Introdução a Automação Industrial

Prévia do material em texto

INTRODUÇÃO A AUTOMAÇÃO 
INDUSTRIAL
PROFESSOR RODRIGO SILVA MARQUES 
Email: rmarques2605@gmail.com
Lattes: http://lattes.cnpq.br/3349784222975236
Linkedin: Rodrigo Marques
Contato: (91) 98747-1977
Curso: Engenharia de Produção
Carga Horária Total: 80 h
Carga Horária Teórica: 60 h
Carga Horária Prática: 20 h
Créditos: 04
mailto:rmarques2605@gmail.com
http://lattes.cnpq.br/3349784222975236
Apresentação
 Graduado em Tecnologia em Processamento de Dados – Cesupa – 1998.
 Pós-Graduado em Análise de Sistemas – UFPA - 1999.
 Mestrando Profissional em Inovação Tecnológica – UFPA.
 Trabalho na Área de TI desde 1996.
 Servidor Público do Hospital de Clinicas Gaspar Vianna desenvolvendo
atividades de Administração de Redes, Segurança e Gestão de Processos.
 Ministro cursos diversos de tecnologia em vários locais.
 Prêmio de mérito docente por dois anos consecutivos do CCET.
Apresentação da Turma
 Nome? O que faz? Além de estudar, já trabalha ou estagia?
 Qual o conhecimento na área de Tecnologia?
 O que sabe sobre Introdução a Automação Industrial?
 O que esta disciplina vai contribuir para a minha profissão?
 Conhece bem os termos: Revolução 4.0, Inteligência Artificial, Internet das
Coisas, Arduíno...
 Qual o nível do inglês? Ler? Entende? Escreve? Fala?
OBJETIVOS GERAIS DA DISCIPLINA:
 Habilitar o aluno para conhecer, caracterizar e selecionar os principais
componentes de sistemas automáticos, focado principalmente em sistema
hidráulicos e pneumáticos, assim como relacionar as principais técnicas e
ferramentas de dimensionamento destes sistemas.
EMENTA
 Introdução à automação industrial. Redes de comunicação de dados em sistemas
de automação industrial. Sistemas supervisórios e interfaces homemmáquina (IHM)
em sistemas industriais. Automação de sistemas de manufatura. Análise e
Modelagem de sistemas a eventos discretos com Redes de Petri. Introdução aos
controladores lógicos programáveis (CLPs). Sensores e atuadores industriais.
CONTEÚDO PROGRAMÁTICO
 Unidade 1 – CONCEITOS BÁSICOS
 1.1 Histórico;
 1.2 Áreas de aplicação da Automação;
 1.3 Automação: Conceitos, objetivos e desafios;
 1.4 Indústria 4.0;
 1.5 Sistemas de Automação;
 1.6 Processo em automação;
 1.7 Sistemas Supervisórios;
 1.8 Pirâmide de Automação.
 UNIDADE 2. SISTEMAS DE AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL E SEUS COMPONENTES
 2.1- Conceitos Básicos;
 2.2- Instrumentação, Transdutores, Sensores e Atuadores;
 2.3- Controlador Lógico Programável;
CONTEÚDO PROGRAMÁTICO
 UNIDADE 3. INTRODUÇÃO À PLATAFORMA DE PROTOTIPAGEM ARDUINO
 3.1 Computação Física
 3.2 Visão Geral da Plataforma Arduíno
 3.3 Elementos de Apoio ao Arduíno
Metodologia do ensino
 Metodologia do ensino e aprendizagem:
 A disciplina, dependendo de sua natureza, pode ser ministrada através de
conteúdos teóricos, conteúdos práticos, aulas de campo em instituições
específicas e ainda pode utilizar recursos de exposições dialogadas, grupos de
discussão, seminários, debates competitivos, apresentação e discussão de
filmes e casos práticos, onde os conteúdos podem ser trabalhados mais
dinamicamente, estimulando o senso crítico e científico dos alunos.
 Recursos audiovisuais:
 Laboratório de informática
 Projetor multimídia
 Vídeos Demonstrativos
 Exercícios Práticos
Metodologia Ativa
Metodologia Ativa
Metodologia Ativa
Metodologia de Avaliação
 Avaliação diária de forma individual e grupos, após apresentação do tópico 
ministrado, através de questionamentos práticos sobre o conteúdo exposto.
 Avaliação escrita através de questionamentos sobre o conteúdo.
 1ª Avaliação exercícios práticos em laboratório envolvendo questões baseadas
sobre as unidades ministradas.
 2ª Avaliação exercícios práticos em laboratório envolvendo questões baseadas
sobre as unidades ministradas.
 Avaliação Final e Segunda Chamada. A prova será Teórica em sala de aula.
(10,0 pts).
 O Conteúdo para a prova final e segunda chamada será o de todas as unidades
estudadas.
 Faltas: Até 25% do total da carga horária. Se precisar faltar avisar o líder da
turma e este me avisa.
Metodologia de Avaliação
 Aprovação por média: será considerado aprovado na disciplina, independente
de exame final, o aluno que tiver frequência mínima de 75% (setenta e cinco
por cento) da carga horária da disciplina e a média aritmética das notas
parciais igual ou superior a 8,0 (oito).
 Exame final: será submetido ao exame final o aluno com frequência mínima
de 75% (setenta e cinco por cento) da carga horária da disciplina e média
aritmética das notas parciais igual ou superior a 4,0 (quatro) e inferior a 8,0
(oito).
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 REFERÊNCIAS:
 ROSARIO, JOAO MAURICIO. Automação Industrial. Editora:BARAUNA
 BOYER, S. A. Supervisory Control and Data Acquisition.International Society for
Measurement and Control. Carolina do Norte, 1993.
 SCADA System Application Guide. Rockwell International Company, 1996. Intouch
User’s Guide. Wonderware Corporation, 1995.
 MORAES, C. C. & CASTRUCCI, P. L. Engenharia de Automação Industrial. LTC –
Livros Técnicos e Científicos Editora S. A, 2001.
 Supervisão de sistemas. Notas de Aula. HUMBERTO ARAÚJO DA SILVA. UFRN.
 BARROS, TIAGO. Notas de aula do curso "Arduino completo".
 PEREZ, ANDERSON L. F E DARÓS, RENAN R. Notas de aula do curso Oficina de
Robótica
 Programação em Arduino (módulo básico) – UFSC – Oficina de Robótica – 2013.
 Arduino – SILVEIRA, JOÃO A. Cartilha de Programação em C para Arduino, 2012.
 LIMA, PAULO. Notas de aula da disciplina "Introdução a Programação de Produtos
Interativos".
Datas Importantes
 1ª Avaliação – 08/04/2020
 2ª Avaliação – 22/04/2020
 2ª Chamada e Avaliação Final – 22/04/2020
Desafio da Pizza, topam?
 1 – Se todos alunos da turma tirarem 10 nas duas primeiras avaliações, eu
pago 4 pizzas da forneria (ou pizzaria similar bbb) para toda a turma.
 2 – Se todos alunos da turma passarem por média eu pago 2 pizzas da
forneria (ou pizzaria similar bbb) para toda a turma.
 3 – Se pelo menos um aluno da turma não passar por média, a turma paga
2 pizzas da forneria (ou pizzaria similar bbb) para mim.
Um pouco de Engenharia de Produção no 
Brasil
../5 Dicas Para Você Ser Um Ótimo ENGENHEIRO DE PRODUÇÃO!.mp4
../5 Dicas Para Você Ser Um Ótimo ENGENHEIRO DE PRODUÇÃO!.mp4
Unidade 1 – Conceitos Básicos
 1.1 Histórico;
 1.2 Áreas de aplicação da Automação;
 1.3 Automação: Conceitos, objetivos e desafios;
 1.4 Indústria 4.0;
 1.5 Sistemas de Automação;
 1.6 Processo em automação;
 1.7 Sistemas Supervisórios;
 1.8 Pirâmide de Automação.
Unidade 1 – Conceitos Básicos
Unidade 1 – Conceitos Básico
 Histórico – Século XVII
 Na metade do século XVII, a sociedade agrária e artesanal tornou-se industrial,
utilizando vapor como forma de energia;
 Por volta de 1788 James Watt desenvolveu um mecanismo de regulagem
do fluxo de vapor em máquinas;
Unidade 1 – Conceitos Básico
 Histórico – Século XVIII
 Início das linhas de montagem idealizadas por Henry Ford (indústria
automobilística);
Linha de Montagem
Produção Final
Unidade 1 – Conceitos Básico
 Histórico – Séculos XIX
 Herman Hollerith, cria um sistema de cartões perfurados que podiam ser lidos por
máquinas. Sua invenção conclui a apuração do censo americano em apenas 1
ano, o que antes era feito em 7 anos;
Leitora Hollerith e cartão
Unidade 1 – Conceitos Básico
 Curiosidades
 Em 1770, o barão Von Kempelen apresentou um autômato capaz de jogar xadrez
contra jogadores humanos;
 A máquina ficou conhecida como o Turco, pois efetuava os seus movimentos
através de um braço mecânico de um marionete, com bigode e turbante;
 A marionete estava ligada a uma cabine onde, supostamente, estaria o "cérebro"
da máquina;
 Antes e depois dos jogos, a cabine era aberta para mostrar à audiência que a
máquina operava sozinha sem qualquer intervenção humana.
Unidade 1 – Conceitos Básico
 A Máquina deVon Kempelen
Unidade 1 – Conceitos Básico
 O segredo de Von Kempelen ?
 Uma das teorias sobre a máquina de Von Kempelen é que dentro da máquina
estava, de fato, escondido um enxadrista, normalmente de baixa estatura, para
mais facilmente se esconder e movimentava as peças.
../O Turco, o maior jogador de xadrez de todos os tempos.mp4
Unidade 1 – Conceitos Básico
 Automação X Máquina de Von Kempelen
 Apesar do Turco ter um "processador" humano ou não (rsrs), vamos usá-lo para
ilustrar as características essenciais que os sistemas de Automação apresentam
atualmente;
 O autômato inclui hardware e software;
 O hardware, usado para interagir com o ambiente, é composto por sensores
(detecção das peças do adversário) e atuadores (braço mecânico);
 O software (o intelecto do enxadrista ou ???) controla as ações do hardware;
 O sistema responde às jogadas do adversário dentro de um intervalo de tempo
aceitável em jogos de xadrez.
Unidade 1 – Conceitos Básico
 Histórico – Século XX
 Surgem os primeiros microprocessadores comerciais (anos 70);
 Barateamento do hardware (anos 80);
 Computadores começam a ser utilizados para apoiar as três tecnologias:
 Projeto assistido por Computador
 CAD (Computer-Aided Design)
 Fabricação assistida por computador
 CAM (Computer-Aided Manufacturing)
 Engenharia assistida por computador
 CAE (Computer-Aided Engineering)
 O que é CAD, CAM, CAE
../O que é CAD, CAE e CAM.mp4
Unidade 1 – Conceitos Básico
 Áreas de aplicação da Automação
 Automação Comercial:
 Sistemas Integrados (Estoque / Vendas / Faturamento, etc;);
 Automação Industrial:
 Sistemas CAD/CAM/CAE;
 Sistemas de Supervisão de Equipamentos;
 Automação Bancária:
 Caixas Automáticos;
 Home Banking, Celular Banking;
Unidade 1 – Conceitos Básico
 Sistemas de Automação (Conceito)
 Conjunto de equipamentos e tecnologias que permitem a uma máquina ou
processo industrial trabalhar automaticamente, ou seja, com a mínima
intervenção humana;
 Ao homem cabe o papel de programar, parametrizar ou supervisionar o
sistema para que este funcione de acordo com os padrões desejados.
 Substituem o homem em tarefas repetitivas, ambientes perigosos/insalubres e em
tarefas que requerem grande esforço físico.
Unidade 1 – Conceitos Básico
 Objetivos da Automação
 Melhorar a produtividade, aumentando o número de itens produzidos de forma a
reduzir os custos de produção e aumentar a qualidade;
 Melhorar as condições de trabalho das pessoas eliminando trabalhos perigosos e
aumentado a segurança;
 Realizar operações que seriam impossíveis de controlar intelectualmente ou
manualmente.
 Simplificar a operação e manutenção de modo que o operador não precise ter
grande expertise ao manusear o processo de produção.
Unidade 1 – Conceitos Básico
 Automação Industrial – Desafios
 Desafio central:
 Inserir o homem no contexto da automatização sem traumatismo, sem
desemprego, tendo somente um saldo positivo.
Unidade 1 – Conceitos Básico
 Homem X Máquina (exemplo)
 Robô de costura: pode substituir uma linha convencional composta por 10
funcionários, produzindo 1.142 camisetas;
 10 Humanos: produzem 669 camisetas em uma jornada de trabalho de oito horas.
../Homem x Máquina- O futuro do mercado de trabalho.mp4
../Homem x Máquina- O futuro do mercado de trabalho.mp4
Unidade 1 – Conceitos Básico
 Desafio - Adaptar o perfil profissional as novas necessidades do mercado
 Mercado de trabalho passa por mudanças;
 Surgimento/crescimento de diferentes profissões.
Unidade 1 – Conceitos Básico
 Industria 4.0
 As 3 primeiras revoluções industriais trouxeram a produção em massa, as linhas
de montagem, a eletricidade e a tecnologia da informação;
 A quarta revolução industrial, terá um impacto mais profundo e exponencial,
utiliza um conjunto de tecnologias que permitem a fusão do mundo físico, digital
e biológico.
Unidade 1 – Conceitos Básico
 Principais tecnologias
 As principais tecnologias que permitem a fusão dos mundos físico, digital e
biológico são a Manufatura Aditiva, a IA, a IoT, a Biologia Sintética e os
Sistemas Ciber Físicos (CPS).
Unidade 1 – Conceitos Básico
 Desafios e Expectativas
 Há grandes desafios para a economia brasileira, em especial para a indústria. Os
dados apontam a quarta revolução industrial como uma oportunidade para o país.
Unidade 1 – Conceitos Básico
 Relatório "Readiness for the Future of Production Report 2018"
Unidade 1 – Conceitos Básico
 Vídeos sobre a Indústria 4.0
 https://g1.globo.com/jornal-da-globo/edicao/2018/12/26/industria-40-
veja-todos-os-videos-da-serie-especial.ghtm
 Vídeo 1
 Vídeo 2
 Vídeo 3
../CS_Test_0010.mp4
../CS_Test_0011.mp4
../CS_Test_0014.mp4
Unidade 1 – Conceitos Básico
 Tempos de resposta em Automação
 Em alguns sistemas de automação o tempo para a execução de uma tarefa deve
ser cumprido independente da carga do sistema;
 Esse tempo (T) varia de tarefa para tarefa:
 Painel de cotações da bolsa: alguns minutos;
 Freios automotivos: alguns milissegundos;
 Em alguns sistemas críticos, a execução da tarefa precisará ser executada num
tem T determinado, caso contrário, acidentes poderão ocorrer!
Unidade 1 – Conceitos Básico
 Soft X Hard (Real time)
 Em soft real-time, o sistema costuma garantir um tempo de execução apenas
probabilístico (a maioria das tarefas é executada no tempo determinado);
 Em hard real-time, o sistema deve garantir um tempo de execução
determinístico (todas as tarefas são TEM que executar no tempo determinado,
que é mínimo).
Unidade 1 – Conceitos Básico
 Automação - Custos envolvidos
 O custo para automatizar um processo deve ser analisado com bastante cautela,
pois erros de cálculo podem gerar enormes prejuízos a uma empresa;
 Deve-se calcular o custo total de propriedade (Total Cost of Ownership – TCO ),
os custos envolvidos de dividem em:
 Custos de aquisição: essa categoria compreende a compra de hardware/software;
 Custos de implementação: nessa categoria poderá ocorrer contratação de
consultores externos, que envolve configurações de sistema, instalação de
hardware e software, entre outras atividades correlatas;
 Custos de suporte e manutenção: implementação de novas funcionalidades ou
sistemas, garantias, licenças, atualizações e atividades correlatas;
Unidade 1 – Conceitos Básico
 Tipos de sistemas de automação em relação a modificação da planta
 Sistema rígido de automação:
 Não permite modificações no sistema e em seus componentes.
 Sistema flexível de automação:
 Permite pequenas modificações no sistema e em seus componentes.
Unidade 1 – Conceitos Básico
 Sistemas rígidos de automação
 Baseada em uma linha de produção especialmente projetada para a fabricação de
um produto específico;
 Volume de produção elevado, o equipamento é projetado para produzir grandes
quantidades de um único produto ou uma única peça de forma rápida e eficiente,
ou seja, alta taxa de produção;
 O risco dos sistemas rígidos de automação é a necessidade de modificar o
produto, isso poderá tornar todo o sistema obsoleto.
 Ex: Produção de componentes mecânicos simples como arruelas e parafusos.
Unidade 1 – Conceitos Básico
 Sistemas flexíveis de automação
 Permitem que o equipamento seja programado para produzir uma variedade de
produtos com algumas características diferentes, porém a variedade dessas
características é limitada;
 Indicado para um volume médio de produção, são utilizados, normalmente, na
fabricação de produtos em etapas, permitem algumas mudanças na fabricação de
uma peça que irá compor o todo (produto final);
 Ex: Sistemas que produzem partes de um veículo, fabricam peças com diferentes
dimensões e/ou diferentes materiais, são utilizados na linha de montagem
automotiva.
Unidade 1 – Conceitos Básico
 Sistemas de controle em Automação
 Sistemas em Malha Aberta
 Sistemas em Malha Fechada
Unidade 1 – Conceitos Básico
 Sistemas emMalha Aberta
 Não há controle automático dos equipamentos envolvidos;
 Exemplo: Alimentação de água para um reservatório comandada por uma válvula
manual, é necessário que um operador controle manualmente o nível do
reservatório;
 Um operador regula o nível de água de forma manual.
Unidade 1 – Conceitos Básico
 Sistemas em Malha Fechada
 O sistema possui mecanismos de controle automático dos equipamentos
envolvidos;
 Exemplo: Alimentação de água para um reservatório com controlador automático
de nível, o controle manual é substituído por um controlador (hardware);
 O sensor envia sinais ao controlador, que enviará sinais de controle para
abrir ou fechar a válvula para regular a entrada de água no reservatório.
Unidade 1 – Conceitos Básico
 Sistemas de Malha Fechada X Malha Aberta
Unidade 1 – Conceitos Básico
 Processo – Definição
 Conjunto de operações e/ou transformações realizadas sobre um ou mais
materiais, com a finalidade de variar pelo menos uma de suas propriedades físicas
ou químicas;
 Um processo industrial pode envolver uma operação mecânica, um circuito
elétrico, uma reação química ou uma combinação desses.
Unidade 1 – Conceitos Básico
 Tipos de Processo:
 Processo Contínuo;
 Processo Descontínuo / Batelada.
Unidade 1 – Conceitos Básico
 Processo Contínuo
 Tem por objetivo a quantidade elevada de fabricação de um produto durante o
menor tempo possível;
 De maneira contínua o material utilizado na fabricação do produto se move com
pequenas interrupções entre etapas até chegar a produto acabado;
 A matéria prima entra num lado do sistema e o produto final sai do outro,
continuamente.
 Ex: As indústrias petroquímicas, siderúrgicas, papel entre outras.
Unidade 1 – Conceitos Básico
 Processo Descontínuo ou Batelada
 Envolve um processamento em etapas, após finalizada uma etapa, a saída desta
etapa servirá de entrada para outra etapa do processo até se chegar no produto
final;
 Cada etapa do processo em batelada pode ser considerada como um processo
contínuo, com um tempo relativamente pequeno;
 Maior tempo de fabricação do produto final.
 Ex: Fabricação de Cerveja.
Unidade 1 – Conceitos Básico
 Variáveis do Processo
 São entidades matemáticas associadas a fenômenos físicos/químicos. Em um
processo industrial, estas variáveis podem ser associadas a:
 Pressão;
 Temperatura;
 Posição;
 Vazão;
 Velocidade, etc.
Unidade 1 – Conceitos Básico
 Tipos de Variáveis
 Analógicas:
 Quando pode assumir infinitos valores (dentro de uma faixa de valor máximo e
mínimo) durante um intervalo de tempo.
 Digitais:
 Quando só pode assumir dois valores (alto ou baixo, ligado ou desligado)
Unidade 1 – Conceitos Básico
 Variável Analógica – Exemplo
 O conjunto formado pelo resistor variável e uma boia (sensor) informa
continuamente ao indicador a quantidade de combustível existente no tanque.
Unidade 1 – Conceitos Básico
 Variável Digital – Exemplo
 Controle de nível em tanques: Controla apenas valores absolutos, mostra se o
nível do tanque atingiu ou não um determinado valor.
Unidade 1 – Conceitos Básico
 Exemplos de Sensores
 ANALÓGICOS
 Sensores de temperatura: 0 – 100ºC
 Sensores de Umidade: 0 – 100%
 Sensores de Pressão: 0 – 10 bar
 Sensores de Luminosidade: LDR – Resistor Dependente de Luz (0Ω – MΩ).
 DIGITAIS
 Sensores de Presença
 Botões
 Estado de lógicos:
 Ligado → 1
 Desligado → 0.
Unidade 1 – Conceitos Básico
 Visão macro do Sistema Supervisório
 A interface recebe os sinais vindos do CLP e do operador e pode enviar sinais para
o CLP atuar nos equipamentos instalados na planta.
Unidade 1 – Conceitos Básico
 Interface de Controle do Sistema Supervisório
 Aplicativo supervisório serve para configurar telas de operação com:
 Instrumentos virtuais;
 Botões virtuais para atuar no processo em modo manual;
 Gráficos e relatórios;
 Login de operadores com senhas.
Unidade 1 – Conceitos Básico
 Exemplo de Interface
../O que é software Scada-.mp4
Unidade 1 – Conceitos Básico
 Exemplo de Alarme
Unidade 1 – Conceitos Básico
 Visão Geral
Unidade 1 – Conceitos Básico
 Arquitetura da Automação Industrial
 A chamada "pirâmide da automação industrial" é utilizada para representar os
diferentes níveis do processo de automação industrial.
Você Sabia
Unidade 1 – Conceitos Básico
 Atividade Final da Unidade
 A seguir são apresentados 10 temas relacionados diretamente a área de
automação, cada tema deverá produzir uma apresentação de 10 minutos em sala
de aula;
 Os temas deverão ser apresentados por 10 equipes (no máximo 4 alunos por
equipe);
 O formato da apresentação deverá ser feito em slides, que abordem os principais
aspectos de cada tema;
 Todos os alunos da equipe deverão apresentar o trabalho, os alunos que faltarem
a apresentação não receberão o ponto da atividade;
 No dia da apresentação, cada equipe deverá entregar um resenha (IMPRESSA) do
tema, onde deverá constar o título do trabalho e os nomes dos integrantes da
equipe.
Unidade 1 – Conceitos Básico
 Lista de Temas
 1. O Ensino da Indústria 4.0
 2. A segurança de dados na Indústria 4.0
 3. A Internet das Coisas na Indústria 4.0
 4. Utilização de Big Data na Indústria 4.0
 5. Indústria 4.0: Projeto e Implantação na Automação Industrial
 6. O Futuro do Emprego na Indústria 4.0
 7. A evolução da Automação Industrial no contexto da Digitalização e Indústria 4.0
 8. Indústria 4.0: Uma Visão da Automação Industrial
 9. Cloud Computing na Automação Industrial
 10. Integradores de Sistemas de Automação Industrial e os desafios da Indústria
4.0.