes pontos do sólido, o</p><p>que pode ser avaliado e processado como um sinal.</p><p>Exemplos de sensores piezoelétricos são os captadores, microfones e sensores de pressão.</p><p>Sensores piezoeléctricos</p><p>12AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL</p><p>SUMÁRIO</p><p>SENSORES ÓPTICOS</p><p>A base do princípio funcional dos sensores ópticos é a interação da luz com a matéria e</p><p>os efeitos mecânicos quânticos resultantes. Nas fotocélulas, usa-se o efeito fotoelétrico: a luz</p><p>incidente libera elétrons, o que resulta na ocorrência de uma voltagem ou corrente elétrica. A</p><p>interação com a luz libera mais portadores de carga, ao que a condutividade elétrica aumenta</p><p>ou a resistência elétrica diminui.</p><p>Exemplos de sensores ópticos são os sensores de cortina e os leitores de juntas.</p><p>Sensores ópticos</p><p>ATUADORES DE VARIÁVEIS FÍSICO/QUÍMICAS</p><p>Trata-se de uma tarefa dinâmica complexa que coloca requisitos de design rígidos, tanto</p><p>nos componentes físicos quanto nos sistemas de controle de software de um robô. Por exem-</p><p>plo, quando um robô é projetado especificamente para locomoção autônoma com pernas, deve</p><p>ser capaz de executar uma corrida, um salto e se recuperar de tropeços altamente dinâmicos,</p><p>ou ainda executar essas atividades simultaneamente. Para isso, projeta-se imaginando que</p><p>uma mola de perna com capacidade suficiente para armazenar a energia de uma marcha de</p><p>corrida é uma necessidade. Podemos imaginar os dois extremos de projetos e dimensiona-</p><p>mentos de um atuador capaz de proporcionar as propriedades desejáveis: sendo atuadores de</p><p>alta largura de banda, com todas as dinâmicas descritas através do controle de software, ou</p><p>mecânicos, cuidadosamente projetados os sistemas para movimentos naturais sintonizados</p><p>que não requerem controle de software.</p><p>O primeiro método é flexível, embora atuadores com largura de banda e potência sufi-</p><p>cientemente altos possam não existir para a tarefa de locomoção.</p><p>A segunda abordagem é bastante flexível e requer amplo conhecimento do comporta-</p><p>mento desejado antes da construção, mas não há limite de largura de banda impedindo o me-</p><p>canismo de se comportar como pretendido em altas frequências. Esse método é específico à</p><p>tarefa, e os projetos resultantes provavelmente não serão capazes de executar a amplitude de</p><p>tarefas necessárias. Assim, é preciso o auxílio de atuadores que controlarão a dinâmica natu-</p><p>ral dos sistemas, adicionando energia que se perde no mecanismo e cria comportamentos que</p><p>13AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL</p><p>SUMÁRIO</p><p>não são inerentes à dinâmica natural, quando o atuador expõe movimentos naturais, seme-</p><p>lhantes aos dos animais.</p><p>CONTROLE SUPERVISIONADO</p><p>Ao estudarmos sobre o controle supervisionado, falaremos inicialmente sobre sistemas</p><p>autômatos e formais e modelos de linguagem. Esses sistemas devem gerar respostas espon-</p><p>tâneas. Seu comportamento pode ser apresentado por sequências de ações em forma de uma</p><p>linguagem sobre o alfabeto de eventos.</p><p>Em um processo, deve haver um conjunto de especificações comportamentais. A exis-</p><p>tência de um supervisório no processo supervisionado deve respeitar as especificações, sendo</p><p>que ele deve exercer a controlabilidade do sistema.</p><p>O controle supervisório tem por objetivo controlar os sistemas operacionais de uma</p><p>planta, um sistema autômato responsável pelo comportamento livre do sistema. Por exemplo,</p><p>em uma fábrica de manufatura, as máquinas 1 e 2 dão início à fabricação e, quando recebem</p><p>uma peça, esse sistema impõe especificações de funcionamento, descritas por um autômato,</p><p>que restringem o comportamento da planta a fim de satisfazer algum requisito de controle do</p><p>processo produtivo. Nesse caso, as máquinas 1 e 2 não podem operar simultaneamente.</p><p>Controle supervisionado de robôs</p><p>14AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL</p><p>SUMÁRIO</p><p>Segundo Cassandras e Lafortune (2008), a controlabilidade é um parâmetro que deter-</p><p>mina os eventos após a execução de uma cadeia deles, no qual todas as ações não controláveis</p><p>previstas de ocorrer não sejam desativadas pelo supervisório após a atividade dessa cadeia.</p><p>A atribuição de todas as atividades da composição envolvidas no cálculo do supervisório</p><p>pode resultar em um sistema autômato com número alto de estados e variações. Dessa forma,</p><p>a sua aplicação prática pode se tornar negativa devido ao uso excessivo de memória e ao poder</p><p>de compilação de dados necessário para seu cálculo. O método para alcançar os supervisórios</p><p>modulares locais inicia com a identificação de subsistemas assíncronos, sistemas cuja inter-</p><p>secção de seus alfabetos é irrelevante. Esses subníveis modelam os autômatos da planta, e a</p><p>base de todos eles resulta na estrutura completa a ser controlada.</p><p>TEORIA DOS ERROS E ESTIMATIVAS DE INCERTEZAS E CONFIABILIDADE</p><p>Neste tópico, abordaremos o estudo de serviços e ensaios de alta qualidade a custos re-</p><p>duzidos, em que se faz necessário desenvolver soluções que possam assegurar a redução dos</p><p>custos e a confiabilidade dos processos. Com o avanço da tecnologia e o aumento da deman-</p><p>da, as empresas entram em um novo cenário, em que um dos caminhos que proporcionam a</p><p>redução significativa de custos é a acuracidade nas medições com o auxílio de instrumentos</p><p>e a automação em seus processos, extinguindo ou reduzindo erros e desperdícios, agilizando</p><p>a calibração e a emissão automática de relatórios ou certificados de calibração e estudos de</p><p>repetitividade.</p><p>De acordo com Silva (2004), os padrões usados como referência para a calibração nor-</p><p>malmente são grandezas usadas em sistemas de medição, que proporcionam exatidão e con-</p><p>fiabilidade aos processos e inspeção e análise dos resultados. Esses métodos de análise são</p><p>baseados em um sistema indireto, com base no padrão de referência Hüber, responsável por</p><p>atender os requisitos de estimativa de erro máximo admissível ou ainda a incerteza de medi-</p><p>ção. Sua vantagem é a de não necessitar de avaliações e subdivisões na escala, diminuindo ou</p><p>eliminando a interferência da incerteza do operador. Após todos os dados coletados, elabora-</p><p>-se o relatório emitindo o certificado com a análise da histerese, o erro sistemático máximo,</p><p>a dispersão média e a incerteza de medição, já que para um sistema autômato a precisão e</p><p>confiabilidade são essenciais para o bom funcionamento e durabilidade.</p><p>No quesito resultados, possuímos as médias das medições, o desvio-padrão e os de-</p><p>mais parâmetros de avaliação qualitativa e quantitativa, de acordo com o número de amos-</p><p>tras e o intervalo da execução das leituras coletadas. Assim, consegue-se diminuir os erros na</p><p>emissão do certificado e a interferência do técnico nesse processo, quando há divergência em</p><p>alguma coleta de dados.</p><p>SISTEMAS CONTÍNUOS</p><p>Os sistemas contínuos são aqueles em que os sinais de entrada e saída são iguais em</p><p>ambas as extremidades. Nesse tipo de sistema, a variável muda com o tempo e qualquer tipo</p><p>de variação não é encontrada no sinal de entrada e saída. Em resposta ao sinal de entrada, um</p><p>sistema contínuo gera um sinal de saída.</p><p>15AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL</p><p>SUMÁRIO</p><p>Modelos contínuos são os que seguem o sistema modelado usando equações diferen-</p><p>ciais. A simulação complexa permite a experimentação com esses modelos.</p><p>PRINCÍPIOS DE IDENTIFICAÇÃO DE SISTEMAS</p><p>São todas as operações de processos baseadas em dados e medições, nas quais a</p><p>identificação do sistema é uma interface que se baseia em todas as ciências e se concentra</p><p>no desenvolvimento de modelos matemáticos a partir de dados observados. De modo geral,</p><p>concentra-se na identificação do sistema com ênfase na prática e, mais especificamente, na</p><p>identificação do sistema linear em tempo discreto. Nos princípios de identificação de</p><p>siste-</p><p>mas, teoria e prática apresentam uma base formal em modelagem de sistemas determinísti-</p><p>cos e estocásticos LTI e teoria de estabilidade e controlabilidade de sistemas:</p><p>• fornecem os conceitos essenciais de identificação;</p><p>• estabelecem as bases de descrições matemáticas de sistemas, processos aleatórios e es-</p><p>timativas no contexto de identificação;</p><p>• discutem a teoria relacionada a modelos não paramétricos e paramétricos para deter-</p><p>minístico, mais estocástico - Sistemas LTI em detalhes;</p><p>• demonstram os conceitos e métodos de identificação em diferentes estudos de casos;</p><p>• oferecem uma visão geral de tópicos avançados de identificação, nomeadamente o line-</p><p>ar variável no tempo (LTV), não linear e identificação de circuito fechado;</p><p>• discute uma abordagem multivariável para identificação usando a análise de compo-</p><p>nente principal interativa Incorpora códigos MATLAB®.</p><p>ANÁLISE E SÍNTESE DE SISTEMAS DE CONTROLE</p><p>Podemos observar que os sistemas de controle têm atraído muita atenção na comunida-</p><p>de de controle, porque os problemas não são apenas acadêmicos, mas também de importân-</p><p>cia prática. Eles pertencem a uma classe especial de sistemas de controle híbridos, que com-</p><p>preende uma coleção de subsistemas descritos por dinâmica linear (equações diferenciais/</p><p>diferenças), juntamente com uma regra que especifica a comutação entre os subsistemas.</p><p>De acordo Chizeck et al. (1986), esses sistemas podem ser usados para descrever uma</p><p>ampla gama de sistemas físicos e de engenharia na prática. Eles podem ser utilizados na mo-</p><p>delagem de sistemas sujeitos a variações repentinas, sejam elas com parâmetros conhecidos</p><p>ou não, como sistemas lineares contados de modo síncrono e redes com contagens que va-</p><p>riam periodicamente, com uma mudança repentina de estruturas do sistema devido à falha de</p><p>um componente.</p><p>16AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL</p><p>SUMÁRIO</p><p>Para Ge et al. (2003), esse esquema de controle híbrido fornece um mecanismo eficaz,</p><p>sendo responsável por atuar com sistemas altamente complexos compostos de grandes graus</p><p>de incertezas - um exemplo é quando observamos o modelo de controle híbrido para sistemas</p><p>não elevados, que não são estabilizáveis por meio de qualquer controlador através de um res-</p><p>posta do estado contínuo individual.</p><p>Os sistemas lineares comutados não apenas fornecem um fórum desafiador para a área</p><p>acadêmica, mas também preenchem uma lacuna entre o tratamento de sistemas lineares e o</p><p>de sistemas altamente complexos e/ou incertos. Esses sistemas são relativamente fáceis de</p><p>manusear, pois muitas ferramentas poderosas de análise linear e multilinear são aplicáveis</p><p>ou extensíveis para lidar com esses sistemas.</p><p>17AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL</p><p>EXERCÍCIOS SUMÁRIO</p><p>1. Qual a característica adequada ao processo automatizado com robôs?</p><p>a. Nunca reclama</p><p>b. Processo ineficiente</p><p>c. Processo engessado</p><p>d. Processo ultrapassado</p><p>2. Tudo pode ser automatizado?</p><p>a. Sim, é só automatizar que já se tem resultados satisfatórios.</p><p>b. Não, a automação somente pode ser aplicada a processos padrão.</p><p>c. Somente processos novos.</p><p>d. Depende da adequação ao processo e ao projeto, para viabilizar a automação no processo a fim de se ter resultados satisfatórios.</p><p>3. Que área da automação abrange ferramentas tecnológicas envolvendo mecânica, eletrônica, tecnologia da informação, computação, controle</p><p>de sistemas, controle de produção e planejamento?</p><p>a. Robótica</p><p>b. Sensoriamento</p><p>c. Automação e controle</p><p>d. Teoria dos eventos e sistemas discretos</p><p>18AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL</p><p>EXERCÍCIOS SUMÁRIO</p><p>4. É responsável por identificar um acionamento fora dos padrões</p><p>determinados em um projeto de automação:</p><p>a. Atuador</p><p>b. Válvula</p><p>c. Sensor</p><p>d. Cilindro</p><p>5. É responsável pelos movimentos no processo ou equipamento</p><p>automatizado:</p><p>a. Sensor de movimento</p><p>b. Bomba hidráulica</p><p>c. Válvula de acionamento</p><p>d. Atuador</p><p>6. São vantagens do controle supervisionado:</p><p>a. Monitoramento do processo durante sua execução</p><p>b. Monitoramento do processo somente no início da operação</p><p>c. Função liga/desliga</p><p>d. Controle da manutenção</p><p>7. A teoria dos erros e estimativas de incertezas é utilizada para:</p><p>a. Análise de confiabilidade em equipamentos</p><p>b. Aumentar a produtividade</p><p>c. Controle de entrada de dados</p><p>d. Projeto de equipamentos</p><p>Gabarito: 1- A 2- D 3- C 4- C</p><p>5- D 6- A 7- A</p><p>19</p><p>TECNOLOGIA</p><p>DE SISTEMAS DE</p><p>AUTOMAÇÃO</p><p>A tecnologia de automação é um ramo da construção da área das engenharias que engloba</p><p>principalmente a engenharia mecânica e a elétrica, e tem por finalidade automatizar</p><p>processos técnicos em máquinas, plantas ou sistemas autômatos.</p><p>O grau de automação é maior quanto maior a existência de máquinas e sistemas mais</p><p>complexos, independentes da intervenção humana. Com o auxílio dos avanços na aquisição</p><p>de sinais e principalmente no processamento eletrônico, o grau de automação deve</p><p>aumentar significativamente. Como resultado, além de poupar as pessoas de atividades</p><p>perigosas e rotineiras, isso proporciona a melhoria da qualidade, otimizando o desempenho</p><p>da máquina ou sistema e reduzindo custos com pessoal, motivando ainda mais a adoção de</p><p>tecnologias de automação nos processos produtivos. Com a redução da atividade humana,</p><p>elimina-se avarias, melhora-se a reposição de material e a retirada de peças acabadas, e</p><p>diminui-se a manutenção devido a quebras por erros humanos nos equipamentos, desde</p><p>que os processos estejam bem alinhados.</p><p>20AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL</p><p>SUMÁRIO</p><p>SENSORES E ATUADORES INDUSTRIAIS</p><p>Para iniciar os estudos, é importante entendermos o papel dos sensores e atuadores</p><p>para a comunicação industrial:</p><p>Os sensores e atuadores são indispensáveis para a atividade industrial moderna. Da</p><p>mesma forma que válvulas e registros, usados nas antigas máquinas a vapor, impulsionaram</p><p>a primeira revolução industrial, os dispositivos modernos oferecem controles mais precisos e</p><p>automatizados para viabilizar a revolução na indústria como um todo.</p><p>A FUNÇÃO DOS SENSORES E ATUADORES NA INDÚSTRIA:</p><p>Basicamente, a função de um sensor é capturar dados do ambiente e transmiti-los</p><p>aos controladores. Para que essa transmissão seja feita com rapidez, precisão, qualidade e</p><p>segurança, podemos utilizar as redes de comunicação industrial, que é o meio pelo qual a</p><p>informação trafega para uma base de coleta e compilação de dados. Isso possibilita que os</p><p>controladores tenham dados suficientes para executar a lógica de processamento, mantendo</p><p>as plantas em funcionamento; portanto, eles são determinantes para melhorar a eficiência</p><p>operacional. Nesse contexto, os atuadores são utilizados diretamente no processo industrial,</p><p>baseados nos comandos que são enviados pelos controladores através das redes de comuni-</p><p>cação, por exemplo:</p><p>• EthernetIP;</p><p>• Devicenet;</p><p>• Controlnet;</p><p>• Profibus;</p><p>• e I/O Link.</p><p>Esses métodos de comunicação têm a função de transmitir as informações do sistema</p><p>de automação para os dispositivos, como os sensores e atuadores, trazendo outros benefícios:</p><p>• atribuição de parâmetros;</p><p>• rapidez de configuração;</p><p>• facilidade na criação de documentação;</p><p>• cabeação padronizada e simplificada;</p><p>• interface uniforme;</p><p>• aproveitamento de espaço;</p><p>• combinação entre dispositivos;</p><p>• consistência de comunicação;</p><p>• fácil acesso a dados - relativos aos processos, diagnósticos e ao próprio dispositivo;</p><p>• diminuição de erros;</p><p>• redução de paradas;</p><p>• manutenção programada e preventiva.</p><p>21AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL</p><p>SUMÁRIO</p><p>Sensor industrial Atuador industrial</p><p>22AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL</p><p>SUMÁRIO</p><p>CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS CLP</p><p>Um controlador lógico programável é um computador usado para automação industrial,</p><p>que pode automatizar um processo específico, função da máquina ou até mesmo uma linha</p><p>de produção inteira. Originou-se no final dos anos 1960, na indústria automotiva dos Estados</p><p>Unidos, e foi projetada para substituir os sistemas lógicos de relé. Antes, a lógica de controle</p><p>para a fabricação era composta principalmente de relés, timers de came, sequenciadores de</p><p>bateria e controladores de malha fechada dedicados.</p><p>COMO FUNCIONA UM CLP</p><p>O CLP recebe informações de sensores ou dispositivos de entrada conectados, proces-</p><p>sando os dados e acionando as saídas com base em parâmetros pré-programados. Dependen-</p><p>do das entradas e saídas, o CLP pode monitorar e registrar dados do tempo de execução, como</p><p>produtividade da máquina ou temperatura operacional, iniciar e parar processos automati-</p><p>camente e gerar alarmes se houver mal funcionamento de um equipamento ou uma condição</p><p>insegura. Os CLP’s são uma solução de controle flexível e robusta, adaptável a quase todas as</p><p>aplicações, com um custo acessível, dependendo do nível de automação que se deseja.</p><p>Comunicação - além dos dispositivos de entrada e saída, um CLP também pode preci-</p><p>sar se conectar a outros tipos de sistemas, já que os usuários podem querer exportar dados de</p><p>aplicativos registrados pelo CLP para um sistema de controle de supervisão e aquisição de da-</p><p>dos, que monitora vários dispositivos conectados. Os CLPs oferecem uma variedade de portas</p><p>e protocolos de comunicação para garantir que o possam se comunicar com outros sistemas.</p><p>O IHM se faz necessário para interagir com o CLP em tempo real. Essas interfaces de</p><p>operação podem ser monitores simples, com leitura de texto e teclado, ou grandes painéis de</p><p>tela sensível ao toque mais semelhantes aos eletrônicos de consumo. De qualquer forma, eles</p><p>permitem aos usuários revisar e inserir informações em tempo real no CLP.</p><p>COMO UM CLP É PROGRAMADO</p><p>Um programa CLP é geralmente escrito em um computador e, em seguida, baixado</p><p>para o controlador. Normalmente, usa-se a lógica de programação Ladder ou “C”. Ladder Lo-</p><p>gic é a linguagem de programação tradicional em que cada linha representa uma ação espe-</p><p>cífica controlada pelo CLP, iniciando com uma entrada ou série de entradas que resultam em</p><p>uma saída, a qual será responsável pelo controle da ação do equipamento.</p><p>CLP computador,</p><p>controlador lógico</p><p>programável</p><p>23AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL</p><p>SUMÁRIO</p><p>PADRÕES DE COMUNICAÇÃO</p><p>Hoje em dia, os recursos de computação não estão apenas integrados em computa-</p><p>dores ou máquinas industriais. Existe também a intercomunicação de todos os dispositivos</p><p>diferentes uns com os outros, interagindo também com os humanos. Para que haja uma co-</p><p>municação segura e confiável, os processos requerem protocolos de comunicação sólidos que</p><p>permitem uma comunicação eficiente. A comunicação dentro do circuito de controle fechado,</p><p>por um lado, e a comunicação resultante das necessidades de coordenação e interação entre</p><p>as unidades de controle, por outro, se tornam um subsistema interno em que a comunicação</p><p>geralmente é altamente influenciada pelo processo físico e precisa atender a requisitos de</p><p>tempo real elevados.</p><p>Devido a essa interação direta com o processo físico, esses componentes do sistema são</p><p>acoplados ao servidor, no qual os requisitos da implementação em redes de controle locais são</p><p>muito bem estudados, prevendo cada vez mais sistemas inteligentes de controle e fornecen-</p><p>do o processamento de informações em que os níveis vão além do controle não cognitivo dos</p><p>aplicativos atuais usados. Um servidor não pode iniciar uma comunicação com um cliente;</p><p>portanto, a comunicação é limitada a uma interação de solicitação-resposta, sendo essencial</p><p>o acionamento de um serviço para obter um resultado, ou seja, um pedido de resposta. Cada</p><p>um dos protocolos revisados cumpre as tarefas para resolver certos problemas; a comparação</p><p>dessas tarefas e a implementações dos diferentes protocolos mostram semelhanças: alguns</p><p>dos protocolos resolvem tarefas comuns e também usam estratégias para cumpri-los.</p><p>SUPERVISÓRIOS</p><p>O esquema básico de sistema supervisório é constituído, em princípio, pela inclusão de</p><p>um microcomputador do tipo PC em um sistema de controle já implementado ou não, que na</p><p>maioria dos casos é formado por um CLP e seus periféricos. A comunicação entre o PC e o sis-</p><p>tema de controle normalmente segue o mesmo protocolo; entretanto, com a ajuda de interfa-</p><p>ces, é possível estabelecer a comunicação em diversos protocolos. Isso garante a implantação</p><p>do supervisório em todos os sistemas de controle.</p><p>Para entendermos melhor, um supervisório poderá supervisionar todos os elementos</p><p>de um barramento responsáveis pela transferência de dados. Na maioria dos casos, entretan-</p><p>to, o acesso do supervisório restringe-se apenas ao CLP, o qual prepara uma tabela de status</p><p>do processo e a entrega ao supervisório, que poderá ou não promover uma interferência no</p><p>andamento do processo, alterando os parâmetros de controle. Exemplo disso é, em um es-</p><p>quema básico e possível, a troca de informações entre sistemas supervisórios e CLPs através</p><p>de drivers de comunicação.</p><p>Exemplo de esquema básico</p><p>Sistema supervisório</p><p>Fonte: Pereira e Jurizato, 2003</p><p>24AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL</p><p>SUMÁRIO</p><p>Uma das tarefas mais comuns do supervisório é o controle estatístico do processo, pois</p><p>ao processar as variáveis, pode confeccionar gráficos e apontar tendências. O operador de sis-</p><p>tema terá à sua disposição uma tela gráfica representando parte ou o todo do processo, seus</p><p>parâmetros (set points) e os valores reais de campo. É também tarefa dos CLPs informar o</p><p>sistema supervisório sobre as variáveis do processo.</p><p>CONTROLE BASEADO EM PCS</p><p>Nos dias de hoje, os sistemas manufatureiros devem ter a capacidade de atender e se</p><p>adequar às várias demandas do consumidor para novos produtos, dentro de um tempo de-</p><p>terminado, da mesma forma que deve ser capaz de acomodar o rápido desenvolvimento de</p><p>tecnologias e evolução dos computadores e sistemas de processamento. Vários equipamentos</p><p>de fabricação e sistemas de manufaturas usam recursos de software, visando à fácil integra-</p><p>ção de equipamentos e plantas industriais simultaneamente. Para que isso seja possível, são</p><p>necessários, cada vez mais, equipamentos computacionais com alta capacidade de armaze-</p><p>namento e processamento de dados, que possam ser acessados remotamente a qualquer mo-</p><p>mento em qualquer local.</p><p>Tal monitoramento e acionamento do sistema operacional de tempo real é selecionado</p><p>como a plataforma de software, uma vez que fornece toda a funcionalidade necessária para o</p><p>sistema em tempo real e tem comprovado ser robusto e confiável, possuindo algumas vanta-</p><p>gens por ser gratuito para uso não comercial. Além disso, oferece maior compatibilidade com</p><p>sistemas UNIX do que QNX 4 - por exemplo, fornece uma interface compatível com POSIX e</p><p>familiar a ferramentas de desenvolvimento do sistema operacional Linux.</p><p>Controle de processos por computador</p><p>25AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL</p><p>SUMÁRIO</p><p>A ARQUITETURA CLIENTE/SERVIDOR DE HARDWARE</p><p>Para controlar um sistema físico, um programa de controle de computador deve ser</p><p>capaz de interagir com ele. Informações sobre um sistema são determinadas através do uso de</p><p>sensores, que medem e relatam sinais do sistema (por exemplo, temperatura, força, e tensão</p><p>aplicados em motores e eletroímãs).</p><p>Esse método é mais simples do que escrever um driver de dispositivo do modo ker-</p><p>nel. Também é mais eficiente, pois não há necessidade de sistema; no entanto, esse método</p><p>também oferece menor segurança. A base de dados de interface do dispositivo deve acessar o</p><p>hardware diretamente, e o programa de controle do usuário deve ter acesso privilegiado, sen-</p><p>do capaz de travar todo o sistema. Há também a possibilidade de vários programas que podem</p><p>interferir enquanto tentam simultaneamente se comunicar com a placa de hardware.</p><p>Uma possibilidade para evitar esse problema é apenas um programa de controle po-</p><p>der acessar o hardware por vez. Nesse caso, a arquitetura do sistema operacional QNX permite</p><p>uma abordagem que supera os problemas acima mencionados.</p><p>O IPC é implementado usando memória compartilhada ou passagem de mensagens</p><p>QNX. Como os drivers de</p><p>dispositivo servem às solicitações de um ou vários programas de</p><p>usuário, eles são normalmente chamados de hardware servidores. Os programas do usuário</p><p>que usam o servidor para se comunicar com o hardware são chamados de clientes.</p><p>• Configuração mais fácil: os servidores podem ser iniciados e parados a qualquer mo-</p><p>mento.</p><p>• Desenvolvimento mais fácil: o servidor de hardware é menos complexo do que um dri-</p><p>ver de dispositivo e pode ser desenvolvido e depurado no modo de usuário.</p><p>• Desempenho: usa memória compartilhada como IPC.</p><p>• Compartilhamento de hardware: vários clientes podem se conectar ao mesmo servidor de</p><p>hardware e, portanto, compartilham o mesmo hardware sem interferir uns nos outros.</p><p>• Usando usuários genéricos: um programa de controle pode usar clientes genéricos que</p><p>são independentes da placa de hardware / servidor de hardware específico.</p><p>Observação: os temporizadores de software devem ser usados apenas</p><p>para fins de teste, uma vez que não fornecem tempo 100% confiável. Recomenda-se o</p><p>uso de servidores de cronômetro com a prioridade mais alta no sistema para garantir que eles</p><p>não possam ser atrasados por outros processos. Isso pode ser auxiliado por um timerclient,</p><p>que fornece uma interface simples para se comunicar com o servidor do cronômetro. Ele per-</p><p>mite que o programa do usuário seja executado em uma determinada frequência e também</p><p>detecta se o cálculo é muito lento para ser concluído em um período do cronômetro.</p><p>26AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL</p><p>SUMÁRIO</p><p>PROGRAMAÇÃO DE CONTROLADORES INDUSTRIAIS</p><p>A teoria de controle testemunhou avanços tremendos durante as últimas quatro dé-</p><p>cadas. A robustez ou capacidade de manter a estabilidade e o controle com bom desempenho</p><p>na presença de uma pequena modelagem de erros passou a ser dominada no final dos anos</p><p>setenta. Mesmo com os avanços, a questão da robustez continuou a dominar os estudos nos</p><p>últimos anos, procurando melhorar as compensações entre desempenho e robustez dentro de</p><p>um moderno quadro de síntese de controle.</p><p>Para entender um pouco mais sobre os controladores, vamos estudar um dos modelos</p><p>mais utilizados na indústria para o controle de rampas, principalmente temperatura.</p><p>Para nos ambientarmos ao assunto dos controladores industriais, analisaremos um</p><p>modelo com larga utilização na indústria, quando se quer ser atual no controle de tempera-</p><p>tura, seja ela quente ou frio. Para essa análise, falaremos do controlador de processo N1200,</p><p>que é um equipamento ideal para controle de alto desempenho nas mais exigentes aplicações,</p><p>já que possui um avançado e consolidado algoritmo PID autoadaptativo que garante uma res-</p><p>posta rápida e muito precisa em processos altamente dinâmicos de perfis complexos.</p><p>Esse controlador possui uma taxa de amostragem rápida, o que permite que o contro-</p><p>le PID atue com grande velocidade de resposta, assegurando a dinâmica correta do processo.</p><p>Sua robustez eletrônica e seu alojamento em material antichamas garantem a conformidade</p><p>com as principais certificações de classe mundial para dispositivos industriais.</p><p>A configuração de todos os parâmetros, bem como seu ajuste fino, pode ser realizada</p><p>com facilidade e rapidez através da porta USB, podendo-se usar o software de configuração</p><p>gratuito da fabricante. Além da configuração padrão de parâmetros, o N1200 também permite</p><p>a execução de perfis personalizados de rampas e patamares para temperatura, com a progra-</p><p>mação de até 20 receitas de usuário ou até 180 segmentos, permitindo a alternância durante o</p><p>controle do processo, podendo-se programar rampas sucessivas que liberam paradas e início</p><p>do funcionamento dos equipamentos.</p><p>SEQUENCIAL FLOW CHART (SFC)</p><p>A programação por Sequential Function Chart (SFC) é uma linguagem de programa-</p><p>ção gráfica entre as linguagens identificadas pelo padrão para programação de CLP. Os SFCs</p><p>não são linguagens de programação baseadas em texto, mas sim visuais, semelhantes aos</p><p>fluxogramas para algoritmos de ciência da computação. Os SFCs são comumente usados e</p><p>mais fáceis de representar em cenários em que há vários estados de operação. A vantagem</p><p>da programação SFC é sua capacidade de ajudar o engenheiro a quebrar processos grandes e</p><p>complexos em partes menores que são fáceis de entender, simplificando assim a programa-</p><p>ção do CLP, agilizando a programação do processo.</p><p>Como funciona a programação SFC?</p><p>Neste caso, os controles sequenciais incluem o processamento de operações sequen-</p><p>ciais e paralelas que são discretas em termos de tempo ou eventos, principalmente para con-</p><p>27AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL</p><p>SUMÁRIO</p><p>trolar sequências de processos complexos. A linguagem de programação SFC torna mais fácil</p><p>visualizar e projetar sistemas sequenciais complexos. Nesta linguagem de programação, as</p><p>operações são descritas como etapas separadas que são conectadas sequencialmente.</p><p>Um exemplo dessa conexão sequencial pode ser visto na operação de uma máquina de</p><p>lavar. Quando um programa é selecionado na máquina de lavar, ele tem várias etapas que vêm</p><p>uma após a outra. Quando uma etapa termina, a próxima começa automaticamente. Os ter-</p><p>mos “etapas” e “estado” representam o mesmo conceito na programação SFC, na qual uma</p><p>linha reta vertical conecta as diferentes etapas, e cada etapa tem uma saída correspondente,</p><p>tendo uma condição de transição entre elas.</p><p>As saídas são representadas como caixas retangulares vinculadas horizontalmente a</p><p>seus respectivos estados. Duas condições devem ser seguidas para cada SFC:</p><p>• deve haver uma condição de transição entre duas etapas;</p><p>• uma etapa sempre deve separar duas condições de transição.</p><p>Cada SFC pode ser representado por uma lógica ladder equivalente. O primeiro degrau</p><p>da escada é equivalente ao passo 1. Somente se ocorrer IN 1, OUT 1 também será ativado. A se-</p><p>gunda linha é equivalente à etapa 2. Somente se OUT 1 e IN 2 ocorrerem, OUT 2 será ativado.</p><p>SFCs podem ser somados como uma combinação de:</p><p>• etapas com ações correspondentes;</p><p>• transições com condições lógicas associadas;</p><p>• links entre etapas e transições que são diretas e com direção.</p><p>Devemos pensar nas linhas verticais entre as etapas como caminhos do estado anterior</p><p>para o próximo estado. O SFC permite a ramificação dos caminhos de duas maneiras: seletiva</p><p>e paralela. A diferença entre eles está na colocação das condições de transição.</p><p>Ramificação paralela</p><p>A ramificação paralela permite que dois ou mais estados ocorram simultaneamente se</p><p>uma única condição de transição for atendida. Nos diagramas, a ramificação paralela é repre-</p><p>sentada por um par de linhas horizontais.</p><p>Ramificação seletiva</p><p>Ao contrário da ramificação paralela, aqui nem todas as etapas subsequentes são inicia-</p><p>das simultaneamente.</p><p>Ramificação seletiva em SFC e diagrama de escada equivalente</p><p>Cada etapa da ramificação tem sua própria condição de transição que deve ser cumprida.</p><p>Para que a etapa 1 seja iniciada, OUT 0 e IN 1 devem ocorrer. Para que a etapa 2 seja iniciada,</p><p>28AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL</p><p>SUMÁRIO</p><p>OUT 0 e IN 2 devem ocorrer. As condições de transição para todas as etapas subsequentes são</p><p>independentes umas das outras.</p><p>LINGUAGEM LADDER</p><p>Uma das melhores linguagens de programação visual é a chamada lógica ladder ou dia-</p><p>grama ladder (LD). A grande vantagem da lógica ladder é ser muito mais visual do que a maio-</p><p>ria das linguagens de programação; como resultado, as pessoas geralmente acham muito mais</p><p>fácil o seu aprendizado.</p><p>Uma curiosidade sobre a lógica ladder é que ela se parece muito com circuitos de relé elé-</p><p>tricos. Portanto, se você já conhece um pouco sobre controle de relé e circuitos elétricos, poderá</p><p>aprender a lógica ladder ainda mais rápido, apesar de, definitivamente, não ser um requisito.</p><p>Neste passo a passo para a lógica ladder, aprenderemos tudo o que precisamos saber sobre</p><p>a linguagem de programação do PLC do diagrama ladder, com uma abordagem para começar a</p><p>fazer programas com essa lógica em praticamente qualquer software</p><p>de programação de PLC.</p><p>O QUE É LADDER LOGIC?</p><p>Lógica ladder é uma linguagem de programação gráfica usada para programar um CLP,</p><p>que expressa operações lógicas com notação simbólica. A lógica da escada é feita de degraus,</p><p>formando o que parece uma escada - daí o nome “lógica da escada”.</p><p>A lógica ladder é principalmente para operações de lógica de bits, embora seja possí-</p><p>vel escalonar uma entrada analógica do PLC. Até mesmo as operações simples de lógica de bit</p><p>podem ser benéficas em programas PLC mais avançados e programação de sistema SCADA. O</p><p>que programa e define os padrões para a lógica ladder é PLCOpen, linguagens de programação</p><p>padronizadas, o que significa simplesmente que a lógica ladder é descrita em um padrão.</p><p>INTRODUÇÃO À LÓGICA LADDER</p><p>Para começarmos a desenvolver a lógica ladder, é necessário saber sobre a linguagem de</p><p>programação; o programador deve saber por que e para que a lógica ladder foi inventada, pois</p><p>assim será muito mais fácil entendê-la.</p><p>INVENTADA PARA TÉCNICOS</p><p>Lógica ladder é uma linguagem de programação gráfica, o que significa que, em vez</p><p>de texto, a programação é feita combinando diferentes elementos gráficos. Esses elementos</p><p>gráficos são chamados de símbolos. Um fato interessante sobre os símbolos da lógica ladder</p><p>é que eles são feitos para se parecerem com símbolos elétricos. A lógica de escada foi criada</p><p>originalmente para técnicos, eletricistas e pessoas com experiência em eletricidade, visando</p><p>a atender as pessoas acostumadas a ver diagramas e esquemas elétricos.</p><p>Dessa forma, como nos diagramas elétricos, a lógica ladder tem símbolos para contatos</p><p>e relés, também chamados de bobinas na lógica de programação, onde os símbolos podem</p><p>29AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL</p><p>SUMÁRIO</p><p>parecer um pouco diferentes dos que você encontra nos esquemas elétricos, mas têm quase as</p><p>mesmas funções.</p><p>COMO REALIZAR A LEITURA DA LÓGICA LADDER</p><p>Outra diferença entre os diagramas de lógica ladder e os esquemas elétricos é a maneira</p><p>como são desenhados: os esquemas elétricos são frequentemente desenhados na horizontal,</p><p>já os diagramas de lógica ladder são desenhados verticalmente.</p><p>Motivos para essa linguagem ser dessa forma:</p><p>a. Mais fácil de ler</p><p>Em primeiro lugar, torna a lógica da escada mais fácil de ler, pois naturalmente a visão</p><p>vai da esquerda para a direita e depois desce para a próxima linha, como se estivesse execu-</p><p>tando uma leitura.</p><p>b. Desenhado no computador</p><p>Quando você desenha a lógica de programação ladder com o auxílio de um computador,</p><p>faz uma linha de cada vez em uma sequência, chamadas degraus, que se empilham umas so-</p><p>bre as outras, formando o que parece uma escada.</p><p>c. Ordem de execução da programação</p><p>O objetivo de desenhar a lógica ladder verticalmente é definir a ordem de execução, que</p><p>é como o CLP executará sua lógica ladder a partir de suas instruções.</p><p>Um problema existente é que os sistemas de controle elétrico e o CLP funcionam de</p><p>maneiras diferentes. Enquanto o CLP executa uma linha de lógica ladder e então vai para a</p><p>próxima linha, os sistemas elétricos possuem várias linhas (vias de corrente) que podem ser</p><p>executadas (ativadas) ao mesmo tempo. A partir dessas diferenças, podemos entrar no estudo</p><p>dessa lógica.</p><p>Vamos lá: é hora de aprendermos alguma lógica de</p><p>programação!</p><p>FUNDAMENTOS DA LÓGICA DE ESCADA</p><p>O primeiro ponto que veremos ao criar uma nova peça de lógica ladder são duas linhas</p><p>verticais. É entre essas duas linhas que sua lógica ladder vai. Ao desenhar a lógica ladder, você</p><p>desenhará conexões verticais entre essas duas linhas. Cada uma delas é chamada de degrau,</p><p>exatamente como em uma escada física.</p><p>30AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL</p><p>SUMÁRIO</p><p>Lógica de escada com linhas horizontais chamadas degraus</p><p>Nesses degraus, podemos colocar qualquer um dos símbolos usados na lógica ladder</p><p>para criar a lógica de programação desejada. Podemos ver que, acima, foi inserido um número</p><p>em cada degrau. Dessa forma, podemos entender como o hardware do CLP executará a lógica</p><p>ladder de programação. Grosso modo, o PLC primeiro fará a varredura de todas as suas entra-</p><p>das e, em seguida, executará o programa para definir as saídas, um degrau de cada vez.</p><p>É uma regra básica, porém a mais importante da lógica ladder: o CLP executa apenas</p><p>uma linha de cada vez e, em seguida, executa a próxima, até executar todo o programa, repe-</p><p>tindo-o quantas vezes for necessário.</p><p>DESENVOLVENDO UM PROGRAMA LADDER PASSO A PASSO.</p><p>Para iniciarmos o desenvolvimento do algoritmo da linguagem ladder, de controle para</p><p>um tanque de nível, necessitamos realizar a definição das variáveis conforme a análise da fi-</p><p>gura abaixo.</p><p>Declaração de variáveis.</p><p>Fo</p><p>n</p><p>te</p><p>: M</p><p>or</p><p>ei</p><p>ra</p><p>, 2</p><p>02</p><p>0.</p><p>31AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL</p><p>SUMÁRIO</p><p>Segundo Moreira (2020), as variáveis que foram definidas no programa como formato</p><p>real, inteiro, booleano e PID (Proporcional-Integral-Derivativo) possuem algumas atribui-</p><p>ções dentro do programa a ser executado, sendo elas:</p><p>• real – representa valores que contêm casa decimal;</p><p>• inteiro – representa valores de números inteiros;</p><p>• booleano – representa uma condição verdadeira ou falsa;</p><p>• PID – representa o bloco de controle do processo.</p><p>Início do programa</p><p>Fonte: Moreira, 2020.</p><p>Ainda Moreira (2020) menciona, sobre a programação de um sistema de válvulas de en-</p><p>cher ativo, que é necessária a realização do controle do fluxo do volume no tanque. Para reali-</p><p>zação desse procedimento, é preciso levar em conta que a cena 3D do tanque utiliza um sensor</p><p>de nível do tipo analógico, com valores de tensão variando de 0 a 10V, e a régua de medição do</p><p>tanque vai de 0 a 300 centímetros. Para que ocorra essa conversão, devemos utilizar um bloco</p><p>multiplicador e, na sequência, adicionar um bloco de conversão de real para inteiro. A infor-</p><p>mação desse valor de nível será utilizadoa no bloco de PID que só recebe valores do tipo inteiro.</p><p>Conversão real para Int</p><p>32AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL</p><p>SUMÁRIO</p><p>Moreira (2020) menciona que as variáveis MEDIDOR_NIVEL e SETPOINT podem ser</p><p>verificadas no visor digital do tanque no software FACTORY I/O, sendo necessária a utilização</p><p>do bloco move, que tem a função de mover o mecanismo de uma variável e mandar para outra,</p><p>conforme a figura a seguir.</p><p>Bloco move</p><p>Fon</p><p>te: M</p><p>oreira, 2020.</p><p>De acordo com Moreira (2020), pode ser utilizado o PID (Proporcional-Integral-Deri-</p><p>vativo) para calcular o valor de ação sobre o processo a partir das informações dos valores das</p><p>variáveis PV_INT e SP_INT em sua entrada. Esses dados são responsáveis pelo acionamento</p><p>da variável VALVULA_ENCHER na saída do bloco. A velocidade de acionamento da válvula de</p><p>enchimento é determinado pelo componente Y_Min e Y_Max, que funciona de 0 a 10, sendo</p><p>que o valor 0 representa a válvula fechada e o valor 10 representa a válvula 100% aberta.</p><p>Bloco PID</p><p>Seguindo a lógica de programação, MOREIRA (2020) dá andamento sobre realizar o</p><p>controle do enchimento do tanque com o bloco PID (Proporcional Integral-Derivativo). Neste</p><p>momento, será necessário atuar com a variável da VALVULA_DESCARGA, que tem a finalida-</p><p>de de eliminar o fluido do tanque mantendo controle do nível com maior precisão e evitando o</p><p>33AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL</p><p>SUMÁRIO</p><p>enchimento acima do normal. Para desenvolver essa lógica, é necessário ter uma variável au-</p><p>xiliar M1 e um bloco de comparação. Esse bloco de similaridade verificará se o nível do fluido</p><p>do recipiente é maior que o valor do setpoint determinado; sendo uma condição verdadeira,</p><p>a M1 aciona o reset do bloco PID (Proporcional Integral-Derivativo), fechando a válvula de</p><p>enchimento. Sendo necessário a utilização de mais um bloco, move para regular o percentual</p><p>de abertura da válvula quando existe fluido excessivo.</p><p>Acionamento da válvula de descarga</p><p>Fon</p><p>te: M</p><p>oreira ,2020.</p><p>Por fim, Moreira (2020) reforça sobre o escoamento excessivo do fluido, que será neces-</p><p>sária a criação de outra variável auxiliar M2 e outro bloco de comparação, que irá expor</p><p>o nível</p><p>de fluido do tanque, menor ou igual ao valor de setpoint. Atendendo a essa condição, atribui-</p><p>-se o valor 0, encerando o ciclo de descarga.</p><p>Fechamento da válvula de descarga</p><p>LINGUAGEM DESCRITIVA</p><p>PROLOG é uma linguagem descritiva baseada na lógica matemática, que pode ser bem</p><p>compreendida mesmo sem a base teórica do cálculo de predicados; portanto, também é ade-</p><p>quado para iniciantes em programação, uma vez que, ao contrário de outras linguagens de pro-</p><p>34AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL</p><p>SUMÁRIO</p><p>gramação, é preciso saber muito pouco sobre a estrutura e o modo de operação de um computa-</p><p>dor. Em certos aspectos, pode até ser desvantajoso já dominar uma linguagem de programação</p><p>convencional, como FORTRAN, PASCAL ou BASIC, uma vez que o processo de programação em</p><p>PROLOG é completamente diferente e, portanto, o "repensar" em PROLOG é mais difícil.</p><p>Nas linguagens de programação convencionais, como se sabe, é necessário especifi-</p><p>car exatamente como um problema deve ser resolvido; dessa forma, um algoritmo deve ser</p><p>configurado de modo que as instruções individuais para resolver a tarefa sejam especifica-</p><p>das com precisão. Como os comandos de programação (por exemplo, atribuição de variáveis,</p><p>chamada de sub-rotinas) estão em primeiro plano, essas linguagens são chamadas de impe-</p><p>rativas (orientadas a comandos).</p><p>Na linguagem PROLOG, dá-se ênfase à descrição do problema. Sobre a área do proble-</p><p>ma, o especificam (descrevem) da maneira mais geral possível, de modo que um interpretador</p><p>PROLOG possa avaliar essa especificação e fornecer uma solução para um tarefa específica. Os</p><p>programas para essa linguagem de programação não consistem em instruções conhecidas da</p><p>programação convencional. O tipo descritivo (declarativo) de PROLOG requer uma abordagem</p><p>diferente da usual com linguagens de programação convencionais, uma vez que as proprie-</p><p>dades dos objetos e suas interdependências devem ser formuladas e nenhuma sequência de</p><p>instruções é permitida. Os programas PROLOG não contêm instruções sobre como retirá-los,</p><p>da mesma forma que a programação convencional. Assim, a arte descritiva (declarativa) de</p><p>PROLOG necessita de uma abordagem diferente daquela de linguagens de programação con-</p><p>vencionais.</p><p>Exemplo: um determinado conjunto de diferentes formas de seção transversal pode</p><p>descrever fatos com PROLOG. Neste caso, um retângulo, por exemplo, é conhecido por ser um</p><p>objeto que define uma relação entre dois números, sendo eles comprimento e largura do re-</p><p>tângulo. Isso pode ser feito em PROLOG com o predicado retângulo (X ou Y), onde X e Y repre-</p><p>sentam, respectivamente, o comprimento e a largura do retângulo; dessa forma, possui dois</p><p>argumentos (os atributos X e Y). Assim, podemos definir as combinações e fatos adicionais</p><p>com combinações aleatórias.</p><p>A seguir, veremos um programa descritivos na linguagem PROLOG.</p><p>Programação Prolog: a linguagem - sintaxe</p><p>o Termos:</p><p>o Variáveis: X, Y, C1, _ABC, Input</p><p>o Constantes: prolog, a, 123, ‘rio de janeiro’</p><p>o Estruturas (termos compostos):</p><p>dono(john,livro(ulysses,autor(james,joyce)))</p><p>o Caracteres: letras maiúsculas, letras minúsculas, dígitos, sinais do teclado.</p><p>o Símbolos especiais: :- ; , .</p><p>o Comentários:</p><p>o linha: % isto e’ um comentario.</p><p>o texto: /* este tambem e’ um comentário */</p><p>Fonte: https://www.cos.ufrj.br</p><p>35AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL</p><p>EXERCÍCIOS SUMÁRIO</p><p>1. Qual dos seguintes sistemas de comunicação pode ser usado com</p><p>os atuadores?</p><p>a. EthernetIP</p><p>b. Mangueira de ar</p><p>c. Mangueira pneumática</p><p>d. Nenhuma das alternativas</p><p>2. Qual dispositivo pode ser recomendado para o controle do aque-</p><p>cimento de uma estufa, visando baixo custo?</p><p>a. CPL mais termopar</p><p>b. Microcontrolador de temperatura com termopar incluso</p><p>c. Rele de segurança</p><p>d. Medidor de umidade</p><p>e. Termômetro</p><p>3. Método usado para programação de controladores industriais.</p><p>a. Linguagem de programação</p><p>b. Programação por voz</p><p>c. Programação por cópia de movimentos</p><p>d. Programação por sensoriamento</p><p>4. Qual a vantagem dos programas do usuário que usam o servidor</p><p>para se comunicar com o hardware, chamados de clientes?</p><p>a. Sistema engessado.</p><p>b. Configuração mais fácil, desenvolvimento mais fácil, com-</p><p>partilhamento de hardware.</p><p>c. Difícil configuração, difícil desenvolvimento, compartilha-</p><p>mento de hardware.</p><p>d. Fácil configuração, difícil desenvolvimento, não é possível</p><p>compartilhar o hardware.</p><p>5. Quem é responsável pelo funcionamento do CLP?</p><p>a. O ar comprimido</p><p>b. Os sinais elétricos</p><p>c. A lógica de programação</p><p>d. O microcontrolador</p><p>e. A CPU do computador</p><p>Gabarito: 1- A 2- B 3- A 4- B 5- C</p><p>36</p><p>ATUADORES SERVO</p><p>CONTROLADOS</p><p>Os servomecanismos eletro-hidráulicos, ou servo atuadores, são amplamente utilizados</p><p>em várias áreas da indústria, como a alimentícia, a metal mecânicas, a de tecnologia e a</p><p>aeroespacial.</p><p>37AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL</p><p>SUMÁRIO</p><p>Neste e-book, vamos aplicar a teoria do servomecanismo, neste caso um ser-</p><p>vo eletro-hidráulico, atuando com sinal ou pulso no controle. Estudaremos com</p><p>uma perspectiva prática de engenharia de controle no campo. Nela, a função do</p><p>servomecanismo é reduzir o cisma entre os praticantes do projeto de controle e</p><p>feedback.</p><p>Na indústria, os atuadores pneumáticos continuam a gerar um interesse sig-</p><p>nificativo devido às suas vantagens exclusivas, como baixo custo, segurança, lim-</p><p>peza, boa relação peso/potência, simplicidade, fácil aplicabilidade e possibilidade</p><p>de usos em multiprocessos.</p><p>Atuadores servo controlados</p><p>Possui grande aplicação com sucesso em regeneração de movimentos, dispositivos au-</p><p>xiliares para células manuais ou automatizadas, linhas de fabricação e robôs ambulantes. Os</p><p>cilindros podem ser controlados usando válvulas solenoides ou servos e, além das vantagens</p><p>listadas, são aplicáveis em situações de menor escala. Suas ações resultam em um processo</p><p>mais rápido de resposta de pressão, que torna o circuito fechado mais estável, porém com</p><p>uma força bem inferior à de atuadores hidráulicos. Devido a esse motivo, suas aplicações são</p><p>limitadas a processos mais leves, que exigem precisão e não força.</p><p>38AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL</p><p>SUMÁRIO</p><p>SERVO ACIONAMENTOS, CONTROLE DE POSIÇÃO E SINCRONISMO</p><p>Controle do movimento: significa controlar o movimento de um determinado posicio-</p><p>namento através de vários motores. Ao fornecer energia a um motor, ele opera e a converte</p><p>em energia e força motora.</p><p>Controle de rotação de transportadores</p><p>Fonte: Freitas, 2021</p><p>Controle de</p><p>posicionamento</p><p>da mesa X e Y</p><p>Controle de</p><p>posicionamento</p><p>da mesa rotativa</p><p>39AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL</p><p>SUMÁRIO</p><p>A unidade de driver de motor é uma unidade de controle para acionar motores de passo</p><p>ou servo motores.</p><p>O motor de passo é utilizado para posicionamentos de alta precisão, pois usa a sincro-</p><p>nização por pulsos de entrada. Ele gira em um certo ângulo, em etapas, e é operável para po-</p><p>sicionamento de alta precisão que não requer detecção da quantidade de rotação, porque gira</p><p>com precisão para o pulso de entrada.</p><p>Os servo motores são amplamente utilizados em ferramentas de usinagem e robôs in-</p><p>dustriais em fábricas. Possuem codificadores para detectar o ângulo de rotação e o posiciona-</p><p>mento de alta precisão é feito em malha fechada.</p><p>Servo motor</p><p>Servo Drivers</p><p>40AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL</p><p>SUMÁRIO</p><p>PRÁTICAS EM BANCADA DE TREINAMENTO EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL</p><p>Neste tópico, avaliaremos alguns projetos e discutiremos como será seu funcionamento</p><p>na prática, no dia a dia da indústria. Serão projetos simples para termos uma noção básica,</p><p>para possíveis aplicações no nosso trabalho quando necessário.</p><p>INSTALAÇÃO DE CILINDROS PNEUMÁTICOS COM A CONDIÇÃO “OU”</p><p>Para o projeto pneumático que analisaremos na sequência, foi adotada uma válvula de</p><p>isolamento com a condição “OU”, que neste caso funciona com o acionamento em duas ex-</p><p>tremidades, podendo ser de um lado ou de outro.</p><p>Válvula de isolamento (condição “OU”)</p><p>Fon</p><p>te: Pavan</p><p>i, 2011</p><p>O projeto pneumático consiste em duas entradas</p><p>de pressão e um ponto de utilização,</p><p>que é o cilindro, neste caso.</p><p>As válvulas emitem um sinal por uma das entradas, quando uma entrada oposta é au-</p><p>tomaticamente vedada pela válvula “OU” e o sinal emitido flui até o orifício de utilização do</p><p>acionamento do cilindro, que neste caso é um cilindro com acionamento manual com retorno</p><p>mola; ou seja, o operador aciona manualmente o movimento, e o cilindro faz o recuo automa-</p><p>ticamente, pois possui uma mola interna que faz contrapressão.</p><p>Coincidindo os sinais de entrada, prevalece o que primeiro acionou a válvula. Isso tam-</p><p>bém vale para pressões iguais. Em caso de pressões diferentes, a prioridade é da que tem maior</p><p>pressão. Esse caso é utilizado quando é necessário enviar sinais a um ponto comum, de dife-</p><p>rentes locais no circuito pneumático.</p><p>Circuito pneumático com a condição “OU”</p><p>41AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL</p><p>SUMÁRIO</p><p>Na imagem, observamos o sistema de alimentação, com duas válvulas e uma conexão</p><p>“OU”, que significa que a primeira que acionar receber a pressão necessária, vai alimentar</p><p>o cilindro através a válvulas 3 vias, acionando o cilindro para operação, e este cilindro fará a</p><p>operação de retorno através da mola interna.</p><p>INSTALAÇÃO DE CIRCUITOS HIDRÁULICOS</p><p>Força é “qualquer influência capaz de produzir uma alteração no movimento de um cor-</p><p>po”, medida na unidade NEWTON (N). Resistência é “a força que pode parar ou retardar o</p><p>movimento de um corpo”, sendo exemplos o atrito e a inércia. Atrito “ocorre quando dois ob-</p><p>jetos entram em contato e suas superfícies movem-se uma contra a outra”. Energia, por sua</p><p>vez, “é uma força capaz de causar o movimento de um corpo”, e inércia é “a relutância de um</p><p>corpo a uma alteração no seu movimento”, ocorrendo quando um corpo em movimento exi-</p><p>be uma relutância em ser parado. Já o trabalho é “o movimento de um objeto através de uma</p><p>determinada distância e tempo” (Apostila M2001-2 BR – Informações técnicas - Tecnologia</p><p>hidráulica industrial - Parker Hannifin Ind. Com. Ltda).</p><p>Por métodos experimentais, foi descoberto que um cavalo poderia elevar 250 kgf até a</p><p>altura de 30,5 cm em apenas um segundo. Para a pneumática e hidráulica, necessitamos en-</p><p>tender a pressão, que trata de força exercida por unidade de superfície. Na hidráulica e pneu-</p><p>mática, a pressão é expressa em kgf/cm2, atm ou Bar.</p><p>Para Pavani (2011), a pressão pode ser expressa em psi (pound per square inch) ou libra</p><p>força por polegada quadrada, abrevia-se lbf/pol2. Segundo a Lei de Pascal, a pressão exercida</p><p>em um ponto qualquer de um líquido estático é a mesma em todas as direções e exerce forças</p><p>iguais em áreas iguais. Sobre os fatores de conversão de unidades de pressão, podemos re-</p><p>lembrar as aulas de pneumática: as relações entre PSI, mca, bar etc.</p><p>Conforme mencionado por Pavani (2011), poderemos escolher o diâmetro de um cilin-</p><p>dro (calculando a área) levando em consideração a força requerida para um processo. FP = a</p><p>equivalência das unidades de pressão é uma relação com uma memória rápida. Para que pos-</p><p>samos nos familiarizar com algumas das diversas unidades, 1 atm @ 1kgf/cm2 = 1 bar @ 14,5</p><p>psi, para conservação de energia utilizando o princípio de Lavoisier: “Na natureza nada se</p><p>cria, nada se perde, tudo se transforma”. Então, podemos considerar que quando o pistão de</p><p>área = 1 cm² se move 10 cm, desloca um volume de 10cm³ para o pistão de área = 10 cm². Con-</p><p>sequentemente, ele movimentará apenas 1 cm de curso.</p><p>RESERVATÓRIOS HIDRÁULICOS</p><p>O reservatório hidráulico tem a função de armazenar o fluido hidráulico de um sistema.</p><p>Os reservatórios podem ser de aço ou de materiais plásticos, contendo todas as conexões ne-</p><p>cessárias e ainda as tubulações de sucção, retorno e drenos, indicador de nível de óleo, ma-</p><p>nômetros, respiro e enchimento, filtros, tampa para limpeza e, em muitos casos, a bomba</p><p>hidráulica está acoplada ao reservatório.</p><p>42AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL</p><p>SUMÁRIO</p><p>Unidade hidráulica Estrutura dos elementos filtrantes</p><p>Fo</p><p>n</p><p>te</p><p>: P</p><p>av</p><p>an</p><p>i,</p><p>2</p><p>01</p><p>1</p><p>Fo</p><p>n</p><p>te</p><p>: P</p><p>av</p><p>an</p><p>i,</p><p>2</p><p>01</p><p>1</p><p>Quando o fluido retorna ao reservatório, uma placa defletora impede que ele vá direta-</p><p>mente à linha de sucção. Esse fato cria uma zona de repouso na qual as impurezas maiores</p><p>sedimentam, o ar sobe à superfície do fluido e dá condições para que o calor do fluido seja dis-</p><p>sipado para as paredes do reservatório.</p><p>ELEMENTOS FILTRANTE</p><p>O filtro é responsável por remover impurezas do fluido hidráulico, o que é realizado for-</p><p>çando o fluxo do fluido a passar por um elemento filtrante que retém a contaminação adqui-</p><p>rida no funcionamento do sistema. Os elementos filtrantes são divididos em tipos de acordo</p><p>com a profundidade e a superfície.</p><p>Na última figura, podemos observar a estrutura de um elemento filtrante bastante uti-</p><p>lizado em diversas máquinas, inclusive em motores de automóveis.</p><p>MANGUEIRAS DOS SISTEMAS HIDRÁULICOS</p><p>Para Pavani (2011), os sistemas flexíveis também podem ser utilizados na condução de</p><p>fluidos, sendo fundamental na maior parte das instalações em que existam movimentos e seja</p><p>necessária a absorção das vibrações dos sistemas. Uma aplicação típica desses sistemas flexí-</p><p>veis são as mangueiras, que devem atender a três propostas básicas:</p><p>1. conduzir fluidos líquidos ou gases;</p><p>2. absorver vibrações;</p><p>3. partes das mangueiras.</p><p>43AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL</p><p>SUMÁRIO</p><p>As mangueiras são compostas por três partes construtivas: tubo interno ou alma, re-</p><p>forço ou carcaça e cobertura ou capa. O tubo interno ou alma da mangueira deve ser constru-</p><p>ído com material flexível e de baixa porosidade, ser compatível e termicamente estável com</p><p>o fluido a ser conduzido; porém, para a aplicação em sistemas hidráulicos de alta pressão, as</p><p>mangueiras devem ser reforçadas internamente para suportar a pressão interna do sistema.</p><p>BOMBAS HIDRÁULICAS</p><p>A bombas hidráulicas são bombas de deslocamento positivo que fornecem determinada</p><p>quantidade de fluido a cada rotação ou ciclo. Como nas bombas de deslocamento positivo, a</p><p>vazão de saída do fluido independe da pressão, exceto pelas perdas devido a vazamentos in-</p><p>ternos. A seguir, veremos alguns modelos de bombas hidráulicas existentes, que podem ser</p><p>dimensionadas de acordo com a vazão em litros por minuto e a pressão de trabalho.</p><p>Fo</p><p>n</p><p>te</p><p>: P</p><p>av</p><p>an</p><p>i,</p><p>2</p><p>01</p><p>1</p><p>Bomba hidráulica de engrenagem</p><p>44AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL</p><p>SUMÁRIO</p><p>Fo</p><p>n</p><p>te</p><p>: P</p><p>av</p><p>an</p><p>i,</p><p>2</p><p>01</p><p>1</p><p>Fo</p><p>n</p><p>te</p><p>: P</p><p>av</p><p>an</p><p>i,</p><p>2</p><p>01</p><p>1</p><p>CIRCUITO ELETROPNEUMÁTICO COM CILINDRO DE DUPLA AÇÃO COM RETORNO</p><p>AUTOMÁTICO</p><p>A imagem a seguir mostra um circuito eletropneumático de acionamento de um cilindro</p><p>de dupla ação “A”, no qual a partida é feita por um botão “S0” e o retorno do cilindro é auto-</p><p>mático. A sequência de movimentos desse circuito pode ser representada como “A+A–”, ou</p><p>seja, “cilindro A avança, cilindro A recua”.</p><p>Na imagem anterior, podemos verificar que, ao ser acionado, o botão “S0” energiza a</p><p>válvula solenóide “Y1”, atuando sobre a válvula de controle direcional “A1”, proporcionan-</p><p>do o avanço do cilindro “A”. Como pode ser observado, a chave “A3” é uma chave elétrica de</p><p>acionamento; neste caso, está montada de tal forma que será acionada pela própria haste do</p><p>cilindro quando este estiver avançado.</p><p>Bomba hidráulica de palheta</p><p>Circuito eletropneumático de acionamento de um cilindro dupla ação com retorno automático</p><p>Bombas hidráulica de pistão</p><p>Fo</p><p>n</p><p>te</p><p>: P</p><p>av</p><p>an</p><p>i,</p><p>2</p><p>01</p><p>1</p><p>45AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL</p><p>SUMÁRIO</p><p>Cilindro dupla ação (A) com válvula direcional de 5 vias (A1) e acionamento por solenoide (A) Esquema com atuador e sensor de presença</p><p>Fo</p><p>n</p><p>te</p><p>: P</p><p>av</p><p>an</p><p>i,</p><p>2</p><p>01</p><p>1</p><p>Fo</p><p>n</p><p>te</p><p>: S</p><p>il</p><p>va</p><p>, 2</p><p>01</p><p>7</p><p>Nesta imagem, podemos verificar na prática o chiquito eletro pneumático da imagem</p><p>anterior, no qual aplicamos um cilindro dupla ação (A) com válvula direcional de 5 vias (A1) e</p><p>acionamento por solenoide (A3).</p><p>Neste caso, a chave de fim de curso “A3” é representada no circuito pneumático na po-</p><p>sição de “cilindro A avançado”. Quando</p>