Aula 7 - Sistemas Integrados de Manufatura

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Principais Funcionalidades da Automação 
INTEGRAÇÃO DE SISTEMAS E CONTROLE DE DADOS
SUPERVISÃO REMOTA DE GRANDEZAS E ESTADO
MONITORAÇÃO DE ALARMES EM TEMPO REAL
TELECONTROLE DE ATIVIDADES E COMANDOS
RELATORIO DE SEQUENCIA DE EVENTOS
INTERTRAVAMENTOS E COMUNICAÇÃO DE DADOS
GESTÃO DA MANUTENÇÃO 
RELATORIOS PERIODICOS E AUTODIAGNOSE
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Principais objetivos da Automação Industrial
Aumentar a Produtividade
Reduzir custos operacionais
Aumentar a segurança para operadores
Melhorar as condições de operação
Aumentar o MTBF (tempo médio entre falhas)
Reduzir MTTR ( tempo de máquina parada)
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Principais objetivos da Automação Industrial
Reduzir consumo de insumos
Simplificar as instalações
Reduzir refugos
Aumentar os níveis de controle
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Desafios da Automação Industrial
Interoperabilidade: busca por padronização
Algoritmos de controle eficientes
Algoritmos de detecção e previsão de falhas
Sistemas de gerência de informação
Diminuição de custo
Escalabilidade
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Características Técnicas Importantes
Portabilidade
capacidade de implementação da mesma funcionalidade em diferentes plataformas de hardware.
Expansibilidade
capacidade de crescimento incremental de hardware (upgrade, adição ou substituição de máquinas) e de software (adição de novas funcionalidades).
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Modularidade
as funções são implementadas em módulos isolados, que podem ser inseridos, retirados ou alterados sem interferência nos demais.
substituição
adição
eliminação
Características Técnicas Importantes
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Características Técnicas Importantes
Interconectividade /interoperabilidade
capacidade de conexão de plataformas de hardware distintas e de diferentes portes através de uma rede padrão.
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Escalabilidade
capacidade de o mesmo software básico suportar sistemas de diferentes portes.
Centro Regional
Centro Local
Centro da Empresa
Centro Nacional
Sistema
Características Técnicas Importantes
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Gestão da tecnologia
 Diversos aspectos de implementação
 Estratégia de Migração
 Níveis de automação
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Gerenciamento da Tecnologia
Processo de escolha da tecnologia 
Apoio à implantação
Satisfação e apoio dos empregados só são mantidos se a mudança tecnológica for bem administrada
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Gerenciamento da Tecnologia
Passos p/ adoção de novas tecnologias:
1. Escolha entre alternativas
 Verificar as opções existentes no mercado
 Analisar flexibilidade da tecnologia
 Custos versus tempo de utilização
 Adaptação à cultura da empresa
 Adaptação aos processos da empresa
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Gerenciamento da Tecnologia
2. Aquisição de tecnologia
 adquirir somente os equipamentos
 contratar serviços de suporte para implantação
 contratar serviços de suporte para a operação
3. Integração da tecnologia
 Planejar a transição
 Realizar adaptações, se necessário
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Gerenciamento da Tecnologia
4. Aspectos humanos
 respeitar as pessoas e suas funções 
 ouvir as demandas no momento de escolha
 solicitar a participação no projeto de transição
 solicitar a participação na manutenção, avaliação e adaptação do processo
5. Liderança
 Prover as informações necessárias, de modo a diminuir as incertezas e inseguranças
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Estratégia de Migração de Automação
A competição por mercado consumidor obriga as companhias a introduzir novos produtos no menor tempo possível.
3 estágios:
Produção manual
Produção automatizada
Produção automatizada integrada
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Estratégia de Migração de Automação
1. Produção manual
	Células com operação manual e movimentação manual
2. Produção automatizada
 Células com operação automatizada e movimentação manual entre células
3. Produção automatizada integrada
 Células com operação automatizada e movimentação automatizada entre células
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3 estágios de migração
Demanda
Fase 3
Tempo
Produção
Manual
Produção
Automatizada
Produção
Automatizada
e Integrada
Fase 2
Fase 1
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A estratégia de migração tem como vantagens:
 
pequeno tempo de lançamento de novos produtos (baseado no trabalho manual);
 permite a introdução gradual da automação (conhecimento do processo);
 redução do risco associado ao investimento em automação.
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TERMINOLOGIA BÁSICA 
Telecomando
É a função de um sistema de automação ser capaz de alterar, à distância, o estado dos equipamentos e/ou alterar a posição relativa de algum dispositivo.
Telesupervisão
É a função de um sistema de automação capaz de, à distância, observar o estado de equipamentos (aberto, fechado, com tensão, sem tensão, etc.) e realizar a aquisição de grandezas elétricas (tensão, corrente, potência, etc.) do Sistema Elétrico. 
Telesinalização
É a função de um sistema de automação ser capaz de adquirir, à distância, a mudança de estado dos equipamentos e/ou condições limites de alguma grandeza do Sistema . 
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CLP - Controlador Lógico-programáveL
SDCD - Sistema Digital de Controle Distribuído 
CIM - Manufatura integrada por Computador 
CAD - Projetos Assistidos por Computador 
CAE - Engenharia Assistida por Computador 
CAM - Manufatura Assistida por Computador 
CAT - Testes e Controle de Qualidade Assistidos por Computador 
CAP - Planejamento Assistido por Computador 
 CNC - Comando numérico Computadorizado 
TERMINOLOGIA BÁSICA
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 TERMINOLOGIA BÁSICA
Plano Diretor – definição das metas básicas de implantação de um sistema a ser automatizado
Retrofit – é a incorporação de avanços tecnológicos e da utilização de materiais e processos de última geração em equipamentos existentes aumentando assim a sua vida útil
 
Protocolo - Regras de comunicação numa rede de computadores ou dispositivos microprocessados
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 EVOLUÇÃO DA AUTOMAÇÃO 
SISTEMAS CENTRALIZADOS
SISTEMAS BATCH
DISTRIBUIÇÃO
LIMITADA
FILOSOFIA PROPRIETÁRIA
FILOSOFIA ABERTA
HARDWARE DE
BAIXO CUSTO
IMPACTO DE
CONSUMO
TEMPO REAL
TECNOLOGIA VLSI
SISTEMAS INTEGRADOS
TECNOLOGIA ULSI
NANOTECNOLOGIA
TECNOLOGIAS
ORIENTADAS
A OBJETOS
SISTEMAS
ESPECIALISTAS
REDES 
NEURAIS
ARTIFICIAIS
COMPUTAÇÃO
PARALELA
SISTEMAS 
DISTRIBUÍDOS
MULTIUSUÁRIO
TIME SHARING
BANCO DE DADOS
SOFTWARE ALTO NIVEL
TECNOLOGIA SEMICONDUTOR
1960
1970
1980
1990
2000
Os computadores são o alicerce 
de toda a tecnologia da automação
 contemporânea. 
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TERMINOLOGIA BÁSICA 
REAL-TIME (TEMPO-REAL) 
Semelhante aos sistemas de tempo compartilhado. porém o tempo de resposta devem estar dentro de limites rígidos, por monitorar sistemas de prioridades . Ex.: QNX, RTENS, Utilização de camadas especiais no Windows NT, UNIX, Linux. 
TIME-SHARING (TEMPO-COMPARTILHADO) 
O sistema operacional aloca uma 'fatia de tempo' (time-slice) do processador para cada usuário. Caso o programa do usuário não esteja concluído nesse intervalo de tempo, ele é substituído por um de outro usuário, e fica esperando por uma nova fatia de tempo; 
SISTEMA BATCH (LOTE) 
 Sistemas que não compartilham processos, são monotarefa, os programas quando executados são armazenados em disco ou fita, onde esperam para serem 'atendidos'. 
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EVOLUÇÃO DE COMPUTADORES
SISTEMA BATCH
SISTEMA TIME SHARING
CPU
E/S
E/S
E/S
E/S
CPU
E1
E2
E3
S1
S2
S3
SISTEMA EM REDE 
CPU
CPU
CPU
CPU
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 EVOLUÇÃO DA AUTOMAÇÃO NAS EMPRESAS
No início, quando uma empresa era automatizada, existiam várias operações automatizadas separadamente (intervenção humana era essencial para sincronizar etapas).
Tentativa de centralização – de um único local partiam as decisões.
Com o desenvolvimento dos clps e pcs se tornou possível o desenvolvimento de redes para a integração de informações.
 As redes industriais passaram a ter uma divisão em três camadas.
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 Redes empresariais
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 AUTOMAÇÃO NAS EMPRESAS
NÍVEL DE
 CAMPO
NÍVEL DE
 CONTROLE
NÍVEL DE
 PLANTA
Rede de Controle
Supervisão
Banco de
 Dados
Rede de Planta ou Gerenciamento
Rede de
Campo
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 NIVEIS DE AUTOMAÇÃO
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 AUTOMAÇÃO NAS EMPRESAS
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Processos
Processo contínuo Processo discreto
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Níveis de automação
O conceito de automação pode ser aplicado em diversos níveis das operações de fábrica:
nível de dispositivo;
nível de máquina; 
nível de célula ou sistema;
nível de planta;
nível de corporação.
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Níveis de automação
Planta
Dispositivo
Máquina
Sensor, 
atuador
Célula ou 
Sistema
corporativo
Máquinas 
individuais (CN), 
esteiras
Grupos máquinas 
( células, linhas) 
Sistema de 
Produção
Informações 
corporativas
1
2
3
4
5
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nível de dispositivo
É o nível mais baixo na hierarquia da automação
Incluem sensores, atuadores e outros equipamentos que auxiliam a realizar a função de controle
Processo
Atuador
Sensor
Controlador
A completa automatização de um sistema envolve o estudo dos quatro elementos da figura seja o sistema de pequeno, médio ou grande porte.
 ESQUEMA BASICO DE UM SISTEMA DE AUTOMAÇÃO
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 ESQUEMA BASICO DE UM SISTEMA DE AUTOMAÇÃO
Elemento 
 Controle
Elemento
 sensor
Elemento 
atuador
Software 
Base de Dados 
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ELEMENTOS DE UM SISTEMA DE AUTOMAÇÃO
Elemento de Controle
 utiliza informação dos sensores para Acionar os atuadores. 
 Ex: clp
Elemento sensor
efetua a coleta de dados ou medições do Sistema. 
Ex: sensores de temperatura, tensão, Corrente, etc.
Elemento acionador
Provê o sistema de energia para atingir determinado 
Objetivo. Ex: motores, relés, contatores
Elemento comparador
Compara os valores medidos com os valores estabelecidos 
Ex: softwares, termostatos, etc.
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 ESQUEMA BASICO DE UM SISTEMA DE AUTOMAÇÃO
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Marco Antonio Ribeiro
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Malha de controle de temperatura
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Malha de controle de vazão
Controlador convencional de painel
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Temperatura 
Pressão 
Vazão 
Nível 
Análise
Chama 
Condutividade 
Densidade 
Tensão
Variáveis contínuas de processo
Energia e potência 
Corrente elétrica
Tempo e frequência 
Umidade relativa, 
Radiação 
Velocidade 
Vibração 
Peso e força
Posição e dimensão.
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Quanto ao tempo, as variáveis de processo podem ser classificadas como:
Analógicas ou contínuas
Discretas
Os sinais que representam as variáveis podem também ser classificados como:
Analógicos
Discretos
Pulsos
Digitais
Variáveis do processo
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As variáveis analógicas são aquelas que variam continuamente com o tempo, a figura (a). Elas são comumente encontradas em processos químicos advindas de sensores de pressão, temperatura e outras variáveis físicas. As variáveis digitais, ou discretas, são aquelas que variam discretamente com o tempo, figura(b).
Variáveis de processo
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Processo contínuo e 
controlador analógico
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Processo contínuo e controlador digital
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 Estrutura de Automação - evolução
Controle de set-point
Controle Ponto-a-Ponto
SDCD (Sistema Digital de Controle Distribuído)
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Sistemas de controle
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Estratégia Ponto-Ponto
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Há duas estruturas básicas para fazer controle de processo:
SDCD – Sistema Digital de Controle Distribuído
SCADA – Supervisory Control and Data Acquisition - Sistemas de Supervisão e Aquisição de Dados
Sistemas de controle
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 Evolução da instrumentação
funções dos instrumentos (condicionamento de sinal, controle e display) foram distribuídas geograficamente.
substitui instrumentos analógicos, para aplicações de controle contínuo PID.
Poderosa interface homem máquina.
SDCD –Sistema Digital de Controle Distribuído
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SDCD –Sistema Digital de Controle Distribuído
A filosofia do sistema de controle digital distribuído é a de dividir os equipamentos em vários módulos funcionalmente distintos: processo, controle, operação, gerenciamento e comunicação
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1963 – Controle digital direto (DDC) foi introduzido na indústria petroquímica (Texaco)
1969 – CLP foi introduzido no mercado, Modicon
1972 – Último sistema analógico SPEC 200, Foxboro
1975 – Primeiro sistema digital de controle distribuído, TDC 2000, Honeywell
Controle PID, programa flexível
Sistema de controle em rede, sintonia por configuração e acesso de IHM.
SDCD ou DCS
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Tecnologia digital com rede de comunicação
Evolução rápida da automação na indústria de processo
O mesmo algoritmo de controle PID
Redução de custo de suporte e manutenção para grande quantidade de malhas
Controle digital industrial se torna uma comodity
Aparecimento de controle supervisório e monitoração.
SDCD 
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Atualmente o comum é usar sistemas para fazer o controle global da planta e segurança.
Sistema de controle possui um controlador em sua arquitetura, em forma de bloco PID
CLP, SDCD e PC possuem blocos PID que executam a ação de controle.
IHM
Sistemas de controle
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SDCD – Sistema Digital de Controle Distribuído
orientado para o controle de processos grandes e complexos, que tenham muitas ações de controle PID.
Aplicado em refinarias de petróleo
SCADA – Supervisory Control and Data Acquisition - Sistemas de Supervisão e Aquisição de Dados
Sistemas de controle
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SDCD – Sistema Digital de Controle Distribuído
SCADA – Supervisory Control and Data Acquisition - Sistemas de Supervisão e Aquisição de Dados
orientado para o controle de processos simples que tenham muitas ações de liga-desliga e pouco PID.
Sistemas de controle
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Os equipamentos básicos do SCADA são:
Controlador Lógico Programável (CLP) para fazer a aquisição de dados
Computador Pessoal (PC) para rodar o supervisório e constituir a estação de operação ou a interface humano-máquina
Comunicação digital para interligar o PC e o CLP e Unidades Terminais Remotas (UTR)
Componentes do SCADA
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Marco Antonio Ribeiro
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SCADA
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SCADA é um sistema de controle tipicamente usado para monitorar e controlar processos que tenham muitas operações de liga e desliga e poucas malhas de controle analógico PID
O sistema SCADA é usado principalmente para partir e parar unidades remotas e não é usado para o controle de processos complexos. 
SCADA
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Unidades de transferência de produtos de petróleo em tubulações por bombas (líquidos) ou compressores (gases), 
Controle de plantas pequenas e com processos simples, como URGN (Unidade de Regeneração de Gás Natural), 
Distribuição de água,
Plantas químicas.
Aplicações do SCADA
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Coleta de dados do SCADA
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SDCD x SCADA
Processos grande porte
Refinarias
Plantas petroquímicas
Processo médio porte
Plataformas
Poços
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Controle com telemetria
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Arquitetura de rede de um sistema automatizado
Supervisório
Sistemas Gerenciais
CLP
Sensores e atuadores
Primeira camada
Segunda camada
Terceira camada
Configuração básica de um 
sistema de automação
SISTEMA CENTRAL
SISTEMA DE AQUISIÇÃO 
DE DADOS
DISPOSITIVOS DE 
INTERFACE
PROCESSO
Esquema Básico do Sistema de Automação
Processo
COS
 Telecomunicação
Controlador
NIVEL 0 NIVEL1 NIVEL2
PROTOCOLO
PROTOCOLO
COMPONENTES DO SISTEMA
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NIVEL 1 - Dispositivo de controle
 NIVEL 2 – COS - Supervisão
NIVEIS DO SISTEMA
 NIVEL 0 - Equip. do campo
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 Sistema Supervisório
É um conjunto de Hardware e software que permite ao operador ter acesso a informações de um processo, tais como:
- Estado operacional de equipamentos
- Valores de variáveis de processo
- Alarmes
 Relatórios
Objetivo
Coletar dados dos vários dispositivos de campo, e apresentá-los em formato padronizado e amigável, permitindo uma eficiente interação com o processo..
 Sistema de Supervisório
- Principais Funções
• Alteração de parâmetros de operação :
– “By-pass” de pontos de entrada;
– Parametrização de instrumentos;
• Registro histórico de variáveis de processo;
• Armazenamento, recuperação de dados de equipamentos;
• Emissão de relatórios. 
Ligar/ Desligar equipamentos;
Apresentação de valores de variáveis em tempo real;
• Geração de gráficos de tendência de variáveis de processo;
• Anunciação e Reconhecimento de alarmes;
• Sinalização de estado operacional de equipamentos;
• Registro de eventos;
 Sistema de Supervisório
• O sistema está estruturado através de uma série de telas e janelas;
• Tela: Exibem os diversos dados disponibilizados pelo sistema, ocupando todo o espaço disponível do monitor.
• Janela: Idem à tela, porém ocupando apenas uma parte do espaço disponível do monitor.
COS – Centro de Operação do Sistema
 Sistema de Supervisório
CLASSIFICAÇÃO DE TELAS
• Telas e janelas são classificadas segundo o tipo de informação apresentada:
- processo/utilidades;
- segurança;
- instrumentação;
- alarmes.
IHM - TELA DE OPERAÇÃO
IHM 
Unidades do Sistema Central
 Sistema de operação:
Incluem varias unidades, com monitores de alta resolução gráfica para a operação do sistema
Unidades de desenvolvimento de telas, testes e manutenção 
Unidades de treinamento – utilizando base de dados atual com comando simulados
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COS – Centro de Operação do Sistema
ERP
SUPERVISÃO E CONTROLE
SCADA / CLP
MES / PIMS
Dados corporativos
Dados de produção
ERP = ENTERPRISE RESOURCE PLANNING
MES = MANUFACTURING EXECUTION SYSTEM
PIMS = PLANT INFORMATION MANAGEMENT SYSTEM
SCADA = SISTEMA DE CONTROLE E AQUISIÇÃO DE DADOS
CLP = CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL
Dados de tempo real.
(Redes industriais)