AULA 02 - AUT_INST - Introducao Automacao e Instrumentacao

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M. Sc. Juliana Andrade Carvalho
juliana.carvalho@unifacs.br
INTRODUÇÃO À AUTOMAÇÃO E INSTRUMENTAÇÃO
Automação e Instrumentação
RELEMBRANDO A AULA 
ANTERIOR...
• Apresentação pessoal;
• Apresentação da turma;
• Apresentação do plano de ensino;
• Datas importantes;
• Informações importantes.
AULA 02
• Panorama histórico
• Sistemas de produção
• Tipos de automação
• Pirâmide de automação
• Elementos dos sistema de automação
• Sistemas de controle
• Tipos de controle
• Elementos do sistema de controle
• Arranjo físico das máquinas 
funcional (layouts)
• Redução de custos da 
manufatura
PANORAMA HISTÓRICO
Pré-
Revolução
Revolução 
Industrial
Máquinas à 
vapor
Motor 
elétrico
Fordismo Transistores CNC
• Produtos 
manufaturados
• Mestres, artesãos e 
aprendizes
• Máquinas e ferramentas
• Inflexibilidade
< Séc XVIII
Séc XVIII ~ XX
• Autonomia de localização 
(+ flexibilidade)
• Disposição física das 
máquinas não-funcional
Séc XVIII
Séc XIX
• Produção seriada 
(automóveis)
• Trabalho vai ao operador
Séc XX
• Autonomia de 
controle
(+ flexibilidade)
Séc XX
• Peças complexas em 
pequena escala 
(+ flexibilidade)
• Automação industrial
Séc XX
SISTEMAS
SISTEMAS DE 
PRODUÇÃO
Conjunto de PESSOAS, 
EQUIPAMENTOS e 
PROCEDIMENTOS organizados para 
realizar as OPERAÇÕES DE 
PRODUÇÃO de uma empresa
É um conjunto de ELEMENTOS QUE 
INTERAGEM para uma 
DETERMINADA FINALIDADE
SISTEMA
2 NÍVEIS
Instalações
Sistemas de apoio à produção
Incluem a FÁBRICA, os 
EQUIPAMENTOS instalados e a 
FORMA COMO ESTÃO 
ORGANIZADOS
Conjunto de PROCEDIMENTOS 
utilizados pela empresa no 
GERENCIAMENTO DA PRODUÇÃO e na 
solução de problemas técnicos e 
logísticos
AS INSTALAÇÕES
TIPOS
Aqui os EQUIPAMENTOS normalmente estão ORGANIZADOS EM GRUPOS LÓGICOS
e nos referimos a esses arranjos e aos trabalhadores que nele trabalham como 
SISTEMAS DE PRODUÇÃO na fábrica.
Sistemas de trabalho 
manual
Sistemas trabalhador-máquina
Sistemas automatizados
SISTEMAS DE TRABALHO MANUAL
Sistemas formados por UM OU MAIS TRABALHADORES, que EXECUTAM UMA OU 
MAIS TAREFAS SEM A AJUDA DE FERRAMENTAS MOTORIZADAS 
(costumam demandar o uso de ferramentas manuais)
SISTEMAS TRABALHADOR-MÁQUINA
Sistema em que um TRABALHADOR humano OPERA UM EQUIPAMENTO 
MOTORIZADO, tal como uma máquina-ferramenta ou outra máquina de produção.
SISTEMAS AUTOMATIZADOS
Sistema no qual um processo é executado por uma MÁQUINA SEM
A PARTICIPAÇÃO DIRETA DE UM TRABALHADOR humano
AUTOMAÇÃO RÍGIDA
• A sequência das operações é definida 
pela configuração do equipamento
• Operações simples
• A integração e a coordenação das 
operações em um único equipamento 
é o que o torna complexo
CARACTERÍSTICAS:
• Alto investimento inicial
• Altas taxas de produção
• Inflexibilidade (↓ variedade)
EXEMPLOS:
• Linha transfer de montagem
• Máquinas de montagem 
automatizadas
CLASSIFICAÇÃO DOS SISTEMAS 
DE PRODUÇÃO AUTOMATIZADOS
AUTOMAÇÃO RÍGIDA
• O equipamento é projetado com a capacidade de 
modificar a sequência de operações e acomodar 
diferentes configurações de produtos
CARACTERÍSTICAS:
• Alto investimento em equipamentos de propósito 
geral
• Taxas de produção + baixas
• Flexibilidade para lidar com variações do produto
• ↑ adaptabilidade para a produção em lote
AUTOMAÇÃO PROGRAMÁVEL
EXEMPLOS:
• Máquinas-ferramenta 
numericamente controladas (CN)
• Robôs industriais
• Controladores lógicos programáveis
CLASSIFICAÇÃO DOS SISTEMAS 
DE PRODUÇÃO AUTOMATIZADOS
CLASSIFICAÇÃO DOS SISTEMAS 
DE PRODUÇÃO AUTOMATIZADOS
AUTOMAÇÃO RÍGIDA AUTOMAÇÃO PROGRAMÁVEL AUTOMAÇÃO FLEXÍVEL
• Pode produzir diferentes variações e planos de peças e 
produtos sem exigir que eles sejam produzidos em lotes
• Viabilizada pelo fato de que a diferença entre as peças 
processadas pelo sistema não são significativas e, portanto, o 
volume de alterações exigidas entre os modelos é mínimo
CARACTERÍSTICAS:
• ↑ investimento em sistema com engenharia personalizada
• Produção contínua de um conjunto variado de produtos
• Taxas médias de produção
• Flexibilidade para lidar com variações no projeto do produto
EXEMPLO:
• Sistemas flexíveis de manufatura 
(FMS) para execução de operações 
de máquinas
CLASSIFICAÇÃO DOS SISTEMAS 
DE PRODUÇÃO AUTOMATIZADOS
AUTOMAÇÃO RÍGIDA
AUTOMAÇÃO PROGRAMÁVEL
AUTOMAÇÃO FLEXÍVEL
COMO TUDO ISSO SE CONECTA?
A PIRÂMIDE DE AUTOMAÇÃO
A PIRÂMIDE DE AUTOMAÇÃO
A PIRÂMIDE DE AUTOMAÇÃO
DISPOSITIVOS
motores
componentes
válvulas
transdutores
inversores
A PIRÂMIDE DE AUTOMAÇÃO
CONTROLE
Informações do nível 0
IHMs
CLPs
CNCs
Robôs
Máquinas ferramentas
A PIRÂMIDE DE AUTOMAÇÃO
SUPERVISÃO
Informações dos nível 1
SCADA
sala de supervisão
A PIRÂMIDE DE AUTOMAÇÃO
EXECUÇÃO
Banco de dados
Índices
Relatórios
Logística
Controle de estoque
A PIRÂMIDE DE AUTOMAÇÃO
PLANEJAMENTO
Produção em função da sazonalidade do mercado
Administração dos recursos financeiros
Vendas
RH
RAZÕES PARA A AUTOMAÇÃO
PRINCÍPIOS 
IMPORTANTES
Automação não é o “remédio” para todos os problemas
“Automatizar
o caos”
A palavra chave é INTEGRAÇÃO
Aumentar a produtividade
Reduzir os custos do trabalho
Reduzir ou eliminar as rotinas manuais e das tarefas administrativas
Aumentar a segurança do trabalhador
Melhorar a qualidade do produto
Diminuir o tempo de produção
Realizar processos que não podem ser executados manualmente
Evitar o alto custo da não automação
A PIRÂMIDE DE AUTOMAÇÃO
A “PIRÂMIDE” DE AUTOMAÇÃO
ELEMENTOS BÁSICOS DE UM 
SISTEMA DE AUTOMATIZADO
ENERGIA
PROCESSO
SISTEMAS DE 
CONTROLE
PROGRAMA DE 
INSTRUÇÕES
ENERGIA para concluir os processos e operar o sistema
PROGRAMA DE INSTRUÇÕES que direcione os processos
SISTEMA DE CONTROLE que execute as instruções
ENERGIA PARA PROCESSOS 
AUTOMATIZADOS
Amplamente disponível a um custo moderado pois é largamente utilizada na indústria brasileira
Facilmente convertível em outras formas de energia: mecânica, térmica, luminosa, acústica, hidráulica e 
pneumática.
Pode ser utilizada na realização de tarefas de comunicação e armazenamento de dados.
Pode ser armazenada em baterias de longa duração para usos posteriores ou remotos
MAIS COMUM = ENERGIA ELÉTRICA
SISTEMA DE CONTROLE PARA 
PROCESSOS AUTOMATIZADOS
CONTROLE INDUSTRIAL
É a regulação automática das operações da unidade e de seus equipamentos associados, bem como 
a integração e a coordenação dessas operações no sistema de produção maior.
TIPOS DE CONTROLE
CONTROLE INDUSTRIAL
MANUAL
AUTOMÁTICO
TIPOS DE CONTROLE
CONTROLE 
MANUAL
• Exige a presença de um 
operário no processo
• Funções do operário:
• Medição
• Tomada de decisão
• Atuação
TIPOS DE CONTROLE
CONTROLE 
AUTOMÁTICO
• Substitui o operador 
através de uma malha 
de controle
• Novas funções do operário:
• Definição da 
referência
• Supervisão
SISTEMAS DE CONTROLE
QUAL É O OBJETIVO DE UM SISTEMA DE CONTROLE? 
• Manter as características importantes no 
processo nos valores desejados (set 
points), apesar dos efeitos de 
perturbações externas
O QUE CONSTITUI UM SISTEMA DE CONTROLE INDUSTRIAL? 
• Combinação de processos, sensores, 
atuadores e sistemas de computadores 
projetados e ajustados para realizar uma 
operação segura e rentável. 
MALHA DE CONTROLE
ELEMENTO 
CONTROLADOR
ELEMENTO ATUADOR
VARIÁVEL DE PROCESSO 
A SER REGULADA OU 
CONTROLADA
É o conjunto formado pelo elemento controlador e atuadores do processo.
Seu objetivo é manter uma determinada variávelde processo regulada ou controlada.
MALHA DE CONTROLE
TIPOS
MALHA ABERTA
MALHA FECHADA (OU RETROALIMENTAÇÃO)
MALHA DE CONTROLE
MALHA 
ABERTA MALHA 
FECHADA
SISTEMA DE CONTROLE A MALHA 
ABERTA (SCMA)
São os sistemas nos quais o SINAL DE SAÍDA NÃO AFETA A 
AÇÃO DO CONTROLE 
• Não se mede o sinal de saída nem tampouco este sinal é enviado de volta 
para comparação com o sinal de entrada.
EXEMPLO
• Máquina de lavar roupa: ciclos de molho, lavagem e enxágüe - base de 
tempo. A saída “grau de limpeza das roupas” não é levada em consideração
SISTEMA DE CONTROLE A MALHA 
ABERTA (SCMA)
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Lei de 
Controle
Sistema 
Físico
• Simples e de baixo custo
• Podem ser imprecisos pois não 
compensam perturbações
• Não possuem informações da variável 
de saída
SISTEMA DE CONTROLE A MALHA 
ABERTA (SCMA)
EXEMPLO
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UMA TORNEIRA ABERTA
SISTEMA DE CONTROLE A MALHA 
ABERTA (SCMA)
EXEMPLO
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ACELERANDO UM AUTOMÓVEL
• Imagine um automóvel sem velocímetro. Deseja-se manter a velocidade constante em 
um determinado valor: 80km/h, por exemplo. O motorista estima então com qual pressão ele 
deverá pisar no acelerador e mantém o acelerador com esta pressão. Dependendo da 
experiência do motorista a velocidade final se manterá próxima de 80km/h, mas somente com 
muita sorte ele conseguirá manter a velocidade em 80km/h. Por outro lado, se ele precisar subir 
(descer) uma lombada, a velocidade irá diminuir (aumentar).
SISTEMA DE CONTROLE A MALHA 
ABERTA (SCMA)
EXEMPLO
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AQUECENDO UM FORNO
• Considere o controle de um forno onde um operador com uma determinada experiência, estima 
o tempo que o forno deve ficar ligado a plena potência para que a temperatura chegue a 
um determinado valor. Obviamente, apenas com muita sorte, a temperatura do forno ao final do tempo 
pré-determinado será exatamente a desejada. De uma maneira geral, a temperatura ficará um pouco 
acima ou um pouco abaixo do valor desejado. Além disto, a temperatura final do forno provavelmente 
irá variar dependendo de variações temperatura ambiente, ou seja, a temperatura interna final do forno 
será diferente se a temperatura externa for de 5ºC(inverno) ou 30ºC (verão).
SISTEMA DE CONTROLE A MALHA 
FECHADA (SCMF)
São os sistemas nos quais o SINAL DE SAÍDA AFETA A 
AÇÃO DO CONTROLE 
• Um sistema que mantém uma relação preestabelecida entre a 
grandeza de saída e a grandeza de referência (entrada), comparando-
as e utilizando a diferença como meio de controle. 
SISTEMA DE CONTROLE A MALHA 
FECHADA (SCMF)
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• Complexos
• Custo mais elevado 
• Possuem informações da variável de 
saída > Medição
Lei de 
Controle
Sistema 
Físico
Realimentação
+
SISTEMA DE CONTROLE A MALHA 
FECHADA (SCMF)
EXEMPLO
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ACELERANDO UM AUTOMÓVEL
• Considere o mesmo exemplo do automóvel. Suponha agora que o carro possui um 
velocímetro. O motorista pode então monitorar a velocidade e variar a pressão com 
que ele pisa no pedal de forma a manter a velocidade no valor desejado. Se a 
velocidade passar do valor desejado ele "alivia o pé", e, se a velocidade cair um 
pouco do valor desejado ele "pisa" um pouco mais forte no acelerador. O mesmo tipo 
de controle ele fará quando estiver subindo ou descendo uma lombada.
SISTEMA DE CONTROLE A MALHA 
FECHADA (SCMF)
EXEMPLO
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AQUECENDO UM FORNO
• Considere o mesmo exemplo do forno. Suponha agora que a temperatura interna do forno 
é medida e o seu valor é comparado com uma referência pré-estabelecida. Se a temperatura 
dentro do forno é menor que a referência, então aplica-se ao forno uma potência 
proporcional a esta diferença. Neste sentido, a temperatura dentro do forno tenderá a crescer 
diminuindo a diferença com relação a referência. No caso do erro ser negativo (temperatura 
do forno maior que o valor de referência) aciona-se um sistema de resfriamento do forno com 
potência proporcional a este erro, ou, simplesmente, se desligaria o aquecimento do mesmo. 
Desta maneira, a temperatura do forno tenderia sempre a estabilizar no valor de referência 
ou em um valor muito próximo desta, garantindo ao sistema de controle uma boa precisão.
SISTEMA DE CONTROLE A MALHA 
FECHADA (SCMF)
EXEMPLO
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SISTEMA EM 
MALHA ABERTA OU FECHADA?
POR QUÊ?
COMPONENTES DE UMA MALHA
Processo
Instrumentos de Medição 
• Informam de modo contínuo os 
valores das variáveis de processo.
Instrumentos de Controle
• Fazem a tomada de decisão e ação de 
atuação sobre o processo. 
Instrumentos de Atuação 
• Permitem implementar a ação de 
correção.
COMPONENTES DE UMA MALHA
De um modo geral, os elementos de controle são 
divididos em dois grupos
• Elementos de campo
• Elementos de painel
COMPONENTES DE UMA MALHA
ELEMENTOS DE CAMPO
Elementos primários
• são dispositivos com os quais conseguimos detectar alterações na variável de 
determinado processo;
Transmissor
• instrumento que mede uma determinada variável e a envia à distância para um 
instrumento receptor, normalmente localizado no painel. O elemento primário pode ser 
ou não parte integrante do transmissor;
Atuador
• dispositivo que atua e modifica diretamente o valor da variável manipulada de uma 
malha de controle.
COMPONENTES DE UMA MALHA
ELEMENTOS DE PAINEL
Indicador
• instrumento que nos fornece uma indicação visual da situação das variáveis no 
processo. Um indicador pode se apresentar na forma analógica ou digital
Registrador
• Instrumento que registra a variável através do traço contínuo, pontos de um 
gráfico, etc.
Conversor
• Instrumento que recebe uma informação na forma de um sinal, altera a forma 
da informação e o emite como um sinal de saída
COMPONENTES DE UMA MALHA
CONTROLADOR
• Instrumento que tem um sinal de saída que pode ser variado de modo a 
manter a variável de processo (pressão, temperatura, vazão, nível, etc.) 
dentro do "set point" estabelecido, ou para alterá-la de um valor 
previamente determinado. 
LEITURA SOBRE A AULA
GROOVER, Mikell P. Automação industrial e sistemas de 
manufatura. 3. ed. São Paulo: Pearson Prentice-Hall, 2011.
REFERÊNCIAS
LEPIKSON, Herman Augusto. Disciplina Sistemas de Manufatura 
Integrada. Salvador: Ufba, 2013. Color
BERTOL, Douglas Wildgrube. Automação. Joinville: Udesc, 2017. Color. 
CRUZ, Antônia Ferreira dos Santos. Automação Industrial: Salvador: 
Unifacs, 2019. Color.
MURARI, Mariana Lima Acioli. Automação e Instrumentação: Salvador: 
Unifacs, 2019. Color.
M. Sc. Juliana Andrade Carvalho
juliana.carvalho@unifacs.br
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