Automacao Industrial 2013 (1)

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    Automao Industrial

    Marcelo Eurpedes da Silva,

    Agosto de 2013

  • Apostila de Automao Industrial Prof. Marcelo Eurpedes Pgina 2 - 70

    Prefcio

    A primeira verso dessa apostila foi feita em Agosto de 2005, como o objetivo de dar

    suporte s minhas aulas na Escola de Engenharia de Piracicaba (EEP). A deciso de

    escrever esse texto se devia a falta de referncias bibliogrficas que possussem exemplos

    prticos, com situaes reais passveis de serem discutidas e entendidas em sala de aula.

    Ou os livros da rea traziam exemplos simples demais, ou por hora se entendiam na

    explicao dos conceitos tericos, dos nmeros binrios, das funes lgicas e suas

    simplificaes. No meu entender esses conceitos so importantes, porm no menos

    importantes que o entendimento dos diagramas eltricos e o uso da intuio e experincia

    para se fazer programas em Controladores Lgicos Programveis (CLPs). Assim sendo,

    decidi escrever meu prprio texto.

    Em 2007 percebi que a apostila estava extensa para o curso, pois continha as

    linguagens de programao Ladder e Blocos Funcionais. Desse modo, decidi enxugar o

    texto deixando apenas uma linguagem de programao, que foi escolhida de acordo com a

    disponibilidade de equipamentos no laboratrio de eletrnica.

    Nessa nova verso, a parte de comandos eltricos foi resumida mais ainda, pois eu

    tenho outra apostila especfica para tratar desse assunto. Alm disso novos exerccios foram

    adicionados o que amplia a base de conhecimentos sobre o assunto.

    Marcelo Eurpedes,

    Piracicaba, Agosto de 2013

  • Apostila de Automao Industrial Prof. Marcelo Eurpedes Pgina 3 - 70

    1. Introduo

    O conceito moderno de automao refere-se a qualquer sistema apoiado em

    microprocessadores que substitua o trabalho humano. Atualmente ela pode ser

    efetivamente aplicada em qualquer tipo de processo, abrangendo desde o cho de fbrica

    at sistemas administrativos. A palavra automao est diretamente ligada a aes que no

    dependem da interveno humana. Em seu conceito mximo, conforme Shingo (1996), uma

    mquina seria capaz de detectar e corrigir seus prprios defeitos. Ainda segundo esse autor,

    a automao e o Just in Time so os pilares do cultuado Sistema Toyota de Produo,

    tambm conhecido como Manufatura Enxuta no mundo ocidental.

    O Dicionrio Webster (http://www.websters-online-dictionary.org/definition/automation),

    citado por Kandray (2010), define a automao como um desenvolvimento altamente

    tcnico; usualmente envolve um hardware eletrnico; a automao substitui trabalhadores

    humanos por mquinas. As definies apresentadas, at o momento, tm um ponto em

    comum, que a substituio do trabalho humano. Contudo esse conceito filosoficamente

    discutvel, pois alguns autores, como o prprio Kandray, consideram que o trabalhador

    apenas deslocado para outras atividades. Silveira e Santos (1998) tem o mesmo

    pensamento e ainda ressaltam essas outras atividades com sendo mais nobres.

    Independente da corrente filosfica, a automao deve ser levada em conta sobre um

    aspecto mais amplo e humano, pois quando se fala essa palavra em uma empresa, os

    trabalhadores logo a interpretam como demisses. Todavia, se for considerado o conceito

    histrico da tecnologia, ela est ligada a mecanizao, com o objetivo de substituir o

    trabalho braal e o esforo repetitivo, os quais, em excesso so prejudiciais sade

    humana. por isso que Silveira e Santos (1998) citaram a palavra nobre. Eles entendem

    que o ser humano pode liberar o seu tempo para outros afazeres, valorizando o tempo til

    para as atividades do intelecto, das artes, lazer ou simplesmente entretenimento.

    A evoluo dos sistemas automatizados tem como base a mecanizao. Essa por sua

    vez muito antiga, remontando da poca de 3500 e 3200 a.c, com a utilizao da roda. No

    sculo X, j existia o moinho hidrulico, o qual exemplifica um sistema mais complexo. Outro

    marco histrico ocorreu em com a inveno da mquina a vapor, a qual foi utilizada para

    movimentar equipamentos industriais em 1775. Essas mquinas foram melhoradas

    posteriormente por James Watt, atravs da introduo do regulador de velocidade. Desde

    ento o processo tecnolgico seguiu um longo processo, que foi bem resumido por Goeking

    (2010).

    Os sistemas modernos so bem complexos, pois conforme Rosrio (2005), a automao

    industrial pode ser entendida como uma tecnologia integradora de trs reas: a eletrnica

  • Apostila de Automao Industrial Prof. Marcelo Eurpedes Pgina 4 - 70

    responsvel pelo hardware, a mecnica na forma de dispositivos mecnicos (atuadores) e a

    informtica responsvel pelo software que ir controlar todo o sistema. Kandray (2010)

    corrobora esse conceito, definindo a automao como: a aplicao da mecnica, eltrica,

    e/ou tecnologia da computao para reduzir o nvel de participao humana na realizao

    de uma tarefa. Desse modo, ainda segundo Rosrio, para efetivar projetos nesta rea

    exige-se uma grande gama de conhecimentos, impondo uma formao muito ampla e

    diversificada dos projetistas, ou ento um trabalho de equipe muito bem coordenado com

    perfis interdisciplinares. Os grandes projetos neste campo envolvem uma infinidade de

    profissionais e os custos so suportados geralmente por grandes empresas.

    Recentemente, para formar profissionais aptos ao trabalho com automao, surgiu a

    disciplina mecatrnica. Entretanto uma tarefa muito difcil a absoro, de forma completa,

    de todos os conhecimentos necessrios, e este profissional com certeza se torna um

    generalista que eventualmente pode precisar da ajuda de especialistas de outras reas.

    Este ainda um desafio didtico a ser resolvido, mas ainda existe uma alternativa que a

    criao de equipes multidisciplinares.

    Sob o ponto de vista industrial, a automao pode ser dividia em trs classes: a

    rgida, a flexvel e a programvel, aplicadas a grandes, mdios e pequenos lotes de

    fabricao, respectivamente (Rosrio, 2005). Kandray (2010) define a automao

    programvel como aquela que se refere a trs tecnologias distintas as quais tem uma

    caracterstica comum: a de serem programveis. Essas tecnologias so o Controle

    Nmerico Computadorizado, a Robtica e os Controladores Lgicos Programveis (CLPs)

    que consistem no foco desse curso.

    Duas grandes vantagens da automao industrial so a melhoraria da produtividade

    e da qualidade nos processos considerados repetitivos. Entretanto, conforme Kandray

    (2010) existem vrias outras vantagens:

    Reduz o custo do trabalho: como prpria consequncia do aumento de

    produtividade. Ou seja, com mais peas produzidas em um mesmo intervalo de

    tempo, menor o custo por hora da fbrica. Alm disso, com as mquinas no

    existem, especificamente para o Brasil, os diversos encargos sociais.

    Reduz a dependncia da demanda: em pocas de maior produo so necessrios

    mais trabalhadores. Contudo nem sempre existe disponibilidade de mo-de-obra. Em

    pocas de baixa produo, ter um quadro de funcionrios excessivo no

    interessante, sob o ponto de vista finanaceiro.

  • Apostila de Automao Industrial Prof. Marcelo Eurpedes Pgina 5 - 70

    Aumenta a segurana: realocando a fora de trabalho para atividades que exigem

    menos fora, e em um ambiente menos agressivo ajuda a melhorar a segurana dos

    trabalhadores.

    Reduz o prazo de entrega: alm da diminuio do tempo de fabricao, outras

    tarefas podem ser automatizadas, tais como a embalagem e separao dos

    produtos, criao de etiquetas, alm do processo de faturamento. Tudo isso ajuda a

    reduzir o tempo de entrega de um produto.

    Nos sistemas automatizados modernos, os Controladores Lgicos Programveis (CLPs)

    tem um papel muito importante, pois representam o crebro do controle. O objetivo desse

    curso o de fornecer as bases para entender o funcionamento e a programao desses

    elementos, com exemplos de aplicaes reais.

    Para finalizar importante dizer que alm dos conceitos aqui apresentados, de forma

    resumida, a Automao Industrial compreende um campo de atuao amplo e vasto. Para

    se ter uma noo, cada elemento sensor ou atuador tem o seu prprio funcionamento, que

    em algumas aplicaes tem de ser bem entendidos.

    No caso dos sensores todo o comportamento previsto atravs de efeitos fsicos,

    existe uma disciplina denominada de Instrumentao cujo objetivo o de somente estudar

    estes elementos.

    Com relao aos atuadores, s para os motores de induo, existe uma grande

    quantidade de bibliografia disponvel, e ainda se tem os Motores de Passo, e os

    Servomotores, entre outros.

  • Apostila de Automao Industrial Prof. Marcelo Eurpedes Pgina 6 - 70

    2. Sistemas Automatizados

    Os sistemas automatizados podem ser aplicados em simples mquina ou em um

    processo de fabricao completo, como o caso das usinas de cana e acar. Os conceitos

    utilizados para desenvolver tais aplicaes so os mesmos. A diferena est no nmero de

    elementos monitorados e controlados, denominados de pontos. Como exemplo de um

    sistema relativamente simples, pode-se observar na figura 1 mostra o exemplo de uma

    mquina transfer rotativa, onde uma pea posicionada em uma mesa rotativa passa por

    diversas estaes onde ela ser primeiramente furada, e em uma segunda etapa os furos

    sero alargados. J na figura 2 mostra-se o exemplo de um sistema complexo, que consiste

    em uma refinaria de cana de acar.