CURSO DE automação industrial-cap 1 e 2

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AUTOMAÇÃO 
INDUSTRIAL
PROF. RENATO CAVALCANTE
1. Introdução à automação industrial
2. Conceitos e definições
3. Controle de sistemas a eventos discretos
4. Modelagem das tarefas de controle
5. Descrição do algoritmo de controle
6. Diagrama de relés
7. Noções de Comandos Elétricos
8. CLPs
9. Programação do CLPs
10. Aplicação de CLPs nos sistemas práticos
11. Redes PETRI
12. Desenvolvimento de controle por rede PETRI 
13. Metodologia de projeto de controle automação
1. Introdução à automação industrial
2. Conceitos e definições
3. Controle de sistemas a eventos discretos
4. Modelagem das tarefas de controle
5. Descrição do algoritmo de controle
6. Diagrama de relés
7. Noções de Comandos Elétricos
8. CLPs
9. Programação do CLPs
10. Aplicação de CLPs nos sistemas práticos
11. Redes PETRI
12. Desenvolvimento de controle por rede PETRI 
13. Metodologia de projeto de controle automação
BIBLIOGRAFIA
1. MORAES, CÍCERO COUTO DE; CASTRUCCI, PLÍNIO DE LAURO, 2001
- Engenharia de Automação Industrial- Hardware e Software,
Redes de Petri, Sistemas de Manufatura, Gestão da Automação-
LTC- Livros Técnicos e Científicos. Editora S.A. (leitura obrigatória).
2. PIRES, NORBERTO, 2002 - Automação Industrial- Automação,
Robótica, Software Distribuído, Aplicações Industrias- ETEP,
Edição Técnicas e Profissionais, Lisboa, Portugal.
3. ROSÁRIO, JOÃO MAURÍCIO, 2005 - Princípios de Mecatrônica-
Editora Pearson.
4. FIALHO, ARIVELTO BUSTAMANTE, 2003 - Automação Pneumática-
Projetos, Dimensionamento e Análise de Circuitos- Ed. Érica LTDA.
5. NATALE, FERDINANDO, 2000 - Automação Industrial-Série
Brasileira de Tecnologia - Editora Érica LTDA.
6. SILVEIRA, P. R., SANTOS,W. E., 1998 - Automação e Controle
Discreto - Editora Érica LTDA.
1 - Introdução à automação industrial
1 - Introdução à automação industrial
Você já reparou que a automação faz parte do dia-a-dia do
homem moderno?
Pela manhã, o smartphone automaticamente dispara o alarme
que você programou para acordá-lo.
Enquanto está se arrumando, alguém esquenta o pão para o café
da manhã numa torradeira elétrica, ajustando o tempo de
aquecimento.
1 - Introdução à automação industrial
Na sala, a Smart TV pode ser programada para ligar na hora do
jornal da manhã.
Quando a casa esquenta pela incidência dos raios solares, o ar
condicionado insufla mais ar frio, mantendo a temperatura
agradável.
Esses simples fatos evidenciam como a automação faz parte da
vida cotidiana.
1 - Introdução à automação industrial
Estes e outros exemplos mostram que o ser humano busca
melhorar seu dia-a-dia em vários aspectos, através da
mecanização e na automação.
As primeiras iniciativas do homem para mecanizar atividades
manuais ocorreram na pré-história.
Invenções como a roda, o moinho movido por vento ou força
animal e as rodas d’água demonstram a criatividade do homem
para poupar esforço.
1 - Introdução à automação industrial
Porém, a automação só ganhou destaque na sociedade quando o
sistema de produção agrário e artesanal transformou-se em
industrial, a partir da segunda metade do século XVIII, inicialmente
na Inglaterra.
Os sistemas inteiramente automáticos surgiram no início do século
XX.
Entretanto, bem antes disso foram inventados dispositivos simples
e semiautomáticos.
1 - Introdução à automação industrial
Por volta de 1788, James Watt desenvolveu um mecanismo de
regulagem do fluxo de vapor em máquinas, mostrado na figura
abaixo:
Isto pode ser considerado um dos primeiros sistemas de controle
com realimentação.
1 - Introdução à automação industrial
A partir de 1870, também a energia elétrica passou a ser utilizada
e a estimular indústrias como a do aço, a química e a de máquinas-
ferramenta.
O setor de transportes progrediu bastante graças à expansão das
estradas de ferro e à indústria naval.
No século XX, a tecnologia da automação passou a contar com
computadores, servomecanismos e controladores programáveis.
Os computadores são os alicerces de toda a tecnologia da
automação contemporânea.
1 - Introdução à automação industrial
Encontramos exemplos de sua aplicação praticamente em todas as
áreas do conhecimento e da atividade humana.
Por exemplo, ao entrarmos num banco para retirar um simples
extrato somos obrigados a interagir com um computador.
Passamos o cartão magnético, informamos nossa senha e em
poucos segundos obtemos a movimentação bancária impressa.
1 - Introdução à automação industrial
A origem do computador está relacionada à necessidade de
automatizar cálculos, evidenciada inicialmente no uso de ábacos
pelos babilônios, entre 2000 e 3000 a.C.
No último século, houve um avanço gigantesco na evolução do
computador, destacando-se em 4 gerações:
-1ª geração de computadores: Desenvolvimento do primeiro
computador de grande porte (em 1946), completamente
eletrônico. Funcionava com válvulas e tinha a capacidade de
realizar até 5 mil cálculos aritméticos por segundo.
1 - Introdução à automação industrial
- 2ª geração de computadores: É marcada pelo uso de transistores
(1952). Consomem menos energia e são mais confiáveis. Seu
tamanho era cem vezes menor que o de uma válvula, permitindo
que os computadores ocupassem muito menos espaço.
- 3ª geração de computadores: É marcada pelo avanço
tecnológico, onde foi possível colocar milhares de transistores
numa pastilha de silício de 1 cm², o que resultou no circuito
integrado (CI).
1 - Introdução à automação industrial
4ª geração de computadores: Surgiram os circuitos integrados em
escala muito grande (VLSI). Foram então criados os computadores
pessoais, de tamanho reduzido e baixo custo de fabricação. um
chip atual faz 50 milhões de cálculos no mesmo tempo.
A partir daí, o avanço tecnológico tomou proporções exponenciais.
Dando origem à várias terminologias usadas até hoje, tais como:
Comando numérico;
Computação Gráfica Interativa;
CAD;
Etc..
1 - Introdução à automação industrial
O computador/Controlador se tornou peça fundamental em
aplicações de automação industrial que conhecemos.
Um exemplo disso é o CLP (Controlador Lógico Programável)
aplicado especificamente à automação.
Vale ressaltar que em nosso curso vamos usar a ferramenta
computacional para diversos trabalhos relacionados à automação
industrial:
Programação;
Verificação de erros;
Simulação; Etc.
1 - Introdução à automação industrial
Mas antes de trabalharmos a automação de processos industriais,
precisamos entender alguns conceitos importantes aplicados à
automação, convenções e terminologias usadas.
Além disso, é necessário o entendimento de conceitos básicos
sobre eletricidade, eletrônica e lógica de programação.
Pois estes conteúdos são frequentes em projetos práticos de
automação industrial.
2 - Conceitos e definições
2 - Conceitos e definições
A maioria dos sistemas modernos de automação, como os
utilizados nas indústrias automobilística e petroquímica e nos
supermercados, é extremamente complexa e requer muitos ciclos
de realimentação.
Cada sistema de automação compõe-se de cinco elementos:
Acionamento: provê o sistema de energia para atingir
determinado objetivo. É o caso dos motores elétricos, pistões
hidráulicos etc.;
2 - Conceitos e definições
sensoriamento: mede o desempenho do sistema de automação
ou uma propriedade particular de algum de seus componentes.
Exemplos: termopares para medição de temperatura e encoders
para medição de velocidade;
controle: utiliza a informação dos sensores para regular o
acionamento. Por exemplo, para manter o nível de água num
reservatório, usamos um controlador de fluxo que abre ou fecha
uma válvula, de acordo com o consumo. Mesmo um robô requer
um controlador, para acionar o motor elétrico que o movimenta;
2 - Conceitos e definições
comparador ou elemento de decisão: compara os valores
medidos com valores preestabelecidos e toma a decisão de
quando atuar no sistema. Como exemplos, podemos citar os
termostatos e os programas de computadores;
programas: contêm informações de processo e permitemcontrolar as interações entre os diversos componentes.;
2 - Conceitos e definições
A automação pode ser classificada de acordo com suas diversas
áreas de aplicação. Por exemplo:
automação bancária;
Comercial;
Industrial;
Agrícola;
De comunicações;
De transportes.
2 - Conceitos e definições
A automação industrial pode ser desdobrada em automação de
planejamento, de projeto, de produção.
Essa automação pode ser classificada também quanto ao grau de
flexibilidade.
A flexibilidade de um sistema de automação depende do tipo e da
quantidade do produto desejado.
Isto significa que quanto mais variados forem os produtos e
menor a sua quantidade, mais flexível será o sistema de
automação.
2 - Conceitos e definições
O quadro a seguir apresenta uma classificação de tipos de
processo e de produção e respectivos sistemas de produção.
2 - Conceitos e definições
Automação
Comercial Industrial Comunicação Agrícola
Projeto Planejamento Produção
2 - Conceitos e definições
Documentação
Uma parte essencial de uma instalação é a documentação.
Trata-se de um requisito necessário para que uma instalação
possa ser mantida e ampliada.
Também a documentação do programa de controle deve estar
disponível tanto em papel quanto em arquivo eletrônico.
2 - Conceitos e definições
A documentação compõe-se de referências sobre cada fase do 
projeto, impressão dos programas de controle e, eventualmente, 
também outras descrições sobre este programa.
Trata-se ,portanto de:
• Memorial descritivo.
• Croquis e layouts da planta.
• Diagramas de circuitos elétricos de comando e de potência 
(unifilar ou multifilar).
• Diagramas de circuitos pneumáticos e hidráulicos.
2 - Conceitos e definições
• Desenhos técnicos de detalhamento dos componentes.
• Esquemas de conexão de bornes.
• Impressão dos programas de controle.
• Listas de alocação de entradas e saídas (fazendo parte da 
impressão do programa de controle).
• Listas de materiais.
• Outros documentos que se fizerem necessários.
2 - Conceitos e definições
Um pouco sobre Robótica
Esse termo, traduzido para o inglês tornou-se robot, e teve o seu
uso popularizado pelo escritor Issac Asimov com seu livro “Eu,
Robô”, de 1950, data em que pela primeira vez foi utilizado o termo
robótica para denominar ciência que estuda os sistemas robóticos.
Somente nas décadas de 1940 e 1950 surgiram tecnologias que
permitiriam o advento do robô industrial moderno.
Essas tecnologias foram o telecomando e o comando numérico. 
O telecomando, ou controle remoto, consistia em controlar um
atuador a distância, através de conexões elétricas.
O comando numérico, foi desenvolvido em seguida e consiste
basicamente em sistemas que podem ser programados através
de uma série de comandos que podem, representar a posição de
uma ferramenta no espaço.
2 - Conceitos e definições
A primeira patente de um dispositivo robótico foi feita por um
britânico, Cyril W. Kenward, em 1954.
Porém o conceito moderno de robô industrial foi criado por
Joseph Engelberger, que, em conjunto com o americano George C.
Devol, desenvolveu o primeiro protótipo comercial chamado
Unimate.
2 - Conceitos e definições
A primeira instalação industrial foi realizada pela Ford Motor
Company, que utilizou um modelo Unimate para realizar o
descarregamento robotizado de uma máquina de fundição sob
pressão.
2 - Conceitos e definições
Os conceitos básicos dos robôs industriais modernos permanecem
praticamente os mesmos, havendo, porém um grande
desenvolvimento dos seus Sistemas de controle, principalmente
devido ao desenvolvimento dos sistemas computadorizados.
Essa evolução permitiu um grande salto na velocidade de trabalho
e principalmente Na complexidade das tarefas Realizadas pelos
Robôs industriais.
Os sistemas de controle dos robôs normalmente estão localizados 
externamente à parte mecânica do mesmo, normalmente em um 
gabinete metálico, o qual chamamos controlador.
2 - Conceitos e definições
Esse gabinete normalmente é conectado por cabos ao atuador,
podendo portanto localizar-se a uma distância segura da área de
trabalho.
Para completar o sistema ainda temos que contar com uma fonte
de alimentação de alta potência para o acionamento dos eixos
(normalmente localizada no mesmo gabinete do controlador) e da
interface de programação do robô.
2 - Conceitos e definições
2 - Conceitos e definições
2 - Conceitos e definições
Controlador do robô
É interessante que ao imaginarmos um robô industrial, pensamos
logo no braço manipulador.
Esse elemento é obviamente o mais importante do conjunto, pois é
o responsável por realizar o trabalho útil na linha de produção.
Porém, um robô industrial depende inteiramente de outro
elemento, o controlador.
2 - Conceitos e definições
O controlador do robô é um sistema eletrônico que faz todo o
processamento de dados, gera os comandos e alimenta os
elementos do robô industrial.
Normalmente é composto por um gabinete metálico dentro do qual
estão:
Unidade lógica de comando – a maioria dos robôs industriais atuais
utiliza um microcomputador PC como unidade de comando. Esta
unidade roda o programa de comando que controla os eixos,
processa os programas do usuário e controla as interfaces de
comunicação do robô.
2 - Conceitos e definições
Interface de programação – são as interfaces que possibilitam a
interação entre o operador e o robô, permitindo acompanhar o
trabalho, realizar a programação e o diagnóstico de problemas.
Interfaces lógicas – normalmente os robôs apresentam uma placa
de entrada/ saída digital que permite a sua integração com outros
elementos do sistema, como controlar a abertura e fechamentos
dos efetuadores (garras, ventosas pneumáticas, ...).
2 - Conceitos e definições
Sistema de potência – os robôs normalmente são movimentados
utilizando-se servo-motores elétricos. Esses elementos necessitam
de altas correntes de acionamento, as quais são controladas por
circuitos eletrônicos de potência que chamamos “drivers dos eixos”.
O transformador de alimentação – gera a tensão necessária para
alimentar todos os elementos.
2 - Conceitos e definições
Robôs industriais manipuladores
“Um robô industrial é um manipulador reprogramável,
multifuncional, projetado para mover materiais, peças, ferramentas
ou dispositivos especiais em movimentos variáveis programados
para a realização de uma variedade de tarefas.”
2 - Conceitos e definições
Essa definição na verdade caracteriza os robôs manipuladores, que
são os mais utilizados nas indústrias.
Pela definição podemos extrair algumas conclusões:
A tarefa a ser realizada deve estar previamente definida pelo
programa.
Os robôs manipuladores têm como principal objetivo deslocar
materiais, que trabalharão sobre uma peça, sistemas de visão que
irão monitorar processos entre outras possibilidades.
2 - Conceitos e definições
O tipo mais conhecido de robô industrial é o braço mecânico.
Consiste em uma série de corpos rígidos interligados por juntas que
permitem um movimento relativo entre si.
Assemelhando-se assim à forma de um braço humano, e, às vezes,
quase com as mesmas possibilidades de movimentos.
Todo robô manipulador tem em algum ponto da sua estrutura física
um dispositivo chamado de efetuador, ou atuador.
2 - Conceitos e definições
Os elos são unidos por juntas
motorizadas que lhes permitem um
movimento relativo, com o acionamento
monitorado pelo sistema de controle.
A primeira junta está montada sobre uma
superfície fixa (base). No último elo existe
um flange para a montagem do efetuador
(punho).
As juntas de um robô podem ser de dois
tipos:
• Revolução (movimentos angulares)
• Prismáticas (movimento linear)
2 - Conceitos e definições
Um robô industrial pode ser classificado de diversas formas, como:
Graus de liberdade
 Geometria da cadeia cinemática
2 - Conceitos e definições
Graus de liberdade
O número total de juntas do manipulador é conhecido como graus
de liberdade.
Um manipulador típico possui 6 graus de liberdade,ou seja, é
formado por 6 juntas.
Este tipo de robô tem a capacidade de posicionar a peça em
qualquer ponto do espaço, e com qualquer orientação.
2 - Conceitos e definições
Geometria da cadeia cinemática
Essa classificação é definida pela anatomia do robô, ou seja, os tipos 
de juntas utilizados em seus três primeiros elos são:
• Articulados
• Cartesianos
• Paralelos
• SCARA
2 - Conceitos e definições
Geometria da cadeia cinemática
2 - Conceitos e definições
Tipos de programação
O programa de um robô consta basicamente de uma sequência de
pontos no espaço por onde o robô deve se mover.
Esses pontos formam a trajetória do robô.
Também pode possuir uma lógica que interaja com outros
elementos da instalação através das interfaces disponíveis do robô
(sensores, câmeras, comunicação em rede, ...)
2 - Conceitos e definições
Podemos citar 3 modos de programação:
• Programação on-line.
• Programação off-line.
• Programação híbrida off/on-line.
2 - Conceitos e definições
Programação on-line
Essa programação é feita diretamente no robô.
Foi o primeiro sistema de programação e ainda é bastante utilizado,
pois é o mais simples.
O robô é movimentado manualmente através de sua interface e os
pontos e ações são memorizados individualmente.
2 - Conceitos e definições
Programação off-line
Na programação off-line o programa é gerado fora do controlador
do robô, normalmente em um PC, e, portanto, podemos ter uma
série de ferramentas para auxiliar nesta programação.
Estas ferramentas podem ser desde simples editores de texto com
verificação de sintaxe até complexos sistemas de simulação em 3
dimensões.
2 - Conceitos e definições
Programação híbrida
É basicamente a otimização do processo de programação onde se
aproveitam as vantagens de cada método.
A lógica é programada e testada off-line com o cuidado de permitir
que os pontos possam ser adquiridos e/ou ajustados on-line.
Até Amanha