Introdução à Automação Industrial

Prévia do material em texto

Automação
Aula 1 – Introdução aos sistemas de produção e de automação industrial
Prof. Bruno Moser
Desafios
Produzir em baixa escala com custo competitivo produtos especiais;
Produzir produtos especiais em grande escala sob medida;
Identificar Lacunas de oportunidade de elevação de produção
Antecipação de eventos de Operação e Manutenção
CONTROLE E INTRUMENTAÇÃO
A instrumentação pode ser definida como a ciência que estuda, desenvolve e aplica instrumentos de medição e controle de processos. É empregada desde em processos simples como o controle de temperatura em uma residência até no controle de processos críticos como reatores nucleares.
Em controle de processos o objetivo básico é manter uma determinada variável em um valor desejado mesmo quando ela for submetida a perturbações externas.
Instrumentação
De uma forma simplificada, um instrumento é um dispositivo que transforma uma variável física de interesse (pressão, temperatura etc.) em um formato passível de medi- ção por um instrumento
Sinais típicos de variáveis de processo e de saída
Primeira Parte
Controle e Sensores
Níveis de automação e sistemas
Nível 1: Chão de fábrica
Máquinas, dispositivos, componentes
Ex.: linhas e máquinas 
Nível 2: Controle
Controladores e redes de campo
Ex.: CLP, PC industrial, painéis
Nível 3: Supervisão
Supervisórios e IHMs
Informações dos nível 1
Ex.: sala de supervisão
Nível 4: Gerenciamento da planta
Controle e planejamento do processo
Controle, banco de dados e relatórios
Ex. Bigdate e IA
Nível 5: Gerenciamento corporativo
Administração dos recursos
Gestão de venda, RH, financeiro
Componentes Elétrico 
1 – Transformador
2 – CLP
3 – fonte de alimentação CC 
4 – switch industrial Ethernet:
5 – Disjuntor:
6 – Chave Seccionadora Geral:
7.  Canaletas:
13 – Rele Térmico ou de Sobrecarga:
14 – Contator
Tipos de controle
Controle Dinâmico(Físicos)
Definido em função do tempo
Automação Industrial de Controle de processos 
Automação Contínua
Controle Lógico
Definido em função de eventos/causas
Automação Discreta
Logica de Boole
Conceitos básicos de controle de processos
Em todos os processos industriais é indispensável o controle das variáveis, tais como: PRESSÃO, NÍVEL, VAZÃO, TEMPERATURA, pH, CONDUTIVIDADE, VELOCIDADE, UMIDADE, etc. 
Sendo assim, para que haja um perfeito controle, empregasse em alguns sistemas: 
Sistema em malha aberta; 
Sistema em malha fechada.
Conceitos básicos de controle de processos
Medição de um estado ou condição de um processo.
Um controlador calcula uma ação com base em um valor medido de acordo com um valor desejado.
Um sinal de saída resultante dos cálculos do controlador é utilizado para manipular uma ação do processo na forma de um atuador.
O processo reage ao sinal aplicado, mudando o seu estado ou condição.
Conceitos básicos de controle de processos
Variável de processo (PV): é a variável que se deseja controlar em um processo
Setpoint (SP): é o valor que se deseja manter para a variável de processo.
Variável manipulada (MV): grandeza que é alterada para manter a variável de pro- cesso no valor desejado (setpoint)
Erro = SP – PV	
Ex:?
Elementos do controle dinâmico
Variável controlada
Grandeza física de relação direta ao mensurando (temperatura, pressão, etc)
Perturbação
Interferências do ambiente diretas na variável controlada
Variável manipulada
Tem natureza diferente à controlada, mas a afeta diretamente (nível de corrente, p.e)
Valor de referência (set point)
Valor alvo do controle, geralmente descrito em termos da grandeza controlada
Erro atuante
Diferença atual entre o set point e a variável controlada (aferida)
Ruído
Ruído obtido na medição da variável controlada
Sistema em Malha Aberta
Informação sobre a variável controlada não é utilizada para ajustar qualquer das variáveis de entrada.
Sistema em Malha Fechada
Variáveis controladas sofrem correções a medida que as variáveis de entrada são atuadas
Sistemas Dinâmicos
Exemplo
O Transmissor de temperatura, através do sensor, fornece o sinal (elétrico), que representa o estado do processo sendo controlado. Os Controlador de Temperatura e Registrador compara o Valor com a Ref. e abre ou fecha o Vávula para manter o processo em equilíbrio.
Exemplo
Variável de processo (PV): temperatura da água de saída;
 Variável manipulada (MV): vazão de vapor de entrada;
 Setpoint (SP): temperatura desejada da água de saída.
Transdutores e conversores
Transdutor é um dispositivo que converte um sinal mecânico em sinal elétrico.
Conversor é um dispositivo que traduz um tipo de sinal em outro tipo
Transmissor
É um dispositivo que converte o sinal de leitura de um elemento primário de medição em um sinal padrão e o transmite a um mostrador ou controlador
 Indicadores e Controlador
Grande parte dos instrumentos é conectada em um sistema de controle, mas às vezes os operadores precisam verificar a temperatura no chão de fábrica em um ponto de medição e isso só é possível por meio de um indicador.
Dispositivo que recebe dados de um instrumento de medida, compara-os com um deter- minado setpoint e, se necessário, envia sinais a um elemento de controle para tomar ações cor- retivas
Controladores Lógicos Programáveis (CLPs)
A finalidade dos CLPs é desempenhar funções lógicas, sequenciais, temporização, con- tagem e aritmética, para controlar, através de entradas e saídas digitais ou analógicas, vários tipos de máquinas ou processos.
Sinais empregados
Sinal digitais: a saída do dispositivo somente assume valores “0” ou “1” lógicos (também denominadas saída liga-desliga ou on-off). Esse tipo de sensor só é capaz de indicar se uma grandeza física atingiu um valor predeterminado (exemplo: pressostatos, termostatos, chaves de nível etc.)
Sinal analógicas: Sinais analógicos: o padrão mais comum de sinais elétricos é em corrente de 4 a 20 mA.
Simbologia empregada em instrumentação (diagramas P&I)
Esses diagramas são largamente utilizados para a descrição detalhada de projetos de malhas de controle
ISA-S5.1
Símbolos
Uma única linha horizontal através do centro da forma indica que o instrumento ou função está em uma locação primária (sala de comando). Uma linha dupla indica que o instru- mento está em uma locação auxiliar (rack de instrumentos). A ausência de linha indica que o elemento está montado no campo, e a linha tracejada indica que o instrumento é inacessível (colocado atrás da porta de um painel). 
Sinais
 Letras de identificação
a variável a ser medida, como vazão, temperatura, pressão;
a função do dispositivo (transmissor, chave, válvula, controlador); 
modificadores (alto, baixo, diferencial, segurança).
EX:
FIC (controlador indicador de vazão). 
PT (transmissor de pressão). 
TT (transmissor de temperatura).
Números nas simbologias P&I representam o tag do instrumento.
A primeira letra de identificação é a variável do processo medida.
As letras subsequentes (segundo grupo de letras) indicam as funções do instrumento na seguinte ordem
Exercicio
Resposta
(a) A primeira letra, T, indica que a variável de medição é a temperatura e o instrumento está na malha de controle número 178. A segunda letra, Y, representa a conversão de um sinal de 4 a 20 mA em um de pressão 3 a 15 psi. O instrumento está localizado no campo. Esse instrumento é um conversor de temperatura.
(b) Nesse instrumento, a letra F indica que a variável em que está inserido o instrumento é vazão, e C representa a função de controlador colocado na malha 97 com sinais de entrada e de saída elétricos. Esse instrumento está na sala de controle, e é denominado controlador de vazão.
(c) A letra P informa que a malha é de pressão. R é registrador e T é transmissor. Esse instrumento é aplicado na malha número 89 com sinais de entrada e de saída elétricos, alocado em um painel secundário,e também possui uma função secundária de CLP. Trata-se de um transmissor registrador de temperatura.
(d) A primeira letra, L, representa nível, A indica alarme e H indica alto. Trata-se de um alarme para nível alto localizado na malha 222 com sinais de entrada e de saída elétricos e não acessível.
Simbologia:Atuadores
Exercicio: Descreva
Resposta
Na representação dessa malha de controle, temos a seguinte descrição: 
o transmissor de pressão é chamado de PT-401; 
a saída do transmissor de pressão é um sinal elétrico (linha tracejada); 
o controlador é designado como PIC-401 (indicador controlador de pressão); 
a saída do controlador é um sinal elétrico (linha tracejada); 
o sinal elétrico de saída é convertido em pneumático pelo conversor I/P (PY-401); 
o sinal de pressão é enviado à válvula pneumática.