Automação. Douglas Wildgrube Bertol DEE - Engenharia Elétrica CCT

(1)

Douglas Wildgrube Bertol

DEE - Engenharia Elétrica | CCT

Automação

(2)

2

Automação

O que significa automatizar?

• Conceitos básicos de automação;

• Arquitetura de automação (modelo CIM);

• Elementos componentes de uma

automação.

(3)

3

Automação

• Definição; • Histórico;

• A automação em nossas vidas; • A automação no meio produtivo;

• Pirâmide da Automação (arquitetura); • Aspectos da automação;

• Razões para automação industrial; • Variedades de automação.

(4)

4

Definição

• Etimologia:

• latim Automatum, que significa mover-se por si; • Da palavra Automation (1960);

• Participação do computador no controle automático industrial.

• Definição:

“Qualquer sistema, apoiado em computadores, que

substitui o trabalho humano, visando soluções

rápidas e econômicas para atingir os objetivos da indústria, dos serviços ou bem estar”

(5)

5

Definição

• Mecanização: visa prover operadores humanos com máquinas que os assistem de modo a atender requisitos físicos do trabalho (força, velocidade, etc.);

• Automatização ou Automação: visa substituir o operador humano por dispositivos de comando e

controle computadorizado, reduzindo (ou

eliminando) necessidade de uso de habilidades mentais e sensoriais humanas.

(6)

6

Histórico

• Desde o inicio da civilização, o homem tem procurado facilitar seu trabalho, seja pela

exploração de outros seres humanos (mão de obra escrava) ou pela criação de máquinas que fazem parte do trabalho (ou todo);

• Herão (≈10 a 75 d.C.), filósofo natural que viveu na Alexandria (Egito sob controle grego),

descreveu a primeira máquina à vapor (eolípila) em 69 d.C.;

• Estrutura econômica da época não permitiu vislumbrar aplicações úteis para a eolípila e era utilizado apenas para recreação

(devido principalmente a existência de

(7)

7

Histórico

• Uso mais extensivo de máquinas ocorreu a partir do século XVIII, com a Revolução Industrial (Inglaterra 1750, EUA 1800);

• A Revolução Industrial ocorreu por circunstâncias favoráveis dos pontos de vista:

• Socioeconômico: surgimento do capitalismo, abolição da escravatura, entre outros fatores; • Científico/tecnológico: desenvolvimento da

física e da química, descoberta e disponibilidade da eletricidade, reinvenção das máquinas a

vapor e aperfeiçoamento dos processos industriais.

(8)

8

Histórico

• Em 1698, Thomas Savery (1650-1715), mecânico inglês, patenteou a primeira máquina à vapor

realmente prática, uma bomba para drenagem de água de minas.

(9)

9

Histórico

• Em 1712, Thomas Newcomen (1663-1729), ferreiro inglês, inventou outra máquina à vapor para esvaziamento da água de infiltração das minas.

(10)

10

Histórico

• Em 1769, James Watt aperfeiçoa o modelo de Newcomen. Seu invento deflagra a revolução

industrial e serve de base para a mecanização de toda a indústria

(11)

11

Histórico

• George Stephenson revoluciona os transportes com a invenção da locomotiva a vapor;

• Em 1785, Matthew Boulton começa a construir as máquinas projetadas por Watt (empresário

(12)

12

Histórico

• Produtividade antes da Revolução Industrial era baixa (produção artesanal);

• O aperfeiçoamento dos processos de produção aliado a introdução das máquinas conduziram a:

• grande aumento de produtividade; produção em

massa: produtos mais baratos e acessíveis a um público consumidor muito maior;

• posterior saturação do mercado mundial, já no século XX.

(13)

13

Histórico

• Saturação dos mercados levou a uma crise no

sistema de produção capitalista (década de 70 do século XX);

• Alternativas propostas para a crise:

• Diversificação e individualização dos produtos para atrair consumidores;

• Redução da vida útil dos produtos;

• Incorporação das últimas inovações tecnológicas ao produto.

• Consumidores se aliam para exigir qualidade dos produtos;

• Requisitos impostos à indústria: menor tempo de projeto, desenvolvimento e produção.

(14)

14

• Problema: máquinas e processos de produção concebidos para produção em massa não foram projetados para sofrer alterações frequentes. Falta

flexibilidade!

• Solução: introdução da Informática nos sistemas industriais de produção

• reestruturação do setor produtivo: computador não só no laboratório mas também na empresa!

• computador possibilitou surgimento da Automação Flexível, baseada na ideia de equipamentos

programáveis;

• equipamentos podem ter sua função e operação alterada modificando apenas o software.

cenário - problema

(15)

15

Histórico

• Tecnologias antigas: concentradas no estudo das melhores formas de manipulação de energia e de materiais;

• Novas tecnologias: concentradas na manipulação da

informação;

• Hoje temos sistemas computacionais em todos os setores da fábrica:

• máquinas-ferramenta com CNC;

• lógicas de comando a relés substituídas por CLPs, sensores e atuadores microprocessados;

• processos contínuos usam controladores digitais programáveis;

• homem substituído em muitas funções por robôs programáveis.

(16)

16

Histórico

• Equipamentos programáveis tem que poder trocar informações entre si -> redes locais industriais de comunicação (LANs);

• Introduzidos sistemas computacionais que permitem a programação de aplicações

compartilhadas por vários computadores → sistemas distribuídos;

• Tais sistemas requerem técnicas especiais de programação → ex.: programação concorrente; • Muitas aplicações exigem soluções não

convencionais → técnicas de inteligência artificial usadas em subsistemas (sistemas especialistas, lógica fuzzy, redes neurais, etc).

(17)

17

Automação em nossas vidas

• Objetivo: facilitar nossas vidas • Em casa: • lavando roupa; • esquentando leite; • abrindo o portão; • lavando louça. • Na rua: • sacando dinheiro; • dirigindo pelas ruas; • fazendo compras.

(18)

18

• No lazer:

• comprando um refrigerante; • caminhando numa esteira; • assistindo um filme; • jogando um videogame. • No trabalho: • registrando o ponto; • programando um robô; • recebendo matéria-prima; • estocando produto acabado; • fazendo controle de qualidade;

• controlando temperatura de um tanque de água; • controlando a temperatura do escritório;

• acionando o sistema de combate à incêndio. Automação em nossas vidas

(19)

19

Automação no meio produtivo

• Objetivos: facilitar os processos produtivos • Componentes básicos

• sensoriamento;

• comparação e controle; • atuação.

• Automação industrial = sistema otimizado

• menor custo;

• maior quantidade; • menor tempo;

(20)

20 • Qualidade

• garantir uma produção com as mesmas características e alta produtividade;

• Automação no meio ambiente

• cumprimento de novas normas; • sistemas de controle de efluentes; • sistemas de controle de gases. • Importância para a Indústria:

• sobrevivência;

• garantia de competição no mercado; • substitui o homem:

• tarefas repetitivas; • ambientes perigosos; • ambientes insalubres; • grande esforço físico.

(21)

21

Automação no meio produtivo

• Transforma a estrutura da força de trabalho

• qualitativamente; • quantitativamente; • exige treinamento;

• qualificação da força de trabalho; • melhoria das condições de

trabalho. • Desafio:

• inserir o homem no contexto da automatização sem traumatismo, sem desemprego, tendo somente um saldo positivo.

“O risco que se corre ao se introduzir novas tecnologias é menor do que aquele que se corre ao não

(22)

22

*ERP - Enterprise Resource Planning / MES - Manufacturing Execution System

Pirâmide da Automação

(23)

23

*ERP - Enterprise Resource Planning / MES - Manufacturing Execution System

(24)

24

• Dispositivos

• motores, componentes, válvulas, transdutores, inversores.

(25)

25

• Controle

• Informações do nível 0;

• IHMs, CLPs, CNCs, robôs, máquinas ferramentas.

(26)

26

• Supervisão

• Informações dos nível 1; • SCADA, sala de supervisão.

(27)

27

• Execução

• Banco de dados, índices, relatórios, logística, controle de estoque.

(28)

28

• Planejamento

• planejar a produção em função da sazonalidade do

mercado, administração dos recursos financeiros, vendas, RH.

(29)

29

Aspectos da Automação Industrial

• Computadores especializados (controladores programáveis)

• controle lógico; • controle dinâmico;

• simples reprogramações.

• Computadores de processo

• coletar informações do processo para criar um modelo matemático;

• sintetizar leis de controle ótimo; • simular desempenhos;

• implantar leis de controle;

• facilitar interfaces com supervisores.

(30)

30

• CLP’s (controladores lógicos programáveis) - 1968

• memória programável para instruções; • energização / desenergização; • temporização; • contagem; • sequenciamento; • operações matemáticas; • manipulação de dados. • Quem inventou o CLP? ‒ General Motors (GM) principal componente

(31)

31

(32)

32

• Automação industrial de controle de processos (automação contínua)

• Utiliza medidas das saídas do sistema a fim de

melhorar o seu desempenho operacional, através de realimentação.

• incalculável poder tecnológico • aperfeiçoamento de processos • velocidade

• precisão

(33)

33

• Controle da temperatura de um aquário

(34)

34

• Objetivo: manter a água em torno de 25ºC

(35)

35

• Automação industrial de manufatura (automação discreta)

• Utiliza sinais sempre discretos em amplitude, geralmente binários e operações não lineares.

• Circuitos (elétricos, hidráulicos, pneumáticos etc) • Variáveis binárias ( 0 ou 1)

• Circuitos de redes lógicas:

• Combinatórias (sem memórias nem temporizações) • Projeto com álgebra booleana

• Descrever, analisar e simplificar com auxílio de Tabelas da verdade e Diagramas de relés

• Sequenciais (memória, temporizadores e entrada de sinais) • Teoria dos autômatos

• Redes de Petri

• Cadeias de Markov

• Simulação em computador

(36)

36

• Prensa de alavanca

‒ botões de segurança

(37)

37

Razões para a automação industrial

• Repetibilidade e maior qualidade na produção;

• Realização de tarefas impossíveis ou agressivas ao homem;

• Rapidez de resposta ao atendimento da produção;

‒ Flexibilidade;

• Restabelecimento mais rápido do sistema produtivo; • Redução dos custos de produção;

‒ menores perdas de materiais; ‒ menor custo de capital;

• Redução de área;

• Possibilidade de sistemas interligados.

(38)

38

Variedades de automação

• Automações especializadas (menor complexidade)

‒ exemplo: automação interna aos aparelhos eletrônicos, telefones, eletrodomésticos, automóveis;

‒ microprocessadores;

‒ programação em linguagem de máquina; ‒ memória ROM.

• Grandes sistemas de automação (maior

complexidade)

‒ exemplo: controladores de voos nos aeroportos, controle metroviário, sistemas militares;

‒ programação comercial e científica em software de tempo real.

•Automações Industriais de âmbito local (média

complexidade)

‒ exemplo: transportadores, processos químicos, térmicos, gerenciadores de energia e de edifícios;