RESUMO 1B - AUTOMAÇÃO

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RESUMO – 1º BIMESTRE – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
Os modelos de produção atuais devem levar em consideração a realidade econômica mundial: Globalização, Terceirização Internacional, Terceirização Local, Fabricação Terceirizada, Expectativas de Qualidade, Necessidade de Eficiência Operacional.
PRODUÇÃO COMPETITIVA Abordagens e Tecnologias que tornam os produtores mais competitivos: Automação, Sistemas de Produção, Manufatura Flexível, Programas de Qualidade, Manufatura integrada por computador, Produção Enxuta.
SISTEMAS DE PRODUÇÃO Conjunto de pessoas e procedimentos organizados para realizar as operações de produção de uma empresa.
DUAS CATEGORIAS OU NÍVEIS: 
INSTALAÇÕES: representam as fábricas, máquinas e as ferramentas, o equipamento para tratamento de materiais, os equipamentos de inspeção e os sistemas computadorizados que controlam as operações de produção;
SISTEMAS DE APOIO À AUTOMAÇÃO: São as pessoas e procedimentos por meio dos quais uma empresa gerencia suas operações de produção;
Nos sistemas de manufatura modernos, partes dos sistemas de produção são automatizadas e ou computadorizadas, porém, incluem pessoas; 
TRÊS CATEGORIAS em termos de participação humana nos processos executados pelos Sistemas de Produção: 
SISTEMA DE TRABALHO MANUAL Utiliza pequenas ferramentas operadas manualmente. 
SISTEMA TRABALHADOR-MÁQUINA Realização de tarefa através de um equipamento motorizado – torno mecânico 
SISTEMAS AUTOMATIZADOS Realização de um trabalho por uma máquina sem a participação direta de um trabalhador humano.
Nível de automação dentro dos sistemas automatizados
Sistemas Semi-automatizados – Executa parte do ciclo de trabalho sob algum tipo de controle de programa, e um trabalhador humano executa o restante do ciclo;
Sistemas Totalmente Automatizados – Capacidade de operar por períodos mais longos, não é necessário a presença de um operador a cada ciclo;
SISTEMAS DE APOIO À PRODUÇÃO Definido por pessoas e procedimentos por meio dos quais uma empresa gerencia suas operações de produção; 
O apoio à produção envolve um ciclo de atividades de processamento de informação; Esse ciclo pode ser descrito por QUATRO FUNÇÕES: 
FUNÇÕES DE NEGÓCIOS PROJETO DO PRODUTO PLANEJAMENTO DA PRODUÇÃO CONTROLE DA PRODUÇÃO
AUTOMAÇÃO EM SISTEMAS DE PRODUÇÃO executar operações com nível reduzido de participação humana, se comparado ao processo manual equivalente. DUAS CATEGORIAS: 
SISTEMAS DE PRODUÇÃO AUTOMATIZADOS 
PODEM SER CLASSIFICADOS EM TRÊS TIPOS BÁSICOS: 
AUTOMAÇÃO PROGRAMÁVEL Sistema no qual o equipamento de produção é projetado com a capacidade de modificar a sequência de operações para acomodar diferentes configurações de produtos.
AUTOMAÇÃO FLEXÍVEL variação do sistema programável onde uma grande quantidade de peças podem ser produzidas quase sem perda de tempo e com modificações de um modelo de peça para o outro.
AUTOMAÇÃO RÍGIDA Sistema no qual a sequência das operações de processamento é definida pela configuração do equipamento; Alto investimento.
SISTEMAS COMPUTADORIZADOS DE APOIO À PRODUÇÃO 
objetivo Reduzir o volume de esforço manual e burocrático nas etapas de projeto do produto, planejamento e controle da produção e nas funções de negócio. 
AUTOMAÇÃO Tecnologia por meio da qual um processo ou procedimento é alterado sem a assistência humana; Realizado com o uso de um programa de instrução combinado a um sistema de controle q executa as instruções; 
RAZÕES PARA A AUTOMAÇÃO: Aumentar a produtividade, Reduzir os custos do trabalho, Minimizar os efeitos da falta de mão de obra qualificada, Aumentar a segurança, Melhorar a qualidade do produto, Diminuir o tempo de produção.
ESTRATÉGIA DE MIGRAÇÃO PARA A AUTOMAÇÃO • Fase 1 – Produção manual • Fase 2 – Produção automatizada • Fase 3 – Produção automatizada 
ELEMENTOS BÁSICOS DE UM SISTEMA DE AUTOMATIZADO: 
– ENERGIA PARA REALIZAÇÃO DO PROCESSO AUTOMATIZADO 
– PROGRAMA DE INSTRUÇÕES 
– SISTEMA DE CONTROLE
FUNÇÕES AVANÇADAS DE AUTOMAÇÃO Monitoramento da segurança, Manutenção e diagnósticos de reparação, Detecção e recuperação de erros.
NÍVEIS DE AUTOMAÇÃO
ELEMENTOS BÁSICOS DE UM SISTEMA DE AUTOMAÇÃO 
ENERGIA PARA CONCLUIR O PROCESSO; 
• A principal fonte de energia é a eletricidade; 
• A energia elétrica apresenta muitas vantagens nos processos automatizados ou não: 
– Amplamente disponível a um custo moderado; 
– Pode ser convertida em energia mecânica, térmica, luminosa, acústica hidráulica e pneumática;
– Em níveis baixos, pode ser usada para a transmissão de sinal, comunicação e armazenamento de dados; 
– Podem ser armazenadas em fontes externas de energia; 
• Energia para automação
– Unidade controladora – controladores baseados em computadores; 
– Energia para enviar sinais de controle – sinais de comando - atuadores;
– Coleta de dados e processamento de informação – coleta de dados e manutenção de registros - redes 
UM PROGRAMA DE CICLO DE TRABALHO - pode envolver Parâmetros do processo e Variáveis do processo: 
• Programa de ciclo de trabalho, tomada de decisões no ciclo programado
– Nos processos mais simples, o ciclo de trabalho é formado essencialmente por uma etapa que envolve manter um único parâmetro do processo em um nível definido. 
– Os parâmetros do processo são entradas do processo como: configuração da temperatura de um forno, válvula aberta ou fechada.
– As variáveis do processo identificam os parâmetros do processo que são saídas do processo: temperatura atual de um forno, a posição atual do eixo.
• Programação das instruções para direcionar o processo
– São as ações realizadas por um processo automatizado; 
– As ações podem ser simples, uma variável controlada ou com mais de uma;
– Pode ser feita via hardware com relés e temporizadores; 
– Via controladores programáveis; 
• Tomada de decisões no ciclo de trabalho programado 
– Muitas operações automatizadas demandam de tomada de decisões durante o ciclo de trabalho programado, para lidar com as variações; 
– Instruções são incorporadas no programa regular; 
• Interação com o operador – caixa eletrônico;
• Diferentes modelos de produtos ou peças processadas pelo sistema – linha de montagem de veículos – pontos de solda – hatch/sedã;
• Variações na unidade de trabalho inicial (matéria prima) – variação no material que entra no processo
SISTEMA DE CONTROLE PARA EXECUTAR AS INSTRUÇÕES 
• O elemento de controle de um sistema automatizado executa o programa de instruções; 
• O Controle do sistema pode ser em malha fechada ou aberta; 
• Malha Fechada
– Parâmetro de entrada – Valor desejado; 
– Processo – operação ou função sendo controlada;
– Variável de saída – variável sendo controlada ou do processo; 
– Sensor por realimentação – usado para medir a variável de saída; 
– Controlador – compara a saída com a entrada e faz os ajustes; 
– Atuador – dispositivos físicos que executam as ações de controle; 
• Malha Aberta 
– Não feita a leitura da variável de saída;
– Esse sistema opera sem a malha de realimentação; 
– É mais simples; 
– Mais barato; 
– Usado em sistemas de posicionamento simples; 
– A função do atuador é confiável;
FUNÇÕES AVANÇADAS DE AUTOMAÇÃO 
Monitoramento da segurança 
• Uso de sensores para rastrear a operação do sistema e identificar condições e eventos arriscados ou potencialmente arriscados; 
• Programado para responder as condições de risco de forma apropriada; 
• Usado para proteger o trabalhador humano e os equipamentos associados ao sistema; – Utiliza sensores para monitorar o sistema; – Pode responder de forma diferente par a diferentes situações: 
• Parada total do sistema, alarmes sonoros e visuais, redução de velocidade;
• Um determinado sistema de segurança está limitado a responder às condições de risco segundo possíveis irregularidades previstas pelo projetista do sistema; 
Manutenção e diagnósticos de reparação 
• Capacidade do sistema se auto diagnosticar ou auxiliar na identificação da fonte de maus funcionamentos; 
• Três modos de operação: 
– Monitoramento da condição dos sensores - faz a leitura dos mesmos e informa seu status; 
– Diagnósticode falhas - nesse modo o sistema compara os valores atuais das variáveis com os valores registrados antes da falha – identificar a causa das falhas; 
– Recomendação de procedimento de reparo – o sistema recomenda a equipe de reparos as etapas que deve ser realizadas para o reparo; 
Detecção e recuperação de erros Uso de computadores para executar as funções de diagnóstico e correção do erro;
Detecção do erro 
–Utiliza sensores para identificar desvios ou mau funcionamento, interpretar o sinal do sensor e classificar o erro;
–Erros comuns de projeto são: 
•A antecipação de todos os erros possíveis em determinado processo; 
•A especificação dos sistemas de sensores adequados, associados ao software que irá interpretar o erro e o sistema capaz de reconhecer cada erro; 
• Recuperação de erros 
– Preocupa-se com a aplicação de medidas corretivas necessárias para tratar o erro e restaurar o sistema; 
– A dificuldade está em projetar um sistema de recuperação de erros está na definição de estratégias e procedimentos apropriados para corrigir ou compensar os vários erros possíveis; 
• Tipos de estratégias: 
– Realizar ajustes no fim do ciclo de trabalho – estratégia usada para baixo nível de urgência – sub-rotina executada automaticamente no final do ciclo; 
– Realizar ajustes durante o ciclo atual – estratégia usada em alto nível de urgência – subrotina executada durante o ciclo – deve ser possível concluir a ação corretiva (automaticamente) enquanto o ciclo de trabalho ainda está em execução; 
– Parar o processo para efetuar a ação corretiva – requer a suspenção do ciclo de trabalho durante a ação corretiva; 
•Assume-se que o sistema é capaz de se recuperar automaticamente do erro sem assistência humana; 
•No fim da ação corretiva o trabalho regular é retomado;
 – Parar o processo e solicitar auxilio – nesse caso o erro não pode ser resolvido por meio de procedimentos automatizados; 
•É necessária a assistência humana; 
NÍVEIS DE AUTOMAÇÃO 
• Varia de acordo com o nível de automação aplicado a uma planta de produção; 
1. Nível do Dispositivo – É o nível mais baixo da nossa hierarquia de automação; Inclui atuadores, sensores, e outros componentes de hardware incluídos no nível da máquina. São combinados em loops individuais de controle; 
2. Nível de máquina – CNC, robôs industriais, transportadores elétricos e veículos guiados automatizados; Funções de controle incluem a execução da sequencia de etapas no programa de instruções na ordem correta e a certificação de que cada etapa foi executada; 
3. Nível da célula ou da máquina – Grupo de máquinas ou estações de trabalho conectadas e apoiadas por um sistema de manuseio de materiais, computador ou outro equipamento apropriado; Funções – expedição de peças e carregamento da máquina, coordenação das máquinas com os sistemas e manuseio de materiais, coleta e avaliação dos dados de inspeção; 63 08:31
 4. Nível de fábrica – Recebe instruções do sistema de informações corporativas e as traduz em planos operacionais para a produção; Funções – processamento de pedidos, planejamento de processos, controle de estoque, aquisição, planejamento de requisitos de materiais, controle de chão de fábrica e controle de qualidade; 
5. Nível de empreendimento – Formado pelos sistemas de informações corporativas; Funções necessárias para o gerenciamento da empresa – marketing e vendas, contabilidade, projetos, pesquisa, planejamento agregado e plano mestre de produção;
• Computador digital opera com sinal digital (binário) • Alguns dados do processo são – contínuos ou analógicos; 
• COMPONENTES: 
– SENSORES para medir as variáveis contínuas e discretas do processo; 
– ATUADORES acionam os parâmetros contínuos e discretos do processo; 
– CONVERSORES A/D Dispositivos que convertem sinais analógicos contínuos em dados digitais; 
– CONVERSORES D/A Dispositivos que convertem dados digitais em sinais analógicos; 
– DISPOSITIVOS DE ENTRADA E SAÍDA PARA DADOS DISCRETOS
Sensor é um dispositivo que converte uma variável física de uma forma em outra mais útil para a aplicação; Possibilita a conversão de uma variável física em elétrica;
CLASSIFICAÇÃO DOS SENSORES CONFORME O ESTÍMULO:
CATEGORIA DE ESTÍMULO		EXEMPLO DE VARIÁVEIS FÍSICAS 
Mecânico 				Posição, velocidade, aceleração, torque 
Elétrico 				Tensão, corrente, condutividade, capacitância 
Térmico 				Temperatura, calor, fluxo de calor 
Radiação 				Raio gama, raio x, luz visível, 
Magnético 				Campo magnético, fluxo, permeabilidade 
Químico 				Níveis de pH, concentração, poluentes. 
TIPOS DE SENSORES 
• Sensores analógicos 
– Produz um sinal analógico continuo como um sinal elétrico; 
– O sinal elétrico varia conforme a variável medida; 
• Sensores discretos 
– Possui uma saída binária – 0 ou 1; 
– Sensores fotoelétricos, interruptores; 
• Sensores ativos ou passivos 
– Responde a estímulos sem a necessidade de energia externa - Termopar; 
– Sensores passivo requer uma fonte externa de energia para operar - Termistor;
FUNÇÃO DE TRANSFERÊNCIA: 
É a relação entre o valor do estímulo físico na entrada do sensor e o valor do sinal produzido em sua saída; Para cada sensor existe uma função de transferência específica;
ATUADORES 
• Dispositivo de hardware que converte um sinal elétrico de comando do controlador em uma mudança em um parâmetro físico; 
• É um transdutor – converte uma quantidade física (corrente elétrica) em outra (posição ou velocidade) 
• TIPOS: 
– Elétrico – utiliza energia elétrica como força propulsora; 
– Hidráulico – Utiliza fluido como força propulsora; 
• Grande força mecânica; 
– Pneumático – utiliza ar comprimido como força propulsora; 
– Todos podem ser lineares (deslocamento linear) ou rotacionais (deslocamento angular)
	
ATUADORES ELÉTRICOS 
Motores elétricos 
– CA 
• Motores síncronos; – Utiliza um dispositivo denominado excitador para sincronizar a velocidade do campo magnético com a rotação do motor; 
• Motores de indução; – Não utilizam escovas; – Mais usados – fácil manutenção; 
– CC – utiliza escovas para alterar a polaridade relativa entre o estator e o rotor; 
• As escovas apresentam desgastes com o uso e fonte primária de energia usada é a CA; 
• Mais opções para a curva Torque/Velocidade; 
Motor de Passo 
– Fornece rotação na forma de deslocamentos angulares discretos chamados de passos; 
– A rotação angular total é controlada pelo número de pulsos;
INVERSORES DE FREQUÊNCIA 
Inversores de frequência são equipamentos de baixo custo para o controle da velocidade de motores de indução trifásicos, o que gera uma economia de energia sem prejudicar a qualidade final do sistema
FUNCIONAMENTO 
• O funcionamento de um motor elétrico de indução trifásico, apenas “imita” a frequência da rede onde está ligado; 
• A frequência da rede de corrente alternada é a quantidade de vezes que ela alterna por segundo e é através da unidade Hertz (Hz), ou seja, uma rede de 60Hz alterna 60 vezes em um segundo; 
• Essa tensão oscilante passa pelas bobinas do motor e forma um campo giratório e o motor tende a segui-lo, então, quanto mais alta for a frequência, mais rápido será esse campo e mais rápido o motor tenderá a girar; 
• O inversor de frequência tem como principal função alterar a frequência da rede que alimenta o motor, fazendo com que o motor siga frequências diferentes das fornecidas pela rede, que é sempre constante; 
INVERSORES DE FREQUÊNCIA 
• Pontos de atuação; 
• Bombas: variação de vazão de líquidos; 
• Ventiladores / Exaustores: variação de vazão de ar; 
• Sistemas de transporte: variação da velocidade de transporte; 
• Sistemas de dosagem: variação da velocidade de alimentação; 
• Tornos: variação da velocidade de corte; 
1º Bloco – CPU 
• Bloco onde todas as informações (parâmetros e dados do sistema) estão armazenadas; 
• CPU armazena os dados e parâmetros relativos ao equipamento e executa a função mais vital para o funcionamento do inversor: geração dos pulsos de disparo, por meio de uma lógica de controle coerente, para os IGBT’s (circuito de saída do inversor). 
2º Bloco – IHM 
• Possibilitavisualizar algumas grandezas do motor: tensão corrente, frequência, status de alarme, entre outras funções; 
• É também possível visualizar o sentido de giro, verificar o modo de operação (local ou remoto), ligar ou desligar o inversor, variar a velocidade, alterar parâmetros e outras funções; 
3º Bloco – Interfaces 
• Bloco responsável pela entrada e saída de variáveis analógicas e digitais no inversor; 
• Configuração; 
• Status de funcionamento; 
• Visualizar e configurar alarmes; 
• Entrada de comandos; 
4º Bloco – Etapa de Potência 
• A etapa de potência é constituída por um circuito retificador, que alimenta (através de um circuito intermediário denominado "barramento DC") o circuito de saída inversor (módulo IGBT); 
SISTEMAS DE ENTRADAS E SAÍDAS DE DADOS
• O sistema de entrada e de saída de dados é composto por dispositivos responsáveis pela interligação entre o homem e a máquina; 
IHM 
• Interface homem máquina (IHM): é um dispositivo de entrada/saída de dados, em que o operador pode entrar com os valores dos parâmetros de operação; 
• Também pode ter acesso aos dados de operação do conversor, velocidade do motor, corrente, indicação de erro etc. 
ENTRADAS E SAÍDAS ANALÓGICAS 
• Entradas e saídas analógicas: Controle e monitoração através de sinais eletrônicos analógicos, isto é, sinais em tensão (0..10 Vcc) ou em corrente (0....20 mA, 4 ...20 mA) e que permitem basicamente fazer o controle de velocidade (entrada) e leituras de corrente ou velocidade (saída). 
ENTRADAS E SAÍDAS DIGITAIS 
• Entradas e saídas digitais: são o meio de controlar monitorar o conversor através de sinais digitais discretos, como chaves liga/desliga; • Esse tipo de controle permite basicamente ter acesso a funções simples, como: seleção de sentido de rotação, bloqueio, seleção de velocidades etc. 
INTERFACE DE COMUNICAÇÃO SERIAL 
• Usado para controlar e monitorar o inversor a distância; 
• Essa comunicação é executada por pares de fios, podendo ser conectados vários conversores a um computador central ou operado por CLP, por redes field bus, RS 232 ou RS485, entre outras; 
CONSIDERAÇÕES FINAIS 
• Perda de potência – como a forma de onda fornecida pelo inversor não é senoidal, existe uma perda de potência no motor de 15% aproximadamente; • A isolação das espiras é afetada pela taxa de variação da tensão no tempo, deve-se especificar um motor com uma classe de tensão de no mínimo600v; • Distorção de harmônica; 
CONVERSORES ANALÓGICO-DIGITAL 
• Converte variáveis analógicas em digitais; 
• Para serem utilizados pelos computadores, digitais, as variáveis analógicas precisam ser convertidas em digitais; 
ETAPAS PARA A CONVERSÃO: 
– Sensor e transdutor;
– Condicionamento do sinal
• Filtragem para remoção de ruídos; 
• Conversão do sinal – Tensão para corrente; 
– Multiplexador – utilizado para compartilhar o tempo do conversor A/D entre os canais de entrada – reduz custos com conversores A/D; 
– Amplificador – torna o sinal de entrada compatível com a faixa do conversor; 
– Conversor A/D – converte o sinal analógico de entrada em sinal digital;
CONVERSORES ANALÓGICO-DIGITAL 
• No conversor analógico Digital, conversão do sinal de analógico para digital ocorre em TRÊS FASES: 
– TAXA DE AMOSTRAGEM 
• Conversão do sinal contínuo em uma série de sinais analógicos discretos em intervalos periódicos.
• Quanto maior a taxa de amostragem mais próxima da forma de onda contínua do sinal analógico.
– QUANTIZAÇÃO 
• Cada sinal analógico discreto é atribuído a um dos números finitos dos níveis de amplitude definidos.
– CODIFICAÇÃO 
• Os níveis de amplitude discretos são convertidos em código digital;
MÉTODOS DE CONVERSÃO 
• Método de aproximação sucessiva; 
– Técnica mais comum;
– Um série de tensões de referencia é sucessivamente comparada com o sinal de entrada; 
– O número de tensões de referência determina o número de bit´s usados na codificação;
– A primeira tensão de referencia é metade da faixa de trabalho do A.D.C.; 
CONVERSORES DIGITAL-ANALÓGICO 
• DAC é o processo de conversão de um sinal digital em analógico;.
• É composto por DUAS ETAPAS: 
– Decodificação – Conversão da saída digital em uma série de valores analógicos; A decodificação é alcançada por meio da transferência do valor digital do computador para um registro binário que controla uma fonte tensão de referencia.
– Exploração de dados – Conversão dos valores digitais em um sinal contínuo.