UNIVERSIDADE NORTE DO PARANÁ
BACHARELADO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
CONTROLE E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL:
Avanço e surgimento de novas tecnologias
Gabriel Dos Santos Neto
EUNÁPOLIS – BA
2021
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Avanços e Desafios da Automação Industrial: Eficiência, Tecnologias e Perspectivas, Manuais, Projetos, Pesquisas de Automação
Uma pesquisa sobre a automação industrial atual, seus benefícios, desafios e tendências. Ele discute o avanço de novas tecnologias, como a bioautomação, nanotecnologia e tic, e como elas influenciam a produção industrial. Além disso, o texto aborda o funcionamento de sistemas de automação industrial, como controladores lógicos programáveis (clp), robôs e comandos numéricos computadorizados (cnc). Finalmente, ele apresenta os desafios da automação industrial para o futuro.
O que você vai aprender
- Como os Controladores Lógicos Programáveis (CLP) funcionam na automação industrial?
- Como a automação industrial influencia a produção industrial?
- Quais são os desafios da automação industrial para o futuro?
- Quais são as novas tecnologias que estão sendo utilizadas na automação industrial?
- Quais são as principais vantagens da automação industrial?
Tipologia: Manuais, Projetos, Pesquisas
2022
1 / 33
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UNIVERSIDADE NORTE DO PARANÁ
BACHARELADO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
CONTROLE E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL:
Avanço e surgimento de novas tecnologias Gabriel Dos Santos Neto EUNÁPOLIS – BA 2021
GABRIEL DOS SANTOS NETO
CONTROLE E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL:
Avanço e surgimento de novas tecnologias Trabalho de Conclusão de Curso apresentado como requisito parcial para a obtenção do título de graduado em Engenharia Elétrica. Orientador: Prof. Felipe Barbosa César. EUNÁPOLIS – BA 2021
AGRADECIMENTOS
Agradecer primeiramente a Deus, que foi responsável por manter todos esses anos de curso e me fazer chegar até aqui. Agradeço a minha família, meu pai, minha mãe e minha irmã por sempre estarem juntos e seguir até o fim. Agradeço aos meus colegas de classe, por todos esses anos juntos, sempre ajudando um ao outro nas aulas e nos trabalhos. Agradeço ao nosso tutor Felipe Barbosa Cesar, por todos os ensinamentos que nos foi passado em todos esses anos de graduação.
NETO, Gabriel. Controle e Automação Industrial: avanço e surgimento de novas tecnologias. 2021. 30f. Trabalho de conclusão de curso (Graduação em Engenharia Elétrica) – (Universidade Pitágoras Unopar), Eunápolis, 2021. RESUMO A automação industrial no cenário atual é uma prática extremamente vantajosa, pois há um significativo aumento da eficiência e qualidade da produção, reduzindo acidentes e assim, trazendo uma segurança maior nas operações em máquinas. Assim, o objetivo dessa monografia é conceituar a automação industrial mostrando o avanço e surgimento de novas tecnologias. Trata-se de uma revisão de literatura com o uso das bases de dados: DCA, biblioteca virtual da Uninove, plataforma de ResearchGate e NEITEC , além de livros, artigos científicos e dissertações. Foram selecionados para esta pesquisa três livros e sete artigos de acordo com a estratégia de busca nas bases de dados, com publicações no período entre 2003 a 2019. Todos as publicações coletadas nesta pesquisa expõem mais vantagens do que desvantagens acerca da automação industrial, se tornando uma realidade cada vez mais tecnológica e virtual. A automação não está só na necessidade de melhorias na produção, como também ao atendimento das demandas cada vez maiores do mercado que se baseia em padrões de qualidade para obtenção dos produtos. Palavras chave: Automação Industrial, meios tecnológicos, Controlador lógico programável.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Tipos de automação relativos ao volume de produção e variedade do produto....................................................................................................................... Figura 2 – Conceito de sistema automatizado............................................................. Figura 3 – Regulador de fluxo de vapor de Watt..........................................................1 8 Figura 4 – Exemplos de controladores lógicos programáveis..................................... Figura 5 – Funcionamento do CLP.............................................................................. 20
LISTA DE QUADROS
Quadro 1 – Tipos de Automação................................................................................. 20
SUMÁRIO
- INTRODUÇÃO
- JUSTIFICATIVA
- OBJETIVOS
- 3.1 GERAL
- 3.2 ESPECÍFICOS
- REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
- METODOLOGIA DA PESQUISA
- RESULTADOS E DISCUSSÕES
- CONCLUSÃO
- REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. INTRODUÇÃO
A automação industrial nos últimos anos vem se caracterizando de forma diferente com a introdução de novas tecnologias, fazendo com que os seus processos se tornem mais dinâmicos, gerando assim uma economia considerável, menos desperdício, mais produtividade, resultados mais concretos, segurança de seus processos e com todas estas vantagens, a indústria passa a ter um diferencial competitivo em seu segmento ou setor de produção. Com o avanço das tecnologias, as indústrias já passam a ter linhas de produção completamente automatizadas, com o uso da robótica, operando equipamentos, identificando falhas na operação, controlando informações da produção em tempo real, tudo isso, sendo feito através dos elementos que compõem um sistema de automação: Controlador Lógico Programável (CLP), inversores de frequência, sensores, controladores, atuadores, dispositivos de acionamento, softwares , portas lógicas, motores, válvulas etc. Neste trabalho de conclusão de curso, abordaremos o avanço e surgimento de novas tecnologias, demonstrando como o controle e automação de uma indústria é realizado através destas tecnologias, apontando o funcionamento de algumas tecnologias de informação e comunicação utilizadas em linhas de produção, demonstrando também os efeitos do crescente avanço de novas tendências tecnológicas nas indústrias. Dessa forma, faz-se as seguintes problemáticas: como o surgimento e crescimento de novas tecnologias influenciará na automação industrial? Quais os efeitos que as novas tendências tecnológicas causarão nas linhas de produções industriais?
3. OBJETIVOS
3.1 GERAL
- Analisar sobre novas tendências tecnológicas na automação industrial, mostrando o crescimento e criação de tecnologias utilizadas em linhas de produção. 3.2 ESPECÍFICOS
- Conceituar automação industrial e suas principais características;
- Identificar vantagens e desvantagens da automação industrial;
- Compreender como o avanço das tecnologias nos últimos anos afetam as indústrias;
- Discutir a contribuição de tecnologias de automação nas indústrias e caracterizar o funcionamento de algumas tecnologias empregadas na automação em indústrias.
4. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
4.1 AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
Definida como a manipulação dos processos nas industrias por meios mecânicos e automáticos, a automação industrial é uma substituição do trabalho humano por equipamentos. Refere-se à implantação de técnicas, softwares e/ou equipamentos específicos numa maquina ou processo industrial (TEIXEIRA; VISOTO; PAULISTA, 2014). A automação industrial tem com objetivo a ampliação e eficiência no processo industrial, maximizando a produção com o menor consumo de energia, matérias primas e emissão de resíduos. Assim, resulta em condições de segurança melhores referente ao processo, ou até mesmo, a redução do esforço ou a atividades humanas no processo ou na máquina. Há vários exemplos de automação que são identificados nas linhas de produção industriais, sendo eles: máquinas de montagem mecanizadas e sistemas de controle de produção industrial com realimentação (SANTOS et al. 2017). A automação industrial pode ser dividida em dois elementos quanto aos tipos de processos: processos da manufatura e processos contínuos. O primeiro é definido quando há grande movimentação mecânica de partes, como por exemplo a indústria automobilística. Em linhas de montagem, há robôs soldadores, esteiras transportadoras e outros sistemas, sendo as grandezas mais comuns a força, velocidade e deslocamento. Nos processos contínuos, a pouca movimentação mecânica de partes é a sua principal característica. Uma estação de tratamento de água é um exemplo. As grandezas mais comuns neste processo são temperatura, vazão e pressão (ROGGIA; FUENTES, 2016). Há também uma classificação relacionada ao grau de flexibilidade dentro dos sistemas automatizados de produção, sendo definidos três tipos basais: automação rígida, programável e flexível. A posição relativa dos três tipos de automação para os diferentes volumes e variedades dos produtos é mostrada na Figura 1 (ROGGIA; FUENTES, 2016).
cilindros hidráulicos), pneumáticos (válvulas e cilindros pneumáticos) e mecânicos (polias, engrenagens e correias). Os acionamentos elétricos dependem do fornecimento de níveis de tensão e corrente adequados para produzir trabalho (ROGGIA; FUENTES, 2016). 4.1.1 Mecanização e automação Historicamente, a mecanização começada na Inglaterra durante a Revolução Industrial, tinha como finalidade mecanizar a produção, que até o momento era voltado para o método de manufatura. Na mecanização, as máquinas são postas para auxiliar o ser humano, e dependem de sua ação de controle para serem operadas (SANTOS et al. 2017). Já na automação é utilizado Comandos Lógicos Programáveis (CLP) e de equipamentos mecanizados para substituir as atividades manuais que envolvem tomadas de decisão e comandos-resposta de seres humanos. Na automação, vai além da mecanização, pois reduz a necessidade de requisitos sensoriais e mentais humanos, além de otimizar a produtividade. Neste caso, o papel do funcionário é supervisionar a ação dos sistemas automatizados (LAMB, 2015). O termo automação foi criado na década de 1940 pelo engenheiro da Ford Motor Company , que apresentou vários sistemas nos quais ações e controles automáticos substituíam o esforço e a inteligência humana. Neste período, os dispositivos de controle eram eletromecânicos por natureza. A parte lógica era efetivada por meio de relés e temporizadores intertravados, e a intervenção humana acontecia em alguns pontos de decisão. Por meio de relés, temporizadores, botões, posicionadores mecânicos e sensores, podiam ser realizadas sequências simples de movimento lógico ao ligar e desligar motores e atuadores (BAYES; ECKHARDT; MACHADO, 2011). Segundo Rosário (2009), há também um conceito estendido de automação, em que o mesmo está relacionado com seus diferentes níveis dentro de um processo automatizado. Estes níveis podem ser classificados em:
- Nível 1: Chão de Fábrica, constituído de sensores e de atuadores industriais;
- Nível 2: Equipamentos e Maquinas Industriais;
- Nível 3: Gerenciamento com servidores e estações de trabalho;
- Nível 4: Células integradas de automação da manufatura;
- Nível 5: Controle de processos industriais
- Nível 6: Gestão e Gerenciamento da produção industrial. Com a chegada dos computadores e dos dispositivos de hardware , esses controles se tornaram menores, mais flexíveis e com menor custo de implementação e modificação. Os primeiros Controladores Lógicos Programáveis foram desenvolvidos nas décadas de 1970 e 1980. Como a tecnologia aperfeiçoou e mais empresas de automação entraram no mercado, novos produtos de controle foram desenvolvidos. Atualmente, há na indústria diversos dispositivos de controle lógicos computadorizados desenvolvidos por centenas de fabricantes (LAMB, 2015). A figura 2 ilustra o conceito de sistema automatizado e interação entre entradas e saídas, em que o produto final é um valor agregado a uma matéria-prima. A parte operativa está relacionada à arquitetura material, enquanto a parte comando, com arquitetura de software. Há entre essas duas partes uma forte interação por meio de sensores e de atuadores (ROGGIA; FUENTES, 2016). Figura 2 – Conceito de sistema automatizado Fonte: Roggia e Fuentes (2016)
Figura 3 – Regulador de fluxo de vapor de Watt Fonte: Roggia e Fuentes (2016) Diversos instrumentos são utilizados para realizar a automação. O primeiro termo usado foi o de controle automático de processo. No controle automático de processo é aplicado ao processo continuo, com predominância de medição, controle Proporcional, Integral e Derivativo (PID), o sistema de controle aplicado é o Sistema Digital de Controle Distribuído (SDCD), dedicado a grandes plantas ou o controlador single loop , para aplicações simples e com poucas malhas (PIRES, 2014). Quando o controle automático se destina a fazer a monitoração do processo, abrangendo as tarefas de alarme e intertravamento o sistema de controle aplicado é o Controlador Lógico Programável (WOLF, 2012). O Controlador lógico programável é definido pelo International Electrotechnical Commission (IEC) segundo Wolf (2012) como um: “Sistema eletrônico operando digitalmente, projetado para uso em um ambiente industrial, que usa uma memória programável para a armazenagem interna de instruções orientadas para o usuário para implementar funções especificas, tais como lógica, sequencial, temporização, contagem e aritmética, para controlar, através de entradas e saídas digitais ou analógicas, vários tipos de máquinas ou processos. O controlador programável e seus
periféricos associados são projetados para serem facilmente integráveis em um sistema de controle industrial e facilmente usados em todas suas funções previstas.” O CLP (figura 4) é um equipamento eletrônico, digital, microprocessado, que pode controlar um processo ou uma máquina e ser programado ou reprogramado ligeiramente. O programa é inserido no controlador através de microcomputador, teclado numérico portátil ou programador dedicado (BORSCHIVER; NAVEIRO, 2011). Figura 4 – Exemplos de controladores lógicos programáveis fonte: google imagens A operação do CLP segundo a figura 5 envolve o exame dos sinais de entrada do processo; a execução das instruções lógicas destes sinais de entrada segundo programa armazenado em sua memória; e a produção de sinais de saída para acionar equipamentos de processo ou máquinas (BORSCHIVER; NAVEIRO, 2011).