Implatação de Automação em Industria de Processo Contínuo

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Implantação de Automação em Indústria de Processo Contínuo
Componentes:
Amanda Arcoverde
Daniel Albues
Filipe Silva
Frederico Guimarães
Marcela Gusmão
Mateus Leite
Matheus Guimarães
Disciplina: Automação e Instrumentação
Professor: Liz Augusto
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Automação no cotidiano
Residências: nas lavadoras de roupas automáticas, nos microondas, nos controles remotos de portões de garagem, etc;
Ruas: nos cartões de crédito, caixas de bancos, trens do metrô, etc;
Lazer: esteiras automáticas de academia, máquinas automáticas de refrigerante e café, etc;
Trabalho: registradores de ponto, sistema de combate a incêndios, robôs industriais, etc. 
Contextualização
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Automação no meio produtivo
“O processo industrial constitui-se na aplicação do trabalho e do capital para transformar a matéria-prima em bens de produção e consumo, por meios e técnicas de controle, obtendo valor agregado ao produto, atingindo o objetivo do negócio”.
Processo Industrial Discreto: quando a maioria das variáveis de controle são manipuladas na forma discreta ou digital;
Processo Industrial Contínuo: quando a maioria das variáveis de controle são manipuladas na forma contínua, ou analógica, como nas indústrias químicas, petroquímicas, farmacêuticas, etc.
Contextualização
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AUTOMAÇÃO: “Qualquer sistema, apoiado em computadores, que substitui o trabalho humano, em favor da segurança das pessoas, da qualidade dos produtos, rapidez da produção ou da redução de custos, assim aperfeiçoando os complexos objetivos das indústrias, dos serviços ou bem estar” (Moraes e Castrucci, 2007). 
Definição
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Automação Industrial
Conceito:
É a utilização de qualquer dispositivo mecânico ou eletroeletrônico para controlar maquinas e processos;
Computadores;
Dispositivos lógicos: Controladores Lógicos Programáveis ou CNCs.
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Sistema Automatizado
A parte operativa está relacionada à arquitetura material enquanto a parte comando, com arquitetura de software. 
Entre essas duas partes existe uma forte interação por meio de sensores e de atuadores (dispositivos de saída das unidades remotas).
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Figura 01 – Fluxograma do sistema automatizado 
Fonte: 
PROCESSO CONTÍNUO: “Processo no qual as interrupções são mínimas em qualquer corrida de produção ou entre corridas de produção de produtos que exibam características de processo, tais como líquidos, fibras, pulverizados, gases.” (APICS, apud Fransoo e Rutten, 1993).
Definição
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Processo Contínuo X Processo Descontínuo (Batelada)
Processo contínuo: 
Fluxo constante de matérias-primas em todos os equipamentos;
Maior quantidade de produções.
Processo descontínuo (por batelada): 
O equipamento é carregado com as matérias-primas;
A operação ou a conversão ocorrem após um tempo determinado então o produto é descarregado;
Pequenas produções.
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Fluxo contínuo da produção a partir do emprego de máquinas ou robôs automatizados;
O processo de fabricação e os ingredientes são inalterados;
As indústrias petroquímicas, cimenteiras, siderurgicas, papel e celulose são exemplos de processos contínuos;
Processo Contínuo
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Os produtos e os processos produtivos são totalmente interdependentes, favorecendo a sua automatização;
Devido à automação dos processos, a flexibilidade para a mudança de produto é baixa;
A mão de obra é empregada apenas para a condução e a manutenção das instalações.
Processo Contínuo
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Alta velocidade de produção, pouco trabalho humano; 
Clara determinação de capacidade, uma rotina para todos os produtos, baixa flexibilidade;
Baixa complexidade do produto; 
Baixo valor agregado;
Tempos de parada causam grande impacto;
Pequeno número de etapas de produção;
Numero limitado de produtos.
Características do Processo Contínuo
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Processo Contínuo
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Figura 02 – Esquematização dos processos 
Fonte:
CLP
Controlador Lógico Programável:  Segundo a ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas), é um equipamento eletrônico digital com hardware e software compatíveis com aplicações industriais.
Os CLP's estão muito difundidos nas áreas de controle de processos e de automação industrial.
Num sistema típico, toda a informação dos sensores é concentrada no controlador (CLP) que de acordo com o programa em memória define o estado dos pontos de saída conectados a atuadores.
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SCADA
Sistemas que utilizam software para monitorar e supervisionar as variáveis e os dispositivos de sistemas de controle conectados através de controladores (drivers) específicos.
 Estes sistemas podem assumir topologia mono-posto, cliente-servidor ou múltiplos servidores-clientes. 
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Estudo de Caso
PROJETO DE UMA PLANTA QUÍMICA DIDÁTICA PARA DESENVOLVIMENTO DE DIFERENTES ESTRATÉGIAS DE CONTROLE DE PROCESSOS E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL.
Características:
Permite grande facilidade operacional, tanto para visualização do processo, quanto a inserção e obtenção de dados;
Fácil acessibilidade aos elementos de campo como, por exemplo: inversores de frequência, medidores de vazão e sensores de temperatura;
Permite rapidez e segurança na execução de manutenção preventiva e corretiva. 
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Estudo de Caso
Objetivo:
O protótipo foi concebido na tentativa de se facilitar a obtenção de curvas características do sistema para definir parâmetros de controle e realizar estudos comparativos de sintonia.
Metodologia:
Baseado na utilização de CLP (Controlador Lógico Programável);
Monitorado por um software de supervisão SCADA (Sistema de Monitoriamento e Controle).
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SCADA
 
 
 
 
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Figura 03 – Tela do Reator Químico
Fonte: http://www.abenge.org.br/CobengeAnteriores/2007/artigos/291-Wagner Freitas Campos.pdf
Figura 04 – Tela de gráficos dos controladores
Fonte: http://www.abenge.org.br/CobengeAnteriores/2007/artigos/291-Wagner Freitas Campos.pdf
Planta Industrial
Figura 05 – Diagrama P&I (Processo e Instrumentação) da planta química 
Fonte: http://www.abenge.org.br/CobengeAnteriores/2007/artigos/291-Wagner Freitas Campos.pdf
Acionamento das bombas;
Sensores específicos para cada grandeza.
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Protótipo Montado
Figura 06 – Protótipo experimental montado no Laboratório de Engenharia Química/Unicamp
Fonte: http://www.abenge.org.br/CobengeAnteriores/2007/artigos/291-Wagner Freitas Campos.pdf
Aproximar o aluno da realidade industrial;
Realização de diferentes controladores;
Definida estratégia de controle.
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Sinótico do Processo
Sistema supervisório ELIPSE E3;
Início a operação do protótipo.
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Figura 07 – Tela do Sinótico
Fonte: http://www.abenge.org.br/CobengeAnteriores/2007/artigos/291-Wagner Freitas Campos.pdf
Telas Específicas
Visualização de variáveis;
Acionamento das bombas BA-101 e BA-102;
Monitoramento em tempo real.
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Figura 08 – Tela do Reator Químico
Fonte: http://www.abenge.org.br/CobengeAnteriores/2007/artigos/291-Wagner Freitas Campos.pdf
Método da Sintonia
Baseado na obtenção das curvas de reação dos sistemas em malha aberta;
Consiste em levar a planta até o regime permanente e em seguida, provocar um distúrbio em degrau na variável manipulada até o estabelecimento de um novo regime permanente. 
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Método da Sintonia
Figura 10 – Curva de resposta com reta tangente passando pelo ponto de inflexão
Fonte: http://www.abenge.org.br/CobengeAnteriores/2007/artigos/291-Wagner Freitas Campos.pdf
Figura 09 – Curva de reação da temperatura de saída do reator RQ-101
Fonte: http://www.abenge.org.br/CobengeAnteriores/2007/artigos/291-Wagner Freitas Campos.pdf
 
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Ensaios de Estabilidade dos Controladores
Partida da Planta em Modo Automático:
Comportamento oscilatório durante os primeiros 220 segundos;
Valor de nível acima dos valores de segurança estipulados;
Maior consumo energético;
Risco a segurança da planta e das pessoas envolvidas.
Figura 11 – Comportamento do nível do RQ-101 em partida automática
Fonte: http://www.abenge.org.br/CobengeAnteriores/2007/artigos/291-Wagner Freitas Campos.pdf
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Ensaios de Estabilidade dos Controladores
Partida da Planta em Modo Manual:
Regime permanente em aproximadamente 130 segundos;
Manipula a velocidade de rotação da bomba até que o nível atinja um valor próximo ao valor esperado;
Volta ao regime automático.
Figura 12 – Comportamento do nível do RQ-101 em partida manual
Fonte: http://www.abenge.org.br/CobengeAnteriores/2007/artigos/291-Wagner Freitas Campos.pdf
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Desempenho dos Controladores 
Variável de processo – Controle de temperatura de reação;
Redução na potência das resistências elétricas no interior do reator;
Redução no calor da reação
Definição de Set-Point- 40ºC.
Figura 13 – Comportamento o controlador PID da temperatura do RQ-101
Fonte: http://www.abenge.org.br/CobengeAnteriores/2007/artigos/291-Wagner Freitas Campos.pdf
Figura 14 – Comportamento da variável manipulada do controlador de temperatura do RQ-101 após o distúrbio
Fonte: http://www.abenge.org.br/CobengeAnteriores/2007/artigos/291-Wagner Freitas Campos.pdf
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Conclusão
Promove maior agilidade;
Monitora em tempo real as variáveis avaliadas durante o processo;
Aumento de produtividade, qualidade de produtos e serviços de uma indústria química;
Integração de conhecimentos que substituem as análises, os esforços e as decisões humanas por aparelhos mecânicos, elétricos, eletrônicos e softwares.
Avanço significativo na simplificação de processo;
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Referências Bibliográficas
CAMPOS, Wagner Freitas; PINELI, Thiago Gomes; SILVA, Flávio Vasconcelos da. PROJETO DE UMA PLANTA QUÍMICA DIDÁTICA PARA DESENVOLVIMENTO DE DIFERENTES ESTRATÉGIAS DE CONTROLE DE PROCESSOS E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL. 2007. Disponível em: <http://www.abenge.org.br/CobengeAnteriores/2007/artigos/291-Wagner Freitas Campos.pdf>. 
DESCONHECIDO. Princípios de Automação Industrial. <http://coral.ufsm.br/desp/geomar/automacao/Apostila_032012.pdf>.
MORAES, Cícero Couto de. Engenharia de Automação Industrial. 2. ed. Rio de Janeiro: Abdr, 2007.
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