Automação
FUMEP – Fundaçao Municipal de Ensino de Piracicaba EEP – Escola de Engenharia de Piracicaba COTIP – Colégio Técnico Industrial de Piracicaba CURSO DE AUTOMAÇAO INDUSTRIAL prof. Msc. Marcelo Eurípedes da Silva Piracicaba, 05 de Setembro de 2007 1 – Introdução A palavra automação está diretamente ligada ao controle automático, ou seja ações que não dependem discutiVel pois a “mã 6 homem” sempre ser ec wipe next page a construção e implementação dos objetivo deste trabalho este Este conceito é la não seria possível ntretanto nao é o tipo de abordagem filosófica, ou sociológica.
Historicamente, o surgimento da automação está ligado com a mecanização, sendo multo antigo, remontando da época de 3500 e 3200 a. C. , com a utilização da roda. O objetivo era sempre o mesmo, o de simplificar o trabalho do homem, de forma a substituir o esforço braçal por outros meios e mecanismos, liberando o tempo disponível para outros afazeres, valorizando o tempo útil para as atividades do intelecto, das artes, lazer ou simplesmente entretenimento (Silveira & Santos, 1998). Enfim, nos tempos modernos, entende-se por automação qualquer sistema apoiado em Produção.
Sob o ponto de vista produtivo, a automação industrial pode ser dividida em três classes: a rígida, a flexível e a programável, aplicadas a grandes, médios e pequenos lotes de fabricação, respectivamente (Rosário, 2005). Ainda segundo Rosário (2005), a automação industrial pode ser entendida como uma tecnologia integradora de três áreas: a eletrônica responsável pelo hardware, a mecânica na forma de dispositivos mecânicos (atuadores) e a informática responsável pelo software que irá controlar todo o sistema.
Desse modo, para efetivar projetos nesta Érea exige-se uma rande gama de conhecimentos, impondo uma formação muito ampla e diversificada dos projetistas, ou então um trabalho de equipe muito bem coordenado com perfis interdisciplinares. Os grandes projetos neste campo envolvem uma infinidade de profissionais e os custos são suportados geralmente por grandes empresas. Recentemente, para formar profissionais aptos ao trabalho com automação, surgiu a disciplina “mecatrônica”.
Entretanto é uma tarefa muito difícil a absorção de forma completa todos os conhecimentos necessários, e este profissional com certeza se torna um “generalista” que eventualmente pode precisar da ajuda de specialistas de outras áreas. Este ainda é um desafio didático a ser resolvido, mas ainda existe uma alternativa que é a criação de equipes multidisciplinares. Apostila de Automação Industrial – Prof. Marcelo Eurípedes – Página 2-2 2 OF e açúcar. A diferença está no número de elementos monitorados e controlados, denominados de “pontos”.
Estes podem ser simples válvulas ou servomotores, cuja eletrônica de controle é bem complexa. De uma forma geral o processo sob controle tem o diagrama semelhante ao mostrado na figura 1 . 1, onde os citados pontos correspondem tanto aos atuadores quanto aos ensores. PROCESSO ATUADOR SENSOR CONTOLADOR Diagrama simplificado de um sistema de controle Figura 1. 1 – automático Os sensores são os elementos que fornecem informações sobre o sistema, correspondendo as entradas do controlador.
Esses podem indicar variáveis físicas, tais como pressão e temperatura, ou simples estados, tal como um fim-de-curso posicionado em um cilindro pneumático. Os atuadores são os dispositivos responsáveis pela realização de trabalho no processo ao qual está se aplicando a automação. Podem ser magnéticos, hidráulicos, pneumáticos, elétricos, ou S nto misto. lementos é similar a uma estrutura organizacional do tipo funcional. A figura 1 2 mostra de forma simplificada este tipo de organização. Apostila de Automação Industrial – prof.
Marcelo Eurípedes Página 3 -3 Sistemas Gerenciais Supervisório Terceira Camada CLP Segunda Camada Primeira Primeira Camada Sensores e Atuadores Figura 1. 2 – Arquitetura de rede simplificada para um sistema automatizado Nota-se que os elementos mostrados na figura 1 . 1 pertencem a primeira e segunda camadas. Na terceira camada estão os sistemas supervisórios, operados pela “mão humana”, onde são tomadas decisões importantes no rocesso, tal como paradas programadas de máquina e alterações no volume de produção.
Esses também estão integrados com os sistemas erenciais, responsáveis pela contabilidade dos produto 4 somente estudar estes elementos. Para os atuadores, só para os motores de indução, existe uma grande quantidade de bibliografia disponvel, e anda tem-se os Motores de Passo e os Servomotores. Como foi dito, a cadeia de automação ainda consiste na comunicação de dados entre os elementos, o que leva um estudo a parte das redes industrias. Apostila de Automação ndustrial – Prof. Marcelo Eurípedes –
Página 4-4 Algum tempo atrás, principalmente nas indústrias químicas, existia o esquema de controle centralizado, possível com a introdução da instrumentação eletrônica- Neste conceito existia uma sala localizada a grandes distâncias do núcleo operacional. Esta destinava-se a centralizar todo o controle efetuado ao longo do parque fabril. Atualmente existem diversas outras salas de controle, distribuídas geograficamente, interligadas entre si e a uma sala central de supervisão. Surgiu então o conceito do controle distribuído. Uma das derivações da estratégia de controle distribuído é a do
SDCD – Sistema Digital de Controle Distribuido. Este se caracteriza pelos diferentes níveis hierárquicos estabelecidos pela comunicabilidade entre uma máquina de estado (processo propriamente dito) e outras. Enfim, devido a esta grande variedade de conhecimentos, como já dito anteriormente, o foco des na programação dos 2 – Variáveis de Controle Como foi dito no capítulo anterior, para controlar um processo o CLP usa de informações vindas de sensores. Através das instruções gravadas em sua memória interna ela comanda os atuadores, que exercem o trabalho sobre o sistema.
Conceitualmente designa-se o sensores de entradas e os atuadores de saídas, sendo que ambas podem ser representadas matematicamente por variáveis. Em automação, estas podem ser dividias em analógicas e digitais. As variáveis analógicas são aquelas que variam continuamente com o tempo, conforme mostra a figura 2. 1(a). Elas são comumente encontradas em processos químicos advindas de sensores de pressão, temperatura e outras variáveis físicas. As variáveis discretas, ou digitais, são aquelas que variam discretamente com o tempo, como pode ser visto na figura 2. 1(b). Figura 2. – Variáveis analógicas e digitais Dessa forma podemos definir o Controle Analógico como aquele que se destina ao monitoramento das variáveis analógicas e ao controle discreto como sendo o monitoramento das variáveis discretas. O primeiro tipo englobar variáveis discretas, consistindo assim em um conceito mais amplo. Ainda no controle analógico podemos separar entradas convencionais, tais como comandos do operador, o retas gerais, das entradas 6 Neste tipo de controle, onde as saídas são medidas para cálculo da estratégia de controle dizemos que há uma “realimentação”.
Esse sistema é conhecido como sistema em “malha fechada”. Se não há a medição das saídas dizemos que o sistema tem “malha aberta” Página 6 -6 Entradas Referência CONTROLADOR Saídas Sensores Figura 2. 2 – Estratégia de controle analógico com realimentação A automação, como a imaginamos, tem a ver mais com o comando sequencial de ações que visam a fabricação, transporte ou inspeção de produtos. Desse modo, trabalhase muito mais com variáveis digitais, e por isso será as mesmas serão focalizadas no curso.
O tratamento das variáveis analógicas são tema da disciplina “Engenharia de Controle”. 2. 1 – Diferentes tipos de entradas e saídas Como iá dito antes, estare o o comportamento do Alguns exemplos são mostrados na figura 2. 3, dentre elas: as botoeiras (23a), válvulas eletro pneumáticas (2. 3b) , os pressostatos (2. 3c) e os termostatos (2. 3d). Figura 2. 3 – Tipos de entradas discretas Página 7 -7 B) Entradas multi-bits: são intermediárias as entradas discretas e as analógicas. Estas destinam-se a controles mais precisos como no caso do motor de passo ou servomotores.
A diferença para as entradas analógicas é que estas não exigem um conversor analógico digital na entrada do controlador. Um exemplo clássico é o dos Encoders, utilizados para medição de velocidade e posicionamento (figura 2. 4). Figura 2. 4 – Exemplos de entradas multi-bits – Encoders C) Entradas analógicas: como o próprio nome já diz elas medem as grandezas de forma analógica. Para trabalhar com este tipo de entrada os controladores tem conversores analógico-digitais (A/D). Atualmente no mercado os conversores de 10 bits são os mais populares.
As principais medidas feitas de forma analógica são a temperatura e pressão. Na figura 2. 5 tem-se mostra-se o exemplo de sensores de pressão ou termopares. Figura 2. 5 – Exemplos de entradas analógicas – Termopares D) Saídas discretas: são aquelas que exigem do controlador apenas um pulso que determinará o seu acionamento ou desacionamento. Como exemplo têm-se elemento 8 OF Eur(pedes – Página 8 – 8 Figura 2. 6 — Exemplos de saídas discretas E) Saídas multi-bits: têm o conceito de operação semelhante as entradas da mesma categoria. Como principais exemplos têm-se os drivers dos Motores de Passo (figura 2. a) e os servomotores (figura 2. 7b). Figura 2. 7 Exemplos de saídas multi-bits: Motor de passo e Servomotor F) Saídas analógicas: como dito anteriormente, de forma similar o controlador necessita de m conversor digital para analógico (DIA), para trabalhar com este tipo de saída. Os exemplos mais comuns são: válvula proporcional, acionamento de motores DC, displays gráficos, entre outros. Página 9 -9 3 – Revisão de comandos elétricos Conceitualmente o estudo da eletricidade é divido em três grandes áreas: a geração, a distribuição e o uso.
Dentre elas a disciplina de comandos elétricos está direcionada ao uso desta energia, assim pressupõe-se neste texto que a energia já foi gerada, transportada a altas tensões e posteriormente reduzida aos valores de consumo, com o uso de ransformadores apropriados. Por definição os comandos elétricos tem por finalidade a manobra de motores elétricos que são os elementos finais de potência em um circuito automatizado. Entende-se Estima-se que 40% do consumo de energia no pais é destinada ao acionamento dos motores elétricos (Filippo Filho, 2000).
No setor industrial, mais da metade da energia é consumida por motores. Os Servomotores e Motores de passo necessitam de um “driver” próprio para o seu acionamento, tais conceitos fogem do escopo deste curso. Dentre os motores restantes, os que ainda têm a maior aplicação no âmbito industrial são os otores de indução trifásicos, pois em comparação com os motores de corrente contínua, de mesma potência, eles tem menor tamanho, menor peso e exigem menos manutenção.
A figura 3. 1 mostra um motor de indução trifásico t[pico. Existem diversas aplicações para os motores de indução, dentre elas pode-se citar: O transporte de fluídos Incompressíveis, onde se encontram as bombas de água e óleo; O processamento de materiais metálicos, representado pelas furadeiras, prensas, tornos; A manipulação de cargas feita pelos elevadores, pontes rolantes, talhas, guindastes, correias transportadoras entre outros. 0 DF 56