Automação Industrial - Aula 2

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Automação Industrial / Março de 2018 
 
 
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 
 
Resumo: Neste artigo é feito um estudo sucinto sobre os 
principais tópicos relacionados com a Automação Industrial, 
que tem se mostrado uma das áreas que mais evoluem e que 
contribuem para o avanço da tecnologia atualmente. 
 
1 INTRODUÇÃO 
 
 No século XVII, com a revolução industrial, o trabalho 
muscular passou a ser substituído pelo trabalho das máquinas, 
visando assim, o aumento da produtividade nas fábricas. 
Começa a partir daí a história da Automação Industrial, 
marcada pela criação das linhas de montagem para produção 
em massa de automóveis por Henry Ford na década de 20. 
Após a Segunda Guerra Mundial, os sistemas de 
controle aparecem na indústria de processos. Na década de 
60, com o aparecimento dos transistores, toda a 
instrumentação analógica foi substituída por um computador. 
Já na década de 80, aconteceu o barateamento do hardware 
devido à alta competitividade a nível mundial. Novos requisitos 
surgiram como a qualidade, o custo, o uso racional da energia 
e matéria-prima, fazendo com que os computadores 
passassem a ser utilizados em todos os setores de uma 
indústria, desde o nível do processo até o nível de gestão ou 
administração da empresa. Os anos 90 destacam-se pelo 
aparecimento de instrumentos e componentes inteligentes, 
sistemas distribuídos abertos, substituição por SDCDs 
(Sistemas Distribuídos para Controle Digital) monolíticos e 
integração do chão-de-fábrica com redes locais de sistemas 
comerciais. 
Na seção 2, trata-se o conceito de Automação 
Industrial; em seguida, na seção 3, são abordados os principais 
objetivos e consequências da automatização de um processo 
de produção; na seção 4, são listadas as diversas aplicações 
onde a automação se faz presente e mostra ser de suma 
importância; na seção seguinte, apresenta-se os segmentos 
em que se divide a automação industrial; na seção 6, descreve-
se os principais elementos componentes de um sistema de 
automação; por fim, na seção 7, é feita uma breve descrição 
sobre a utilização de redes em ambientes industriais, as quais 
estão se firmando cada vez mais no mercado. 
 
 
2 CONCEITO DE AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 
 
 Automação industrial é um assunto amplo e muitas 
vezes com características multidisciplinares. Ela, em um 
simples projeto, pode abranger informática, eletricidade, 
eletrônica, física, química, matemática, etc., além de um 
conhecimento em engenharia de produção. 
 Podemos definir automação industrial como sendo um 
conjunto de técnicas através das quais se constroem sistemas 
ativos capazes de atuar com uma eficiência ótima pelo uso de 
informações recebidas do meio sobre o qual atuam, com base 
nas informações o sistema calcula a ação corretiva mais 
apropriada. Um sistema de automação comporta-se 
exatamente como um operador humano o qual, utilizando as 
informações sensoriais, pensa e executa a ação mais 
apropriada. 
 O conceito de automação inclui ainda a idéia de usar 
a potência elétrica ou mecânica para acionar algum tipo de 
máquina, acrescentando-se algum tipo de inteligência para que 
ela execute sua tarefa da maneira mais eficiente possível 
levando em consideração a segurança e a economia. 
 
 
 
 
3 OBJETIVOS DA AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 
 
 Quando uma indústria decide por automatizar suas 
funções, ela procura alcançar certos objetivos, que constituem 
os benefícios oferecidos por essa modernização do processo 
de produção. Dentre estes objetivos citar : 
 
 A melhoria das condições de operação, o que inclui 
a viabilidade técnica na execução de operações 
impossíveis de realizar por métodos convencionais, 
devido a, por exemplo, um ambiente que ofereça 
perigo ao operador; 
 
 A qualidade, ou seja, fabricação em faixas de 
tolerância a erros mais estreitas, utilizando um 
controle de qualidade eficiente; 
 
 A segurança; 
 
 A flexibilidade, ou seja, permitir com facilidade e 
rapidez, alterações nos parâmetros do processo de 
fabricação; 
 
 O aumento da produtividade, através do uso mais 
eficiente da matéria-prima; 
 
 O aumento do nível de controle. 
 
 Pode-se observar, então, que a automação é um 
caminho sem volta, uma vez que, atingidas estas metas, e 
verificada a melhoria no processo, e o aumento da 
competitividade daquela empresa no mercado, não haverá 
mais a necessidade, e nem a vontade de regredir a uma 
estrutura mais antiga, fazendo com que a tendência seja 
sempre a melhoria. 
 
 
4 APLICAÇÕES DA AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 
 
 Podemos encontrar sistemas de automação nas 
mais diversas áreas da indústria, entre as quais destacamos a 
área de controle, principalmente na indústria química, de 
comunicações, controle de mísseis, aeronáutica, etc. Na 
ciência, podemos observar a evolução na execução de tarefas 
como previsões meteorológicas, viagens espaciais, logística 
militar. A informática foi uma das principais beneficiadas, e 
também uma das maiores responsáveis pelo avanço das 
técnicas de automação, como notamos nos campos de gestão 
de projetos e produção, controle de estoques, diagnose 
médica, representações visuais, sistema de informação, etc. 
Outros impactos da automação industrial são 
verificados nas áreas de projeto de circuitos integrados, 
máquinas de desenhar, projeto de navios e automóveis, 
reconhecimento de formas, resolução de problemas e jogos, ou 
seja, são inúmeras as aplicações deste ramo de conhecimento. 
 
5 SEGMENTOS DA AUTOMAÇÃO 
 
 A automação é um campo muito heterogêneo, quando 
nos referimos aos produtos englobados por ele e que, muitas 
vezes se complementam. Podemos então, dividi-lo em: 
Instrumentação; Automação de Processos Industriais e Não 
Industriais (Controle de Processos); Automação da Manufatura. 
 A Instrumentação é a área que desenvolve e aplica 
técnicas de medição, indicação, registro e controle de 
processos de fabricação, visando a otimização na eficiência 
desses processos. A Automação de Processos subdivide-se 
em dois grandes setores: o de Processos Industriais 
(siderúrgica, química e petroquímica, geração de energia, etc.) 
 Automação Industrial / Março de 2018 
e Não-Industriais (sistemas de transporte, distribuição de 
energia, sistemas de serviços urbanos, etc.). Já na Automação 
de Manufatura, destacam-se as aplicações de Comando 
Numérico por Computador, projetos assistidos por computador 
(CAD-CAM), a robótica, entre outras. 
 
6 ELEMENTOS BÁSICOS 
 
 Sistemas de controle são um conjunto de técnicas por 
meio das quais se constroem sistemas ativos capazes de atuar 
com uma eficiência ótima pelo uso das informações recebidas 
do meio sobre o qual atuam. Eles são capazes de interferir em 
um processo através de um atuador que é comandado por um 
controlador, o qual utiliza as informações de um sensor. 
 Um sistema de controle completo, ou seja quando 
realiza todas as etapas descritas acima, é considerado como 
sendo de malha fechada, onde a existência de realimentação é 
tida como condição básica para esse tipo de sistemas. Já um 
sem realimentação é considerado de malha aberta, ou seja, o 
sistema não muda de comportamento em função do que ocorre 
no processo, ao contrário do sistema de malha fechada. 
 Geralmente o conceito de automação está relacionado 
a sistemas de malha fechada e automatização e mecanização 
estão relacionados a sistemas de malha aberta. É comum 
considerar automação e automatização como sinônimo, porém 
existe tecnicamente essa diferença . 
 Quanto ao tipo de implementação, os sistemas de 
automação podem ser Programáveis, o que está relacionado a 
movimentos e trajetórias; Fixos, quando há alta especialização 
entre o controle e o processo; Flexível, encontra-se 
intermediário entre o Fixo e o Programável. 
 Veremos agora com um pouco mais de detalhesos 
principais elementos de um sistema de automação. 
 
 
 
6.1 PROCESSOS 
 
 
 Processo é a totalidade de atividades concorrentes de 
um sistema, através das quais, matéria, energia e informação 
são transformadas, transportadas ou armazenadas. 
 Os processos são classificados segundo a predominância 
das variáveis manipuladas e controladas. Quando as variáveis 
são, em sua maioria, do tipo analógicas ou de tempo contínuo, 
tem-se o processo contínuo, onde a modelagem é realizada 
com técnicas matemáticas. Caso as variáveis sejam do tipo 
discreta, ou digital, tem-se o processo discreto, onde a 
modelagem é realizada com técnicas da álgebra booleana. 
 Como exemplos de indústrias que se caracterizam 
pelo controle de processos discretos, são as manufatureiras e 
automobilísticas. Já exemplos de indústrias que utilizam o 
controle de processos contínuos são a química, farmacêutica, 
petroquímica, entre outras. 
 Importante realçar mais uma vez de que as diferenças 
entre os tipos de processos relacionam-se com o processo 
fabril em si, não de como as informações são tratadas (essas 
podem ser de forma analógica ou digital). 
 
 
6.2 SENSORES 
 
 
 São dispositivos que mudam seu comportamento sob 
a ação de uma grandeza física, podendo fornecer diretamente 
ou indiretamente um sinal que indica esta grandeza. Quando 
operam diretamente, convertendo uma forma de energia 
neutra, são chamados transdutores. Os de operação indireta 
alteram suas propriedades, como a resistência, a capacitância 
ou a indutância, sob ação de uma grandeza, de forma mais ou 
menos proporcional. 
 O sinal de um sensor pode ser usado para detectar 
e corrigir desvios em sistemas de controle, e nos instrumentos 
de medição, que frequentemente estão associados aos SC de 
malha aberta (não automáticos), orientando o usuário. 
 Como características dos sensores podemos citar a 
linearidade que é o grau de proporcionalidade entre o sinal 
gerado e a grandeza física. Quanto maior, mais fiel é a 
resposta do sensor ao estímulo. Os sensores mais usados são 
os mais lineares, conferindo mais precisão ao SC. Os sensores 
não lineares são usados em faixas limitadas, em que os 
desvios são aceitáveis, ou com adaptadores especiais, que 
corrigem o sinal. 
Outra característica é a faixa de atuação, onde o intervalo de 
valores da grandeza em que pode ser usado o sensor, sem 
destruição ou imprecisão 
 Existem vários tipos de sensores, entres os quais 
podemos citar os de temperatura, vazão, óticos, de presença, 
etc. 
 
 
6.3 ATUADORES 
 
 Dentro de uma malha de controle, o elemento que tem 
por objetivo reposicionar uma variável, de acordo com um sinal 
gerado por um controlador, é chamado de atuador, pois atua 
diretamente no processo, modificando as suas condições. Ou 
seja, são dispositivos utilizados para conversão de sinais 
elétricos provenientes dos controladores, em ações requeridas 
pelos sistemas que estão sendo controlados. 
 Como exemplos de atuadores podemos citar os 
atuadores pneumáticos, os hidráulicos, os elétricos, entre 
outros. 
 
 
6.4 CONTROLADORES 
 
 
 São os dispositivos que tornam possível uma efetiva 
ação de controle no meio onde atuam. Podemos citar como 
principais controladores o CLP (Controlador Lógico 
Programável); CP (Controlador Programável); SLC (Single 
Loop Controller); MLC (Multi-Loop Controller); CNC (Comando 
numérico Computadorizado); Interfaces para PC, CP ou CLP; 
Microcontroladores em qualquer dispositivo, incluindo sensores 
e atuadores. 
 Os controladores são de grande importância para os 
sistemas de controle e conseqüentemente para a automação 
industrial, por isso vamos dar um pouco mais de ênfase aos 
CLPs. 
 O CLP é um suporte eletrônico-digital para armazenar 
instruções de funções específicas, como de lógica, 
sequencialização, contagem e aritméticas, todas dedicadas ao 
controle de máquinas e processos. 
 Como principais características do CLP podemos citar 
a utilização de processos discretos; a aplicação em automação 
fixa ou flexível; é o herdeiro direto dos antigos quadros de 
relés; realiza lógica combinacional que significa produzir uma 
combinação de variáveis de saída a partir de uma combinação 
de entradas; realiza lógica seqüencial, uma combinação de 
entradas juntamente com uma combinação das situações 
anteriores dessas ou de outras variáveis, produzem 
determinadas saídas; utiliza linguagens de programação entre 
outras. 
 
 
Fig01 – Diagrama de blocos de um CLP 
 
 
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6.5 TRANSDUTORES 
 
 
São dispositivos que convertem um estímulo ou fenômeno 
físico de origem não elétrica para uma grandeza elétrica. As 
principais características de um transdutor são a Faixa de 
medida, que indicam os valores mínimos e máximos 
permitidos; a Constante de proporcionalidade, que é a relação 
entre valor de entrada e saída; o Erro de linearidade, indicado 
pelo valor do desvio da constante fixa; Precisão, desvio entre o 
valor medido e o real; Velocidade de resposta, tempo entre o 
estímulo e a resposta; Estabilidade, variação do resultado em 
função das condições de operação; Repetibilidade, que é a 
capacidade de fornecer o mesmo valor na saída em função da 
mesma entrada. 
 
 
7 REDES INDUSTRIAIS 
 
 
 O processo de produção em uma indústria é 
composto por várias etapas, cada uma delas podendo ser 
executada por um elemento diferente do ambiente industrial. A 
tendência, hoje em dia, é ter-se vários subsistemas interligados 
ao mesmo meio físico por uma rede, cada um realizando uma 
parte deste processo, de modo que as atividades sejam 
coordenadas, e o processo como um todo adequadamente 
supervisionado. 
 Em um ambiente industrial, a rede permite a troca de 
informação entre controle e processo. Ela é constituída 
geralmente por quatro níveis hierárquicos, sendo cada um 
responsável por interconectar diferentes tipos de 
equipamentos: 
 
Nível Administrativo e de Gestão: integra todos os 
outros níveis hierárquicos. Tipos de 
equipamentos: estações de trabalho e servidores 
que supervisionam os processos industriais e os 
integram com sistemas de gerenciamento e 
automação comercial; 
 
Nível de Controle: faz os enlaces e controles dos 
processos, conectando computadores e CLPs; 
Nível de Campo e Processo: faz a integração de 
CLPs, multiplexadores de I/O e controladores 
dentro de sub-redes chamadas de ilhas; 
 
Nível de Dispositivos de I/O: é composto pelo 
barramento de campo, que é responsável pela 
comunicação entre os dispositivos de chão de 
fábrica, como sensores e atuadores, juntamente 
com seus respectivos controladores. 
 
 Cada subsistema ou nível deve possuir uma certa 
autonomia, devendo adotar o tipo de rede mais adequado à 
atividade que executa, bem como ao equipamento que utiliza. 
Porém o que acontece é que existem diversos níveis de 
requisitos de comunicação em um mesmo ambiente industrial, 
o que geralmente faz com que não exista um tipo único de rede 
que possa atender a todos estes níveis, logo faz-se a 
implementação de diferentes redes, para atender a cada 
requisito específico. 
 
 
 
Elabore 8 Questões pergunta e 
resposta, entrega 13/03/2018! 
 
Fig 02 – Integração de um sistema industrial 
 
 Pode até fazer-se necessário implementar-se redes 
específicas para ambientes industriais, visto que as 
necessidades para este tipo de ambiente e de processo, bem 
como os elementos que se interconectam (no caso das redes 
industriais são sensores, atuadores, etc.), são diferentes 
daqueles para os tipos tradicionais de redes locais de 
computadores. Exemplos destas necessidades incluem a alta 
imunidade a ruídos, boa resistência mecânica, resistência às 
chamas, umidade e corrosão, tempo de acesso e de 
propagação limitados, tempo de reparobaixo, além da 
modularidade e possibilidade de interconexão, etc. 
 É cada vez mais freqüente o desenvolvimento de 
diferentes protocolos de comunicação para aplicações 
industriais, sempre buscando estruturas que garantam a 
segurança e a velocidade na transmissão dos dados, além do 
aumento da flexibilidade da rede. Pode-se citar como os mais 
difundidos o Fieldbus, Profibus, Interbus, entre outros, e cujos 
detalhes não estão no escopo deste artigo. 
 
 
8 CONCLUSÃO 
 
 
 A automação se faz presente nos mais simples 
processos da vida cotidiana pois pode substituir tarefas, físicas 
e mentais, árduas ou de alta periculosidade, bem como nas 
atividades mais complexas dentro de uma indústria, o que a 
torna de suma importância para o avanço da tecnologia. Para 
as indústrias, ela proporciona um aumento na quantidade e na 
qualidade de produção, o que gera um crescimento na 
eficiência e na competitividade entre as empresas, 
ocasionando preços mais acessíveis. É por isso que seu 
estudo e desenvolvimento se fazem tão necessários nos dias 
de hoje. 
 
 
9 BIBLIOGRAFIA 
 
Maitelli, A. L. (2003), Controladores Lógicos Programáveis, 
UFRN, Natal – Brasil. 
Oliveira, V.F. (2002), Arquitetura fieldbus para Redes 
Industriais, UFRN, Natal - Brasil.. 
Pereira, C.E. (1999), Automação Industrial. 
Vianna, W. S. (2000), Instrumentação, Curso Pós-Técnico em 
Automação - CEFET ,Campos – Brasil.