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Este livro didático aborda os conceitos de automação industrial, controle de processos e a aplicação de controladores lógicos programáveis (clps). O texto explora a integração de componentes do sistema por meio de variáveis de entrada e saída, além de apresentar técnicas de controle e suas limitações. O livro também discute a importância da prototipagem rápida em automação com conceitos de cad e cam para o controle e automação de processos industriais.
Tipologia: Notas de estudo
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Não perca as partes importantes!
Ricardo Carvalho Quesada
Controle e automação de
processos industriais
Unidade 1 | Fundamentos da automação industrial
Seção 1.1 - Uma introdução à automação e controle Seção 1.2 - Suas limitações Seção 1.3 - Por que a automação?
Unidade 2 | Principais sistemas de automação
Seção 2.1 - Equipamentos utilizados na automação e controle Seção 2.2 - Alguns tipos de controladores Seção 2.3 - Do que a automação é feita?
Unidade 4 | O CLP e a linguagem LADDER
Seção 4.1 - Entendendo o controlador lógico programável Seção 4.2 - Construindo um CLP Seção 4.3 - Conversando com seu CLP
Unidade 3 | Integração de componentes para automação de um sistema
Seção 3.1 - A programação e suas variáveis Seção 3.2 - Variáveis do sistema Seção 3.3 - Estruturando o software
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Sumário
Unidade 1
Um bom profissional deve não apenas saber aplicar conceitos e cálculos para resolver problemas, mas utilizar de seus conhecimentos para obter informações vitais para desenvolver soluções práticas e viáveis para os problemas das mais diversas naturezas.
Para isto, iniciaremos os nossos estudos com os conceitos básicos da automação, passando para o controle de processos e suas limitações, para encerrar esta unidade de ensino com algum conhecimento de práticas industriais. Isto nos dará a base necessária para conhecer e compreender os aspectos gerais da automação e do controle de processos, a aplicação da automação em processos de produção, bem como a aplicabilidade de Controlador Lógico Programável (CLP) e sua linguagem de programação. Devemos cumprir os seguintes objetivos de aprendizagem: (1) introduzir a automação e controle; (2) conhecer e compreender as limitações; e (3) entender o que é a automação de processos industriais.
Uma pequena empresa fabricante de peças de reposição para automóveis deseja automatizar uma de suas linhas de produção para ampliar sua produtividade, para isso, contratou uma empresa de automação que enviou seu profissional ao local. Durante uma breve reunião para discussão das necessidades da linha de produção ficou evidente que o responsável não conseguia descrever como deveria ser realizada a automação.
O profissional enviado terá de elaborar uma lista de questionamentos direcionados à realidade da empresa e às necessidades do processo a ser automatizado, a fim de que possa, com base nas respostas obtidas, analisar os
Fundamentos da automação
industrial
Fundamentos da automação industrial
Seção 1.
Uma introdução à automação e controle
Caro aluno, os fundamentos da automação e controle de processos são muito importantes para sua vida profissional e terão de ser muito bem assimilados para que você possa dar continuidade em seu aprendizado e desenvolver suas habilidades no campo da engenharia.
A área tecnológica visa a adequação do meio às necessidades das pessoas, utilizando-se, para isto, de desenvolvimento, estudo e criação de novas técnicas. Surgem problemas que devem ser resolvidos da melhor maneira possível, mas para propor e até pensar em uma solução, o profissional, primeiramente, tem de entender o problema. Nesta seção buscaremos conhecer os conceitos básicos de automação e em que se diferem da automatização. Veremos também as funções da automação e suas principais aplicações. Tudo isto nos dará base para identificarmos a melhor forma de automatizar cada tipo de necessidade, seja em indústria mecânica, química, têxtil, processos de fabricação, produtivos, logísticos, entre outros.
Nesta seção você iniciará sua caminhada com alguns conceitos de automação industrial, bem como seus tipos e aplicações.
Uma pequena empresa fabricante de peças de reposição para automóveis deseja automatizar uma de suas linhas de produção para ampliar sua produtividade, para isso, contratou uma empresa de automação que enviou seu profissional ao local. Durante uma breve reunião para discussão das necessidades da linha de produção ficou evidente que o responsável não conseguia descrever como deveria ser realizada a automação.
Como profissional responsável pelo problema, quais perguntas você faria ao encarregado da produção, a fim de compreender as necessidades desse cliente?
Ao final desta seção, esperamos que você perceba que para resolver o problema de um cliente, primeiro você tem de entender esse problema. Para isto, deve-se criar uma lista de questionamentos que direcionará as necessidades do cliente ao seu entendimento, para que você possa pensar e elaborar uma solução boa e viável.
Fundamentos da automação industrial
Desde sempre o ser humano utiliza sua criatividade para modificar o ambiente a sua volta, facilitar e melhorar sua condição de vida. A automação segue este princípio e ainda o leva além, com o crescimento da sociedade moderna e o aumento da competitividade de mercado, as pessoas tem de encontrar meios alternativos de realizar suas tarefas diárias, assim, pode-se dizer que a automação moderna tem como objetivo prover o conforto para seus usuários, exemplos disso são as casas inteligentes, os sistemas de irrigação automáticos e sistemas de segurança com conectividade via internet, no qual o usuário pode controlar tudo de seu smartphone de onde estiverem.
De acordo com Rosário (2009), a integração da automação industrial nasceu na prática, com Henry Ford, em meados de 1920, quando este criou a linha de montagem do modelo T com o intuito de aumentar a produtividade, reduzir custos de produção e garantir a segurança dos funcionários da fábrica. Porém, nessa época, o conceito de automação era similar ao de sistematização, sistematizava-se o chão de fábrica para que o processo de produção fluísse de forma contínua, o que reduzia, consequentemente, os riscos imediatos e aumentava a produção, pois cada operário se tornava especializado em uma determinada tarefa e se tornava ágil em realizá-la, basicamente, podemos dizer que automatizavam as pessoas, mas com isto crescia as doenças ocupacionais, por conta da repetição de movimentos.
No início da década de 1960, a indústria de equipamentos inventou o termo automação, um neologismo que buscava enfatizar a participação do computador no controle automático industrial (MORAES E CASTRUCCI, 2010). Ainda nos anos 1960, os primeiros resultados no campo da automação foram obtidos com um sistema do tipo rígido, no qual as máquinas automáticas executavam uma tarefa com a mínima intervenção humana. O problema encontrado nesse período é o desenvolvimento de maquinários com o objetivo de fabricar um único tipo de produto e, caso fossem necessárias adequações ao produto, a máquina teria de sofrer modificações muito custosas ou até impossíveis (PRUDENTE, 2011).
Na década de 1980, ocorreu uma revolução tecnológica que facilitou e barateou o processo de automação, possibilitando a automação para empresas de todos os tamanhos e seguimentos, a criação do microprocessador e o desenvolvimento do computador pessoal, que levou a indústria para um novo patamar e com ela a automação evoluiu exponencialmente.
Com esta breve história, você pôde perceber a mudança dos conceitos da automação. Algo que se iniciou com a sistematização de pessoas em linhas de produção evoluiu para o controle de processos por meio de computadores.
Fundamentos da automação industrial
A Figura 1.2 demonstra o conceito de um sistema automatizado, no qual o produto é a matéria-prima com valor agregado, a operação denota a parte física do sistema, enquanto o comando é a parte de software. Pode-se perceber que existe um fluxo de informações entre essas duas últimas partes. Esse fluxo de informação é a integração que caracteriza o sistema, com base nessas informações os elementos de conversão e controle se tornam possíveis. Agora você deve estar se perguntando: mas, então, qual a função da automação?
Hoje em dia a automação tem objetivos bem diferentes, não apenas redução de custos e ampliação de produtividade como era antigamente, mas também visa o conforto dos usuários, a agilidade de comunicação entre os diversos setores e níveis da produção, maior controle e supervisão dos processos industriais e ainda, por vezes, a remoção completa do contato humano com a produção de objetos estéreis, como alimentos e equipamentos médicos, ou seja, o homem continua supervisionando, porém não tem mais contato com a operação.
Uma das funções mais exploradas da automação é a segurança, tanto para o usuário quanto para as demais pessoas envolvidas no processo ou que estejam de visita no ambiente fabril. A segurança pode ser dividida em duas, tratando-se de processos e pessoas.
algoritmos de controle; por fim, os sistemas de controle impõem o comportamento desejado ao sistema.
Vimos várias vezes o termo “sistema”, porém, o que é um sistema? Atribuímos este termo a um conjunto complexo de elementos diversos, que quando integrados contribuem para determinado objetivo ou propósito específico.
Fonte: elaborada pelo autor.
Figura 1.2 | Conceito de sistema automatizado
Matéria -Prima OPERAÇÃO
Ordens COMANDO Sinais
Matéria -Prima
Valor Agregado
Informações de Saída
Informações de Entrada
Fundamentos da automação industrial
A automação industrial é apenas uma das aplicações de um sistema automatizado, podemos destacar que com a evolução da tecnologia, a automação só é limitada pela criatividade do profissional, podemos automatizar praticamente qualquer coisa, desde nossas indústrias até nossas casas, passando por carros, aviões, navios e prédios.
Até há pouco tempo, falava-se de automação industrial, predial e de processos, porém, com a evolução desenfreada da tecnologia, podemos tratar de automação residencial, automotiva, aeronáutica, naval, aeroportuária e ferroviária. Com o advento do smartphone , que nada mais é que um computador ultraportátil, estamos vendo a automação em um nível jamais imaginado. Temos a possibilidade de operar um sistema de vigilância residencial de qualquer lugar do mundo, podemos controlar drones e veículos pelos nossos celulares. Ainda não se sabe até a que ponto algo pode ser automatizado.
Algumas das aplicações dentro da automação industrial são: processos de estamparia (moldagem de chapas ao formato desejado), máquinas de solda, processos de pintura, dosagem de produtos para misturas, controle de pH, estações de tratamento de efluentes, britagem de minérios, usinas de pelotização, carregamento de vagões, corte e descascamento de madeira, branqueamento e embalagens em todas as indústrias mencionadas (etiquetado, agrupado, lacrado e ensacado).
Reflita Com o que aprendemos até aqui, podemos dizer que a automação não remove o fator humano da equação, mas sim o insere ao meio automatizado para construir um novo sistema, integrando todas as partes necessárias de forma a realizar as tarefas com eficácia e eficiência?
Fundamentos da automação industrial
realizada em pequenos lotes. Nessa forma de automação, os equipamentos devem ser reprogramados a cada novo lote.
Observe que para cada tipo de empresa existe um tipo de automação e ainda pode existir a possibilidade de se aplicar apenas a automatização do processo, ou seja, em alguns casos é mais viável criar um dispositivo automático que realizará a tarefa desejada sem que a automação seja necessária, tudo vai depender do contexto.
Assimile Existem três tipos distintos de automação industrial, cada qual com suas características. O profissional deve conseguir caracterizar a necessidade do processo para poder determinar qual tipo é o mais adequado ao problema enfrentado.
Exemplificando Veja estes exemplos:
Podemos perceber rapidamente que o volume de produção é grande, portanto determinamos que será um modo rígido de automação, pois cada elemento deverá realizar apenas um tipo de trabalho.
Logo percebemos que esta é uma empresa de produção média e que pode possuir uma linha de produção flexível, isto implica que os três produtos podem ser fabricados juntos, apenas com pequenas modificações na linha de produção.
Neste caso, você pode perceber que existe uma grande variedade de produtos, porém como é um serviço de grande especialidade, o volume de produção é bem baixo. Assim, podemos concluir que existe a necessidade de um tipo programável de automação, pois a cada balança o equipamento tem de ser reprogramado.
Fundamentos da automação industrial
Um exemplo para uma linha de produção que não necessita de automação é o empacotamento de feno para fardos de ração para cavalos, pois apesar de importante, não é uma produção que exija grande precisão ou qualidade, assim, podemos desenvolver apenas um dispositivo de empacotamento automático, o que reduziria os custos de projeto.
Uma pequena empresa fabricante de peças de reposição para automóveis deseja automatizar uma de suas linhas de produção para ampliar sua produtividade, para isso, contratou uma empresa de automação que enviou seu profissional ao local. Durante uma breve reunião para discussão das necessidades da linha de produção ficou evidente que o responsável não conseguia descrever como deveria ser realizada a automação. Como profissional responsável pelo problema, quais perguntas você faria ao encarregado da produção, a fim de compreender as necessidades desse cliente?
Nesta situação, veremos como você deve se portar diante dos problemas, que são dois: o seu e o do cliente. Primeiro entendamos o seu problema: obter as informações necessárias para a compreensão das necessidades do cliente. Para resolvê-lo temos de pensar: sabemos que o cliente não tem ideia de como resolver a questão da automação, então, cabe a você direcioná-lo. Além disso, pelo que vimos até aqui, só iremos saber qual tipo de automação será aplicada, dessa forma:
Uma vez resolvido seu problema, a solução para o cliente se mostrará com a devida análise das informações. Suponhamos que este tenha lhe dado a seguinte resposta para seus questionamentos: “A ideia desta linha de produção é produzir cerca de cem unidades de lâmpadas diárias, isto para três tipos de veículos diferentes, o que totaliza trezentas lâmpadas nesta linha, considerando que são fabricadas paralelamente”. Podemos determinar o tipo de automação a ser usada com base nessa resposta.
Dessa forma, a resposta inclui determinar qual o tamanho da produção da empresa, quantos tipos de produtos são fabricados por eles e se estes são fabricados na mesma linha de produção ou em linhas distintas.
Como será realizado apenas o sistema de automação em uma linha, se esta for pequena e diversificada, aplicaremos uma automação programável. Se for uma produção de um único produto com alto volume, teremos uma automação fixa.
Fundamentos da automação industrial
o setor de empacotamento é crítico para a automação das linhas de produção e deve ser o primeiro a ser adequado. Então, você fez questionamentos e obteve a seguinte resposta: “o setor de empacotamento funciona desta forma, pois nunca tivemos necessidade de mudá-lo, ele trabalha com três produtos distintos, porém as dimensões são as mesmas e podemos separar os produtos para empacotá-los, um tipo por vez, mas a carga de cada produto é elevada e pretendemos aumentá-la mais”.
Essa resposta permite a definição de um tipo de automação. Qual seria esse tipo?
Resolução da situação-problema
Primeiramente, compreendemos dois problemas palpáveis:
Agora, analisemos a resposta obtida:
Fundamentos da automação industrial