SISTEMAS 4 0 - CAPITULO 1

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SISTEMAS DE CONTROLE:SISTEMAS DE CONTROLE:
HISTÓRICO E CONCEITOHISTÓRICO E CONCEITO
SISTEMASSISTEMAS
AUTOMATIZADOS NAAUTOMATIZADOS NA
INDÚSTRIA 4.0INDÚSTRIA 4.0
Au to r ( a ) : M e . Pe d ro V i e i ra S o u z a S a n to s
R ev i s o r : D a n i e l R . Ta s é Ve l á zq u e z
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Introdução
Prezado(a) estudante, iniciaremos nosso caminho até o �nal deste estudo discutindo os
sistemas de controle dispostos nas indústrias dos mais variados segmentos, que
compõem uma estrutura que auxilia a operação dessas organizações.
Quando falamos em automação , podemos entender que se trata, em suma, da
conversão de um processo de trabalho em automático, em vez de um controle humano.
Embora a automação esteja, em maior parte, associada à informatização , essa
realidade ainda engloba uma série de pilares nos quais as funções humana e da
máquina são rede�nidas. Posto isso, é importante compreender o papel da automação
na Indústria 4.0 , além de reconhecer as variáveis de entrada e saída em sistemas
automatizados, por exemplo. Ademais, entender o papel de cada componente de
controle em sistemas automatizados é de grande relevância para os pro�ssionais que
lidam com essas tecnologias.
Boa leitura!
Caro(a) estudante, você sabia que a dinâmica imposta pelo mercado às empresas fez
com que diversas práticas surgissem como forma de garantir a sustentabilidade dessas
empresas? Com isso, as organizações enxergaram, nas várias tecnologias
desenvolvidas ao longo do tempo, uma forma de aprimorar os processos e evoluir no
quesito vantagem competitiva. Isso ocorre devido ao fato de que as diversas estratégias
de produção têm um objetivo em comum: aprimorar os processos de modo e�ciente e
econômico . Dentre os meios para se chegar a esse objetivo, encontra-se a automação
industrial.
O termo “automação” começou a ser empregado em 1936, quando D. S. Harder
trabalhava para a General Motors Corporation. Para ele, a automação poderia ser o
retrato da transferência de peças de trabalho entre as máquinas em um processo de
produção, sem operação humana. Pouco tempo depois, em 1946, ele fundou o
Departamento de Automação, quando era vice-presidente da Ford Motor Company
(HITOMI,1994).
Quando discutimos automação, precisamos entender que se refere, em síntese, a uma
operação automática, isto é, está basicamente relacionada com a produção automática
de bens e/ou produtos. Para isso, os pilares que sustentam sua fundação foram
�rmados no aumento da e�ciência da fabricação e da produtividade do trabalho, o que
justi�cou sua implementação em diversos segmentos.
História do Controle
Automático e do
Controle Clássico
Nesse contexto, observaram-se três diretrizes que abriram o caminho para a automação
:
1. produção automática do tipo �uxo nas indústrias de manufatura;
2. controle automático da produção contínua em indústrias de processo; e
3. aumento da e�ciência empresarial por meio de computadores (HITOMI,1994;
KEHOE et al ., 2015).
Essas tendências deram sustento aos seguintes tipos de automação:
automação mecânica para indústrias de manufatura;
automação de processos para indústrias químicas e de processos; e
automação comercial para trabalho de escritório (GUNASEKARAN, 1999;
NATALE, 2003).
Dessa forma, podemos compreender que a automação industrial pode ser enquadrada
em dois grandes segmentos : a automação de manufatura e o chamado controle de
REFLITA
A conversão do trabalho manual em mecânico é a
mesma coisa que automação? No contexto da
automação em indústrias, devemos distinguir esses
termos e seus respectivos conceitos. Nesse caso, a
automação industrial é diferente da mecanização. A
primeira permite a execução de operações por meio de
máquinas controladas automaticamente. A segunda, por
outro lado, limita-se ao uso de equipamentos para
operacionalizar alguma tarefa, em substituição ao
esforço físico humano.
processos . Nos dias atuais, contudo, essa divisão já não é mais tão clara assim, uma
vez que a automação busca constantemente a uni�cação dos variados ramos internos
de uma indústria, para, assim, torná-los automáticos.
Alguns conceitos atrelados à temática de automação precisam ser expostos, de acordo
com Bayer e Araújo (2010), tais como:
Nesse sentido, devemos associar que a natureza do processo depende do �uxo de
etapas distribuídas em sequência, com a conclusão de uma etapa levando ao início da
próxima. Nesse cenário, os processos geralmente contam com o auxílio de ferramentas
direcionadas a monitoramento, controle e/ou programação para manter a e�ciência
operacional em níveis máximos. Para Bayer e Araújo (2010, p. 19), a proposta de um
sistema de controle consiste em “aplicar sinais adequados na entrada do processo com
o intuito de fazer com que o sinal de saída satisfaça certas especi�cações e/ou
apresente um comportamento particular”.
O papel do controle no contexto dos sistemas industriais está em fazer com que o
conjunto de tecnologias disponíveis atinja os padrões permitidos de variações de
parâmetros operacionais para as máquinas e os sistemas, fornecendo os sinais de
entrada necessários. Ademais, o controle clássico tem como principal função garantir
que as saídas sigam os pontos de ajuste.
Devemos compreender que os sistemas automatizados são essenciais para a
manutenção do desempenho operacional das indústrias modernas. Podemos perceber
a migração da automação para diversas áreas das indústrias, como:
embalagem e manuseio de materiais;
controle de qualidade e inspeção;
fabricação de metal;
processamento de alimentos e bebidas;
usinagem de peças; e
planejamento e tomada de decisão.
A automação possibilita às empresas a obtenção de um aumento na produtividade, a
partir da utilização de tecnologias variadas de automação. Um caso pertinente a ser
citado são os robôs (Figura 1.1), presentes nas indústrias automobilísticas com maior
frequência. Um ponto a se destacar é o de que a indústria automotiva foi a primeira a
adotar a robótica . Seguindo os avanços tecnológicos nos últimos tempos, as
organizações de menor porte agora podem automatizar seus sistemas de manufatura e
melhorar , dentre outros aspectos, a e�ciência operacional. Para nos aprofundarmos
ainda mais no tema, analise a �gura a seguir, que traz a ilustração de um sistema
robotizado.
Alguns dos benefícios da automação dos processos de manufatura são:
aumento dos níveis de produção;
redução do custo de produção;
controle sobre a qualidade do produto;
uniformidade;
conveniência na execução de operações de risco;
padronização; e
Figura 1.1 - Sistema de robotização em planta automobilística
Fonte: Nataliya Hora / 123RF.
#PraCegoVer : a imagem apresenta a fotogra�a de uma planta automobilística, mostrando
uma série de robôs que executam operações de montagem dos automóveis. Na imagem,
constam equipamentos automatizados de, aproximadamente, quatro metros de altura,
dispostos em �la.
agilidade (AY et al ., 2008; WANG et al ., 2009).
Para as empresas que adotam sistemas automatizados, os ganhos em e�ciência e
velocidade de processamento (de materiais e informação) são notórios e sustentáveis .
Esses sistemas, assim como qualquer tecnologia, são altamente adaptáveis à realidade
local e podem ser modelados para a demanda prática de cada organização e/ou setor.
Conhecimento
Teste seus Conhecimentos
(Atividade não pontuada)
Uma de�nição simples para a automação é a de um sistema de controle pelo qual os
mecanismos veri�cam sua própria operação, efetuando medições e introduzindo
correções, sem a necessidade da intervenção do homem. Em outras palavras, a
automação vai além da simples mecanização.
ROGGIA, L.; FUENTES, R. C. Automação Industrial . Santa Maria: Rede e-Tec Brasil,
2016.
Assinale a alternativa que mostra corretamente a de�nição de controle do processo.
a) É a técnica de manter variáveis de um processo em valores predeterminados
a partir de um procedimento que calcula correções proporcionais a uma ou
mais variáveis, as quaissão medidas em tempo real por determinado
equipamento.
b) É a prática de manter apenas uma variável de processo em valores
predeterminados a partir de um procedimento que calcula correções
proporcionais a uma ou mais variáveis, as quais são medidas em tempo real
por determinado equipamento.
c) São conjuntos de instruções lógicas, sequencialmente organizadas, as quais
indicam ao controlador ou ao computador as ações a serem executadas.
d) Trata-se de elementos que atuam para alterar �sicamente uma variável
manipulada. Pode ser uma válvula utilizada para restringir a passagem de um
�uido, bombas para regular o �uxo, entre outros.
e) São elementos individuais de comando lógico, que não estão
sequencialmente organizados, os quais indicam ao controlador ou ao
computador as ações a serem executadas.
Vamos dar continuidade a nosso estudo, ressaltando, a princípio, que devemos entender
a base teórica do termo “sistema”. De modo simpli�cado, um sistema pode ser tido
como uma sequência organizada de partes que são integradas com o propósito de
atingir um objetivo geral, conforme ilustrado na Figura 1.2.
De acordo com Lopez (2002), um sistema tem várias entradas , que passam por
processos (interação) para produzir a(s) saída(s) , que, juntos, alcançam o intuito geral
programado. Analisemos a �gura a seguir para um melhor entendimento:
Modelagem de
Sistemas Dinâmicos
em Sistemas
Automatizados
Assim, devemos compreender que um sistema pode ser, em geral, composto de muitos
sistemas inferiores ou subsistemas . Por exemplo, uma empresa é composta de uma
gama de funções administrativas, produtos e/ou serviços, equipes e colaboradores. Se
uma parte menor desse sistema for modi�cada, a natureza do sistema maior também
será alterada.
No contexto dos sistemas, há as formas prede�nidas de interação sistema-ambiente :
Entradas : do ambiente para o sistema;
Figura 1.2 - Representação grá�ca de um sistema
Fonte: Adaptado de Lopez (2002).
#PraCegoVer : a imagem apresenta uma representação grá�ca de um sistema. Nela estão
contidas, no lado esquerdo, um conjunto de círculos em tamanhos distintos, que representam
as entradas. Logo ao lado, arcos em direções opostas que representam a divisão das fases.
No centro, estão dois círculos, que indicam a interação que ocorre no sistema. Novamente
aparecem os arcos em direções opostas, que representam a divisão das fases, e o lado
direito contém um círculo maior, que indica a saída do sistema. Como forma de representar o
meio ambiente e a fronteira, tem-se um retângulo tracejado contornando os elementos.
Saídas : do sistema para o ambiente (as saídas estão atreladas às respostas do
sistema às entradas).
Logo, conceituamos um sistema do tipo dinâmico como aquele para o qual uma entrada
do tipo variável (tempo) requer modi�cação na forma da saída. Dentro do campo de
sistemas, uma das práticas está em modelagem. Antes de entendermos como isso
funciona, devemos conceituar “modelo” e “planta”. Em suma, podemos de�nir modelo
como sendo a representação de algo concreto . De acordo com Stachowiak (1973), um
modelo deve ser validado se atender a três critérios:
Para Steinmüller (1993), um modelo é uma informação baseada em algo (conteúdo,
signi�cado), criado por alguém (remetente), para alguém (receptor) e para alguma
�nalidade (contexto de uso). Assim, podemos perceber que um modelo é a descrição de
algo.
Nesse sentido, a maioria das arquiteturas dos modelos simpli�ca o sistema real para
focar em características essenciais. Na verdade, produz-se um sistema que imita o
comportamento, no sentido da relação existente de entrada e saída, mas não o
funcionamento real do sistema que está sendo observado. Logo, a qualidade de um
modelo é avaliada por quão bem seus resultados estão em comparação e conformidade
com as observações da realidade, e não pela quantidade de detalhes incluídos
(SANCHEZ, 2007).
A Figura 1.3, a seguir, ilustra o processo de elaboração de um modelo que consiste em
dois grandes grupos de atividades:
 Critério de mapeamento Critério de redução
Critério pragmático
Quando existe um objeto ou fenômeno original que é mapeado para o modelo.
Figura 1.3 - Representação grá�ca da metodologia de construção de modelos
Fonte: Elaborada pelo autor.
#PraCegoVer : a imagem apresenta uma representação grá�ca da metodologia de
construção de modelos. É dividida em dois conjuntos de quatro blocos retangulares cada. Na
primeira lista de blocos, tem-se a fase de construção, que engloba as atividades de
elaboração de teoria do sistema, identi�cação dos parâmetros e validação. Na outra coluna
de blocos, tem-se a fase de estudo da dinâmica, com as etapas de análises qualitativas,
simulação e sensibilidade.
Para obter informações de um modelo, faz-se a análise e simulação do comportamento
dinâmico dele (TRIVELATO, 2003). Deve-se �xar o fato de que o comportamento de
natureza dinâmica de um sistema de cunho físico está atrelado à variação temporal de
sua resposta, a um dado valor de entrada . Assim, o modelo de um sistema do tipo
dinâmico pode ser descrito a partir de equações diferenciais (GARCIA, 2005).
Quando falamos em equações diferenciais, tratamos daquelas que são capazes de
descrever fenômenos que possuem uma dada taxa de variação em alguma de suas
variáveis, como:
movimento de sistemas mecânicos;
variação de corrente em circuitos elétricos;
dinâmicas populacionais.
Outra abordagem possível para se analisar um sistema é a partir dos diagramas de
blocos. Estes são construídos com base nas equações que representam o modelo a ser
estudado (TRIVELATO, 2003).
Basicamente, os elementos que compõem um diagrama de blocos são:
Seta (sinal) : representa o sentido do �uxo de sinal;
Bloco : simbologia que remete à operação matemática sobre o sinal de entrada
do bloco que produz a saída;
Figura 1.4 - Representação de seta (sinal)
Fonte: Adaptado de Bottura (1982).
#PraCegoVer : a imagem traz a representação de uma seta ou sinal em direção à direita.
Acima, está a letra X e, entre parênteses, a letra s.
Ponto de soma (somador) : somador é uma representação da operação de
soma. Nesse elemento, há os sinais de mais e de menos, que estão associados à
condição de soma ou subtração, respectivamente, em que o sinal deve ser
adicionado ou subtraído (DISTEFANO III; STUBBERUD; WILLIAMS, 2014);
Figura 1.5 - Bloco
Fonte: Adaptado de Bottura (1982).
#PraCegoVer : a imagem traz a representação grá�ca de um bloco. O bloco retangular está
no centro, recebendo uma seta com X(s), que indica a entrada, e tem uma seta saindo, em
direção à direita, com Y(s). Dentro do bloco está escrito G(s).
Figura 1.6 - Representação de um somador
Fonte: Adaptado de Bottura (1982).
#PraCegoVer : a imagem mostra a representação grá�ca de um somador. Nela, há três
entradas indicadas por setas independentes, cada qual associada a uma variável, escrita por
X1, X2 e X3.
Ponto de junção (rami�cação) : ponto inicial, em que o sinal proveniente de um
bloco vai para outros blocos e/ou pontos de soma (GARCIA, 2005).
Figura 1.7 - Representação da rami�cação
Fonte: Adaptado de Garcia (2005).
#PraCegoVer : nessa imagem, tem-se a representação grá�ca de uma rami�cação ou ponto
de junção. Nela, tem-se uma linha que representa a variável intitulada X. A partir do �m da
linha, surgem três linhas derivadas, cada uma com a representação de X ao �m.
Para entendermos melhor, vamos a um exemplo de diagrama de blocos tradicional em
um sistema de controle , ilustrado pela Figura 1.8:
No contexto dos diagramas de blocos, há algumas regras para redução, tais como:
Blocos em série : as funções de transferência se multiplicam;
Figura 1.8 - Diagrama de blocos
Fonte: Rosa (2016, p. 11).
#PraCegoVer : a imagem representa um diagrama de blocos simpli�cado. No exemplo, tem-
se um diagrama que engloba os elementos do controlador até o modelo de linha de
transmissão.
Figura 1.9 - Blocos em série
Fonte: Adaptado de Bottura (1982).
#PraCegoVer : nesse esquema, podemos representar a simpli�cação nos casosem que os
blocos estão em série. Na imagem, tem-se o diagrama original com dois blocos (G1 e G2) e
uma entrada X1, uma entrada X2 e uma saída X3. A versão reduzida, tem apenas um bloco
com o produto de G1 e G2, com uma seta de entrada (X1) e uma de saída (X3).
Blocos em paralelo : nesse caso, as funções de transferência são somadas;
Malha de realimentação
Figura 1.10 - Blocos em série
Fonte: Adaptado de Bottura (1982).
#PraCegoVer : nesse esquema, podemos representar a simpli�cação nos casos em que os
blocos estão em paralelo. Na imagem, tem-se o diagrama original com dois blocos (G1 e G2),
uma entrada (X1) e uma saída (X2). A versão reduzida tem apenas um bloco com o
somatório de G1 + G2, com uma seta de entrada e uma de saída.
Figura 1.11 - Malha de realimentação
Fonte: Adaptado de Bottura (1982).
#PraCegoVer : a imagem descreve um diagrama de blocos no qual podemos perceber a
redução do esquema original (à esquerda) para o diagrama à direita.
Deve-se observar que a função de transferência de um sistema é representada por uma
equação diferencial sem variação ao longo do tempo e pode ser de�nida como a
relação entre a função de resposta e a função de excitação . Em outras palavras, essa
função relaciona-se com a resposta de Estado Zero do sistema (PAZOS, 2002; GARCIA,
2005).
Se considerarmos um sistema que contém a descrição dada por uma função de
transferência intitulada F(s) e a saída desse sistema como sendo Y(s), anexando, ainda,
um dado sinal de entrada X(s), a função é dada por: Y(s) = X(s).F(s).
Assim, podemos notar que cada elemento integrado a um sistema pode ser
representado por um bloco. Tal elemento contém a função de transferência . Esses
blocos são conectados e/ou interligados, o que condiciona a possibilidade de
representar a interdependência desses elementos (TRIVELATO, 2003; DORF, 2009).
Dessa forma, surge a atividade de simulação. Em muitos casos, podemos descrever
algoritmicamente os comportamentos em um sistema, produzindo uma simulação de
computador com base em nosso modelo. Se o modelo de simulação usa a
aleatoriedade como parte do processo de modelagem, sua saída é uma variável
aleatória (LAW; KELTON, 2000).
O feedback está contido no processo de modelagem na forma de veri�cação e
validação (SARGENT, 2003). Isso se dá com base no fato de que o modelo formal é a
representação da situação e/ou problema no qual se deseja intervir . No entanto, a
validação do modelo apresenta uma questão ainda mais desa�adora: “meu programa
de computador imita a realidade de forma adequada?”. A validação atua como um ciclo
de feedback entre o modelo do computador e a realidade (MERNIK; HEERING; SLOANE,
2005; SANCHEZ, 2007; MAYA; LEONARDI, 2015).
Portanto, a simulação pode ser usada como:
ferramenta de análise para prever o efeito das mudanças;
ferramenta de design para predizer o desempenho do novo sistema; e
ferramenta para testar as intervenções antes da implementação (KELTON;
SADOWSKI; SADOWSKI, 2001).
A simulação pode ser aplicada em sistemas automatizados de diversas áreas, tais
como:
manufatura;
engenharia de construção e gerenciamento de projetos;
aplicação militar;
logística, cadeia de suprimentos e distribuição;
modos de transporte e tráfego;
simulação de processos de negócios; e
saúde (LAW; KELTON, 2000; KELTON; SADOWSKI; SADOWSKI, 2001).
Nos modelos do tipo dinâmico, as variáveis apresentam comportamento variante, de
acordo com o tempo, e são chamadas de variável independente . Nesse caso, o efeito
de um sinal de entrada vai conduzir o comportamento do sistema nos instantes
posteriores. Por isso, a simulação pode ser empregada nesses tipos de modelo para
melhoria em projeto de equipamentos , processos e plantas . Assim, os dados sobre
variáveis de entrada e variáveis de saída podem ser direcionados para avaliar os
parâmetros do sistema.
Ademais, a simulação pode facilitar a avaliação da pré-operação e operação de plantas.
Nessa situação, os grupos de dados variáveis de entrada ou variáveis de saída,
associados, ainda, aos parâmetros do sistema, podem melhorar o entendimento do
processo e avaliar possíveis riscos, por exemplo. Por outro lado, os sistemas de
controle de processos dinâmicos podem usar a simulação com o intuito de realizar
ajustes de controladores (ROBINSON, 2003).
Conhecimento
Teste seus Conhecimentos
(Atividade não pontuada)
Automação simples : permite realizar uma operação por meio de
máquinas que são controladas automaticamente (ROGGIA; FUENTES,
2016).
Automação rígida : com altas taxas de produção, baseia-se em uma linha
de produção projetada para a fabricação de um tipo especí�co de produto
(ROGGIA; FUENTES, 2016).
Automação programável : tipo no qual o maquinário de produção é
projetado com a capacidade de alterar a sequência de operações e, com
isso, processar distintas formas de produtos ou mix (ROGGIA; FUENTES,
2016).
Automação �exível : engloba parte das características da automação
rígida e outras oriundas da automação do tipo programável (ROGGIA;
FUENTES, 2016).
Um diagrama de blocos de um sistema é uma representação das funções
desempenhadas por cada componente e do �uxo de sinais. Esse diagrama indica a
inter-relação que existe entre os vários componentes, em que todas as variáveis do
sistema são ligadas às outras por meio da relação entre a entrada e a saída dos blocos.
BOJORGE, N. Álgebra de diagramas de blocos . Rio de Janeiro: UFF, 2017.
Como essa relação é chamada? Assinale a alternativa correta.
a) Função de transferência.
b) Equação de saída.
c) Taxa de conversão.
d) Variante.
e) Blocos funcionais.
De acordo com Felício (2010), do ponto de vista da temática sobre os comportamentos
de mecanismos diversos, tais como motores, equipamentos, circuitos elétricos e outros,
esta geralmente é apresentada dentro de uma área chamada de Dinâmica de Sistemas
(System Dynamics). Segundo o autor,
Introdução à Resposta
Dinâmica de Sistemas
Lineares
Dessa maneira, concluímos que o estudo da Dinâmica de Sistemas pode ser
entendido como o estudo do comportamento, em função do tempo, de
grandezas que estão relacionadas com parte do universo que foi
imaginariamente separada para este �m (FELÍCIO, 2010, p. 4).
O autor ainda cita que esse ramo de estudos pode ser dividido em várias vertentes, tais
como:
Vibrações;
Sistemas de Controle (Automação);
Sistema de Medidas;
Modelos Especí�cos.
Conforme citado anteriormente, sabemos que há três fases essenciais que
caracterizam o estudo da Dinâmica de Sistemas:
obtenção de equações de movimento;
representação de modelos;
simulação do modelo matemático caracterizado.
Dentro dessa abordagem, devemos perceber a diferença entre os sistemas de
primeira ordem e de segunda ordem. Os sistemas do primeiro tipo são aqueles que
se caracterizam por armazenar energia em apenas uma forma e que agregam um
elemento para poder dissipá-la. Matematicamente, a equação descritiva usa apenas
uma única variável e sua primeira derivada. São exemplos desse modelo de
sistema:
Para cada caso, as resistências contidas neles dissipam energia, e o sistema retorna de
modo autônomo a uma posição de equilíbrio do tipo estático, logo após uma
perturbação de natureza externa.
Por outro lado, um sistema de segunda ordem tem dois elementos diferentes de
armazenamento de energia, além de um mecanismo de dissipação . Um exemplo de
sistema de segunda ordem (dois polos) é o caso da suspensão do automóvel. Esse
sistema é dito de segunda ordem devido ao fato de que G(s) possui dois polos.
Em suma, a resposta que buscamos ao longo do tempo de um sistema de controle é
composta de duas partes: , sendo a primeira parte da
equação – – chamada de resposta transitória , e a segunda – –, de
resposta em estado estável . No caso da resposta transitória, tem-se a natureza dos
sistemas físicos, que demandam um transiente para responder. A resposta em estado
do tipo estável indica, para nosso modelo, onde �nda a saída quando o tempo é longo.
capacitância;
mola com atrito;
indutância.
Y (t)   =   (t)   +(t)Y1 Yss
(t)Y1 (t)Yss
REFLITA
Você deve questionar: será que a resposta do sistema
que irá retornar vai ser adequada às necessidades que
impus? Nesse tipo de situação, devemos lembrar que,
muitas vezes, a resposta que o sistema oferece não é a
mais viável ou não é apropriada às demandas internas do
processo a ser controlado. Por isso, você está sujeito a
modi�cá-la conforme necessidade.
A seguir, é dado um exemplo que ilustra como medir uma função de transferência do
tipo G(s), a partir de sua resposta transitória a uma entrada. Havendo um motor de
corrente contínua , e este possuindo uma função de transferência , tendo como saída
de interesse a velocidade de rotação do eixo (W(s)), nota-se:
W(s)/V(s) = G(s) = k · a/s + a
Consideremos V(s) a tensão de alimentação do motor de corrente contínua. Vamos
determinar a função de transferência (a e k). Para isso, aplica-se uma entrada de
amplitude de 2 volts. Experimentalmente, se k·A = 1000, para A = 2, temos que k = 500
rpm/v. A função de transferência será então:
G(s) = 500 · 0,5/(s + 0,5) = 250/(s + 0,5)
Deve-se salientar que as funções de excitação mais empregadas são:
constante;
exponencial;
senoidal;
senoidal amortecida.
Conhecimento
Teste seus Conhecimentos
(Atividade não pontuada)
Diversos exemplos de automação de sistemas de produção podem ser observados nas
linhas de produção industrial, nas máquinas de montagem mecanizadas, nos sistemas
de controle de produção industrial realimentados, nas máquinas-ferramentas dotadas
de comandos numéricos e nos robôs de uso industrial.
BAYER, F. M.; ECKHARDT, M.; MACHADO, R. Automação de sistemas . 4. ed. Santa
Maria: Escola Técnica Aberta do Brasil, 2011.
Sobre a de�nição prática de automação, assinale a alternativa correta.
a) De�ne-se automação como sendo uma tecnologia que se ocupa da
utilização de sistemas mecânicos na operação e no controle da produção.
b) Pode-se de�nir a automação como a tecnologia que se ocupa da utilização
de sistemas mecânicos, eletroeletrônicos e computacionais na operação e no
controle da produção.
c) Consiste simplesmente no uso de máquinas para realizar um trabalho,
substituindo o esforço físico do homem.
d) A automação é a prática que possibilita a realização de uma tarefa por meio
de máquinas que são controladas mecanicamente.
e) A automação é uma gama de atividades e procedimentos que possibilita a
realização de uma tarefa por meio de máquinas que são controladas pelo
operador, apenas.
Prezado(a) estudante, atenção: quando tratamos de sistemas automatizados , devemos
lembrar que toda lógica na qual estes são pautados demanda uma série de executores
físicos (FRANCHI, 2008). Logo, nesse contexto, essa sistematização possui três
componentes triviais , sendo eles:
Componentes Físicos
de um Sistema
Automatizado
sensor;
controlador;
atuador.
Vamos ver a diferença entre eles, detalhando seus conceitos nas subseções a seguir.
Sensores
Esse tipo de componente é de natureza sensível aos fenômenos de cunho físico, tais
como luz, pressão e temperatura . A presença de um sensor é justi�cada pelo fato de
que, no campo da automação industrial, máquinas e equipamentos precisam de
sensores e outros elementos , como os transdutores , para que seja possível captar as
informações sobre o que acontece na operação. Por outro lado, além de identi�car as
variáveis, esses materiais são capazes de distinguir a variação de magnitudes do
sistema.
Como citado, além dos sensores, há elementos complementares , como os
transdutores , que são utilizados para converter as magnitudes de natureza física em
elétrica. A distinção entre eles deve ser feita considerando que o sensor é empregado
para detectar uma variação no meio; por outro lado, o transdutor apenas é responsável
pela conversão da variação em magnitude elétrica (PELLINI, 2017). Uma representação
ilustrativa de um sensor de presença é apresentada na Figura 1.12:
Controladores
Os controladores são responsáveis por controlar processos industriais (ou parte deles)
por meio de algoritmos de ordem programável de controles especi�cados pelo sistema
de automação. Entretanto, esses elementos não operam isoladamente (PETRUZELLA,
2014). Eles necessitam de uma interface e/ou conexão com outros dispositivos, tais
como atuadores e sensores. Em síntese, os controladores são a parte intermediária que
indica as ações para os atuadores, com base na informação que é lida pelo sensor.
Do ponto de vista da sua caracterização , quando se trata da automação com
controladores industriais, deve-se considerar:
estrutura de dados;
Figura 1.12 - Sensor de presença
Fonte: wklzzz / 123RF.
#PraCegoVer : a imagem apresenta a representação de um sensor de presença. O dispositivo
está instalado em uma estrutura quadrada na vertical e emite uma luz vermelha em direção
ao canal de passagem de algum item a ser detectado.
tipologia e forma dos sinais aceitáveis;
compatibilidade dos equipamentos eletromecânicos;
número de entradas e saídas etc.
TIPOS DE SENSORES
#PraCegoVer : o infográ�co de título “Tipos de Sensores” apresenta modelo hambúrguer,
com quatro abas para clicar, interagir e realizar a leitura do conteúdo delas. As abas
apresentam, respectivamente, os conteúdos a seguir. 1ª aba: “Sensores elétricos: detectam
oscilações em variáveis elétricas, como um aumento de corrente elétrica ou uma variação da
tensão elétrica” e há uma fotogra�a de um sensor elétrico na cor prata, com detalhes em
vermelho, posicionado sobre uma base/estrutura de cor bege. 2ª aba: “Sensores mecânicos:
elementos que têm a capacidade de identi�car as posições e/ou os movimentos por meio de
recursos mecânicos” e há a fotogra�a, com fundo branco, de um sensor mecânico em tom
metálico prata e dourado. 3ª aba: “Sensores ópticos ou fotoelétricos: utilizam a propagação
da luz como base para o seu funcionamento. Podem ser empregados na medição de
distâncias de objetos em relação ao dispositivo” e há a fotogra�a de um sensor óptico
(fotoelétrico) com uma luz acesa, visto de baixo para cima, e, no fundo, há o teto desfocado
com luzes acesas. 4ª aba: “Sensores térmicos: elementos que oferecem uma resposta
quando submetidos a uma dada alteração de temperatura” e há a imagem em vetor de um
sensor térmico azul medindo a temperatura de 36.6 °C, sendo segurado por uma mão de pele
amarela que usa blusa de manga comprida rosa. Na frente do sensor, há alguns arcos rosa
de forma a simbolizar o ato de medir a temperatura.
Quanto às características dos controladores, cada qual terá uma funcionalidade de
acordo com seu tipo . Os controladores de temperatura, por exemplo, podem ter apenas
a função de ligar e desligar os equipamentos de resfriamento/aquecimento ou podem
até ser ajustáveis antes da operação, o que os torna precisos no ajuste da temperatura.
O controlador universal , apresentado na Figura 1.13, é caracterizado por aceitar grande
parte dos sensores e seus respectivos sinais utilizados na área. Além disso, ele tem
todos os tipos de saída demandados, para atuação nos mais variados tipos de processo
industrial. Vamos analisar a �gura para entender melhor?
Outro tipo de controlador é o temporizador . Nele, tem-se a possibilidade de fazer a
medição do intervalo de tempo , por exemplo, ou até mesmo interromper um processo
especí�co. Pode ser de natureza mecânica, elétrica ou digital.
Atuadores
Outro dispositivo básico em sistemas automatizados é o chamado atuador . Trata-se do
elemento que, após excitado pelo sinal de comando e/ou controle recebido, atua sobre
a variação do elemento �nal inerente ao processo. Em outras palavras, um atuador faz a
conversão da energia a qual está atrelado em forma de automação prática para o
campo industrial. Em suma, são dispositivos responsáveis , após o acionamento , pela
execução de uma forma ou ação física. Nesse caso, podem ser de ordem hidráulica,
elétrica, pneumática, entre outras (SILVEIRA; SANTOS, 2008). Um exemplo de atuador do
tipo pneumático é apresentado na �gura a seguir.
Figura 1.13 - Controlador universalFonte: Surasak Petchang / 123RF.
#PraCegoVer : a imagem apresenta um exemplo de controlador universal. A �gura é
composta por um elemento retangular alongado, conectado pela �ação.
Os elementos do tipo atuadores mais empregados na área industrial são os motores de
corrente contínua ou alternada . Esses dispositivos são, na grande parte dos casos,
direcionados por Controladores Lógicos Programáveis (CLP) ou simplesmente
controladores. Mesmo assim, os atuadores podem ser comandados diretamente
apenas pelo operador (CAPELLI, 2013; MAYA; LEONARDI, 2015).
Conhecimento
Teste seus Conhecimentos
Figura 1.14 - Atuador pneumático
Fonte: Marlon BÃnisch / 123RF.
#PraCegoVer : a imagem apresenta um exemplo de atuador pneumático. Trata-se de duas
estruturas retangulares alongadas, com um anexo à extremidade em forma cilíndrica.
(Atividade não pontuada)
No estudo da automação em sistemas industriais, comerciais, domésticos etc., é
necessário determinar as condições do sistema e obter os valores das variáveis físicas
do ambiente a ser monitorado. Um dos elementos dispostos para averiguar as
condições das variáveis é o sensor.
ROGGIA, L.; FUENTES, R. C. Automação Industrial . Santa Maria: Rede e-Tec Brasil,
2016.
Sobre a de�nição de sensor, assinale a alternativa correta.
a) O sensor é um elemento sensível a uma forma de energia do ambiente, que
relaciona informações sobre uma grandeza que precisa ser medida.
b) Trata-se de um dispositivo que transforma um tipo de energia em outro.
c) Consiste em um elemento insensível a uma forma de energia do ambiente
(energia cinética, sonora, térmica, entre outras).
d) É um dispositivo que responde a um estímulo de maneira especí�ca,
produzindo um sinal que não pode ser transformado.
e) Um sensor transforma um estímulo, atrelado a uma energia, em outro tipo
de energia para �ns de análise.
praticar
Vamos Praticar
Para compreender melhor os dispositivos sensoriais, busque entre os aparelhos da
sua casa quais sensores estão presentes. Por exemplo, pode ser sensor de
temperatura ou, até mesmo, de presença. Registre os tipos que você encontrou e
apresente-os aos colegas.
Comando da atividade prática : Pesquise os tipos de sensores domésticos presentes
em sua residência.
F E E D B A C K
Material
Complementar
F I L M E
O Jogo da Imitação
Ano : 2014
Comentário : Dirigido por Morten Tyldum, o �lme é um clássico na
área de história da automação. A obra audiovisual foi baseada em
fatos ocorridos no auge da Segunda Guerra Mundial e narra a
história de Alan Turing, um matemático que foi batizado como o
“pai da informática”. Durante todo o desenrolar da história, ele
busca decifrar um código do tipo numérico habilitado pelos
nazistas em suas transmissões. O �lme fará com que você, aluno,
note a importância da análise de dados para o controle de
atuadores e outras funcionalidades.
Para conhecer mais sobre o �lme, acesse o trailer .
TRA I LER
L I V R O
Modelagem da dinâmica de sistemas e
estudo da resposta
Editora : RiMa
Autor : Luiz Carlos Felício
ISBN : 978-85-7656-169-9
Comentário : Nessa obra, o autor Luiz Carlos Felício aborda, de
modo prático e interativo, a aplicação de conhecimentos técnicos
de modelagem da Dinâmica de Sistemas. O foco do livro está em
reforçar os conceitos básicos de modelagem, além de indicar ao
leitor exemplos de aplicação que facilitem a �xação do conteúdo.
Ao �nal, o texto ainda traz um complemento, que apresenta um
resumo dos conceitos matemáticos necessários para o estudo de
Dinâmica de Sistemas e revisa algumas das relações matemáticas
importantes para a temática. O propósito da leitura é ter acesso
aos exemplos práticos do livro e à linguagem técnica de resolução.
Conclusão
Caro(a) estudante, chegamos ao �m do nosso estudo. Podemos concluir, então, que a
automação industrial resulta de todo esforço em desenvolver a indústria. Trata-se de um
campo com grandes possibilidades de melhoria para os processos das empresas.
Ao iniciar os estudos nessa área, devemos lembrar que um sistema tem diversas entradas,
que passam por processos (interação) para produzir a(s) saída(s), que, juntos, alcançam o
intuito geral programado para o processo. Assim, por meio da modelagem de sistemas,
podemos analisar possíveis intervenções práticas no processo.
Salienta-se que a qualidade de um modelo é avaliada por quão bem seus resultados estão em
comparação e conformidade com as observações da realidade. Outro ponto crucial da
temática de automação está na representação grá�ca dos elementos, por meio, por exemplo,
do diagrama de blocos. Para isso, conhecer os componentes físicos também é essencial para
a boa programação e/ou estruturação de sistemas.
Este material foi produzido de forma a explorar vários conteúdos e fornecer possibilidades
conceituais para você, estudante. Espero que tenha gostado.
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