Aula 01 - Introdução-Automação Industrial

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<p>Automação Industrial</p><p>Profo Elias Aguiar</p><p>032001428@prof.uninorte.com.br</p><p>@elliasaguiar</p><p>Elias Aguiar</p><p>Automação</p><p>O termo Automação refere-se ao uso</p><p>de tecnologia para facilitar o trabalho</p><p>do ser humano ou estender sua</p><p>capacidade física e mental.</p><p>"Sistema em que os processos</p><p>operacionais em fábricas,</p><p>estabelecimentos comerciais, hospitais,</p><p>telecomunicações etc. são controlados e</p><p>executados por meio de dispositivos</p><p>mecânicos ou eletrônicos, substituindo o</p><p>trabalho humano; automatização".</p><p>3</p><p>Automação</p><p>• A palavra automação está diretamente ligada ao controle</p><p>automático, ou seja ações que não dependem da</p><p>intervenção humana.</p><p>• Este conceito é discutível pois a “mão do homem” sempre</p><p>será necessária, pois sem ela não seria possível a</p><p>construção e implementação dos processos automáticos.</p><p>O que é a Automação</p><p>• É um conceito amplo que pode</p><p>ser aplicado em qualquer</p><p>ambiente, seja predial,</p><p>comercial ou industrial.</p><p>• Baseia-se fundamentalmente</p><p>na aplicação de dispositivos</p><p>que visam substituir o trabalho</p><p>braçal, insalubre ou repetitivo.</p><p>Elementos básicos de um Sistema</p><p>Automatizado</p><p>a) Energia (de qualquer fonte e característica) para concluir os</p><p>processos e operar o sistema;</p><p>b) Programa de Instruções que direcione os processos a serem</p><p>executados;</p><p>c) Sistema de Controle que tenha capacidade de executar tais</p><p>instruções</p><p>Monitoramento de segurança em</p><p>um ambiente Automatizado</p><p>▪ O que fazer?</p><p>• Parada total do processo em produção;</p><p>• Parada total do sistema automatizado;</p><p>• Acionamento de alarmes sonoros e visuais;</p><p>• Tomada de decisões corretivas que recuperem a violação</p><p>da segurança de forma automática.</p><p>Automação – Histórico</p><p>▪ Historicamente, o surgimento da automação está ligado com</p><p>a mecanização.</p><p>▪ O objetivo era sempre o mesmo, o de simplificar o trabalho</p><p>do homem.</p><p>▪ Nos tempos modernos, entende-se por automação qualquer</p><p>sistema apoiado em microprocessadores que substitua o</p><p>trabalho humano.</p><p>Automação – Histórico</p><p>• A história da automação industrial começa na década de 20</p><p>quando Henry Ford cria a linha de produção para a</p><p>fabricação de automóveis.</p><p>• Porém, o grande impulso para a automação se deu com o</p><p>aparecimento dos transistores na década de 60.</p><p>Automação – Histórico</p><p>• Até então, tal programação era feita utilizando relés, e a</p><p>complexidade dos processos produtivos envolvidos exigia,</p><p>instalações em painéis de controle com centenas de relés.</p><p>• Além de uma operacionalidade muito baixa, existiam outros</p><p>problemas:</p><p>‒ alto consumo de energia;</p><p>‒ difícil manutenção;</p><p>‒ modificações de comandos dificultados e onerosos com muitas</p><p>alterações na fiação;</p><p>‒ ocasionando número de horas paradas;</p><p>‒ dificuldades em se manter a documentação atualizada dos</p><p>esquemas de comando modificados.</p><p>Relé</p><p>Um relé é um interruptor acionado eletricamente. A</p><p>movimentação física deste "interruptor" ocorre quando a</p><p>corrente elétrica percorre as espiras da bobina do relé, criando</p><p>assim um campo magnético que por sua vez atrai a alavanca</p><p>responsável pela mudança do estado dos contatos.</p><p>Automação – Histórico</p><p>• No final da década de 60, surgiu o Controlador Lógico</p><p>Programável.</p><p>• Seu desenvolvimento foi incentivado pela GM, que</p><p>enfrentava problemas com a programação de sua linha de</p><p>produção.</p><p>Automação – Atualmente</p><p>• Automação industrial é muito aplicada para melhorar a</p><p>produtividade e qualidade nos processos considerados</p><p>repetitivos, estando presente no dia-a-dia das empresas.</p><p>• A automação industrial pode ser definida como um conjunto de</p><p>técnicas destinadas a tornar automáticos vários processos na</p><p>indústria, substituindo o trabalho muscular e mental do</p><p>homem por equipamentos diversos.</p><p>Exemplos de Automação</p><p>• O conceito de automação varia com o ambiente e</p><p>experiência da pessoa envolvida.</p><p>‒ Para uma dona de casa, a máquina de lavar roupa ou lavar louça.</p><p>‒ Para um empregado da indústria automobilística, pode ser um robô.</p><p>‒ Para uma pessoa comum, pode ser a capacidade de tirar dinheiro do</p><p>caixa eletrônico.</p><p>Automação hoje</p><p>• Classificação da Automação</p><p>‒ Automação Industrial</p><p>‒ Automação Comercial</p><p>‒ Automação Predial</p><p>‒ Automação Residencial</p><p>‒ Automação Bancária</p><p>‒ Automação Agrícola</p><p>Automação</p><p>• Qualquer grandeza física pode ser controlada;</p><p>• Controle manual</p><p>‒ operador presente;</p><p>‒ válvulas, alavancas, chaves, ...</p><p>‒ que produz alterações naquela variável</p><p>• Produção seriada</p><p>‒ início da industrialização</p><p>‒ produção composta por etapas ou estágios</p><p>‒ máquinas específicas a determinada aplicação</p><p>Automação</p><p>• ... com o passar do tempo ...</p><p>‒ valorização do trabalhador</p><p>‒ a máquina passou a fazer o trabalho mais pesado</p><p>‒ o homem, a supervisioná-la</p><p>• Controle</p><p>‒ automático: as funções do operador é realizada por um</p><p>equipamento</p><p>‒ automático por realimentação: age sobre o elemento de</p><p>controle, baseando-se em informações de medida da</p><p>variável controlada</p><p>Automação</p><p>• O conceito de automação inclui a ideia de usar a potência</p><p>elétrica ou mecânica para acionar algum tipo de máquina.</p><p>• Deve acrescentar à máquina algum tipo de inteligência para</p><p>que ela execute sua tarefa de modo mais eficiente e com</p><p>vantagens econômicas e de segurança.</p><p>Automação</p><p>Tecnologia Integradora:</p><p>▪ Eletrônica: Hardware</p><p>▪ Mecânica: Atuadores</p><p>▪ Inteligência: Software (Informática)</p><p>Automação</p><p>▪ Sensores</p><p>• fornecem informações sobre o sistema</p><p>• entradas do controlador</p><p>• indicam variáveis como temperatura, pressão, ...</p><p>▪ Atuadores</p><p>• agem a partir do processamento das informações coletadas</p><p>pelos sensores</p><p>• tipos: magnéticos, hidráulicos, pneumáticos, elétricos</p><p>▪ Controlador</p><p>• aciona os atuadores levando em conta o estado das entradas</p><p>(sensores)</p><p>• instruções do programa inserido em sua memória</p><p>Aquisição de Informação</p><p>▪ Forma pela qual o processo se comunica com o sistema de</p><p>controle;</p><p>▪ Transformam uma informação física em um sinal eletrônico;</p><p>▪ Praticamente todos os parâmetros físicos podem ser</p><p>medidos através de sensores e transdutores;</p><p>Sensor Indutivo</p><p>▪ São equipamentos eletrônicos capazes de detectar a</p><p>aproximação de peças metálicas;</p><p>Sensor Indutivo</p><p>▪ Princípio de Funcionamento:</p><p>• Com a aproximação de peças metálicas, ocorre uma variação</p><p>na tensão gerada por um oscilador;</p><p>• Um comparador monitora esta tensão e envia um sinal para o</p><p>transistor caso ocorra variação.</p><p>Sensor Indutivo</p><p>▪ Aplicações:</p><p>Sensor Capacitivo</p><p>▪ Equipamentos eletrônicos capazes de detectar aproximação</p><p>de materiais orgânicos, plásticos, pós, Iíquidos, madeiras,</p><p>papéis, metais, etc.</p><p>Sensor Capacitivo</p><p>▪ Princípio de Funcionamento:</p><p>• Baseia-se na geração de um campo elétrico, desenvolvido por</p><p>um oscilador controlado por capacitor.</p><p>Sensor Capacitivo</p><p>▪ Tabela de Constantes dielétricas:</p><p>Sensor Capacitivo</p><p>▪ Exemplo de distância de detecção (10mm):</p><p>Sensor Capacitivo</p><p>▪ Aplicações</p><p>Sensores Fotoelétrico</p><p>▪ Também conhecidos por sensores ópticos, manipulam a luz</p><p>de forma a detectar a presença de objetos.</p><p>Sensores Fotoelétrico</p><p>▪ Baseiam-se na transmissão e recepção de luz infravermelha</p><p>que pode ser refletida ou interrompida por um objeto a ser</p><p>detectado.</p><p>Sensores Fotoelétrico</p><p>▪ Principais Tipos:</p><p>Sensores Fotoelétrico</p><p>▪ Aplicações:</p><p>Sensores Ultrassônicos</p><p>▪ Utilizam ondas sonoras de alta frequência para detectar</p><p>objetos.</p><p>Sensores Ultrassônicos</p><p>▪ Princípio de Funcionamento:</p><p>• O emissor envia impulsos ultrassônicos sobre o objeto</p><p>analisado. As ondas sonoras voltam ao detector depois de um</p><p>certo tempo, proporcional a distância.</p><p>Sensores Ultrassônicos</p><p>▪ Aplicações:</p><p>Transdutores</p><p>▪ O principio de funcionamento dos transdutores está baseado</p><p>na variação de um sinal elétrico, gerada devido a variação de</p><p>um parâmetro físico (pressão, temperatura, distancia, vácuo,</p><p>etc...).</p><p>Transdutores de Pressão</p><p>Transdutores</p><p>▪ Exemplos:</p><p>✓ Termoresistor (Pt100): Varia sua resistência de acordo com a</p><p>temperatura.</p><p>✓ Termopar: Gera uma tensão elétrica quando submetido a uma</p><p>temperatura.</p><p>✓ Tacogerador: Gera uma</p><p>tensão proporcional a velocidade no</p><p>qual é submetido.</p><p>✓ Célula de Carga: Varia sua resistência de acordo com a força</p><p>que lhe é aplicada .</p><p>Automação</p><p>• Automatizar um sistema, tornou-se muito mais viável à</p><p>medida que a Eletrônica avançou.</p><p>• Com este avanço, o controlador, os sensores e os atuadores</p><p>passaram a funcionar em conjunto, transformando processo</p><p>em um sistema automatizado, onde o próprio controlador</p><p>toma decisões em função da situação dos sensores e aciona</p><p>os atuadores.</p><p>Automação</p><p>▪ Com o avanço da eletrônica....</p><p>• Memórias ganharam maior capacidade de</p><p>armazenamento</p><p>• Os circuitos lógicos tornaram-se mais rápidos</p><p>• Microcontroladores</p><p>• A lógica de acionamento pode ser desenvolvida através</p><p>de software, que determina ao controlador a sequência</p><p>de acionamento a ser desenvolvida. Este tipo de</p><p>alteração da lógica de controle caracteriza um sistema</p><p>flexível.</p><p>Controle na Automação</p><p>▪ Existem, basicamente, dois segmentos da automação</p><p>industrial, segundo a manipulação das variáveis a serem</p><p>controladas.</p><p>• Controle de Processo do tipo contínuo (Controle de</p><p>Processos, Controle Regulatório)</p><p>• Controle do tipo discreto (Controle Discreto).</p><p>Controle na Automação</p><p>▪ Processos discretos</p><p>• Indústrias manufatureiras de fabricação por lote</p><p>• Ex: indústria automobilística</p><p>▪ Processos contínuos</p><p>• Indústrias de processo de manipulação</p><p>• Ex: indústria química, farmacêutica, petroquímica</p><p>Controlador Lógico</p><p>Programável – CLP</p><p>• A forma básica de programação é oriunda da lógica de</p><p>programação dos diagramas elétricos a relés.</p><p>• Próprio para ambientes industriais, os controladores</p><p>realizam uma rotina cíclica de operação, o que caracteriza</p><p>seu princípio de funcionamento, e operam apenas variáveis</p><p>digitais, efetuando controle discreto.</p><p>Controlador Programável</p><p>▪ Quando os equipamentos manipulam variáveis analógicas.</p><p>▪ Efetuam técnicas de ação de controle dos mais diversos</p><p>tipos:</p><p>• Proporcional – Integral – Derivativo (PID)</p><p>• Adaptativo (não linear)</p><p>• Lógica Fuzzy (lógica nebulosa)</p><p>• Controle Preditivo</p><p>• entre outros ....</p><p>Hierarquia da Automação</p><p>Arquitetura de Rede</p><p>Simplificada</p><p>Objetivos da Automação</p><p>▪ Qualidade</p><p>‒ controle de qualidade eficiente.</p><p>‒ compensação automática de deficiências do processo.</p><p>▪ Flexibilidade</p><p>‒ facilidade e rapidez nas alterações nos parâmetros dos</p><p>processos.</p><p>Objetivos da Automação</p><p>▪ Produtividade</p><p>‒ uso eficiente da matéria prima, energia, equipamentos e</p><p>instalações.</p><p>▪ Viabilidade técnica</p><p>‒ execução de operações impossíveis de se realizar por</p><p>métodos convencionais (processamento imediato de</p><p>informações, limitações o homem, condições desumanas</p><p>de trabalho).</p><p>Disciplina Automação</p><p>▪ Estudar sistemas automatizados até o nível do elemento</p><p>“controlador”.</p><p>▪ Devido a esta grande variedade de conhecimentos, como já</p><p>dito anteriormente, o foco deste curso será na programação</p><p>dos Controladores Lógico Programáveis (CLPs) que são o</p><p>cérebro de todo o processo.</p><p>▪ A Automação Industrial compreende um campo de atuação</p><p>amplo e vasto.</p><p>Impactos para a Sociedade</p><p>▪ Benefícios</p><p>• Redução de custos</p><p>• Aumento da produtividade</p><p>• Reduz a exposição de trabalho monótonos, repetitivos e</p><p>até mesmo perigosos</p><p>• Mais tempo livre</p><p>• Aumento de salários</p><p>Impactos para a Sociedade</p><p>▪ Benefícios</p><p>• Na regularidade da qualidade de um produto</p><p>• Na economia de energia</p><p>• Flexibilidade</p><p>• Segurança de funcionamento</p><p>Impactos para a Sociedade</p><p>▪ Problemas</p><p>• Experiência de um empregado tem vida curta</p><p>• Fim de alguns tipos de emprego (ex. telefonista)</p><p>• Problemas sociais e psicológicos em decorrência da</p><p>submissão ao ritmos das máquinas</p><p>Impactos para a Sociedade</p><p>AUTOMAÇÃO</p><p>GERA</p><p>DESEMPREGO?</p><p>Dúvidas</p><p>Slide 1</p><p>Slide 2</p><p>Slide 3</p><p>Slide 4</p><p>Slide 5</p><p>Slide 6</p><p>Slide 7</p><p>Slide 8</p><p>Slide 9</p><p>Slide 10</p><p>Slide 11</p><p>Slide 12</p><p>Slide 13</p><p>Slide 14</p><p>Slide 15</p><p>Slide 16</p><p>Slide 17</p><p>Slide 18</p><p>Slide 19</p><p>Slide 20</p><p>Slide 21</p><p>Slide 22</p><p>Slide 23</p><p>Slide 24</p><p>Slide 25</p><p>Slide 26</p><p>Slide 27</p><p>Slide 28</p><p>Slide 29</p><p>Slide 30</p><p>Slide 31</p><p>Slide 32</p><p>Slide 33</p><p>Slide 34</p><p>Slide 35</p><p>Slide 36</p><p>Slide 37</p><p>Slide 38</p><p>Slide 39</p><p>Slide 40</p><p>Slide 41</p><p>Slide 42</p><p>Slide 43</p><p>Slide 44</p><p>Slide 45</p><p>Slide 46</p><p>Slide 47</p><p>Slide 48</p><p>Slide 49</p><p>Slide 50</p><p>Slide 51</p><p>Slide 52</p><p>Slide 53</p>