Automacao iii 230505

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  • 1. AUTOMAO 1. INTRODUOAtualmente a automao tornou-se parte do cotidiano com diversas aplicaes na rea domstica, comercial e, principalmente, industrial. Entende-se por automtico todo processo que se desenvolve sem a necessidade de interveno humana (medio, deciso e ao corretiva). Tabela 1.1 Aplicaes da Automao. APLICAES DOMSTICACOMERCIALINDUSTRIAL Climatizao Caixas automticos Controle automtico de Eletrodomsticos (bancrios) processos industriaisinteligentes (lavadoras, Centrais telefnicas Intertravamentoaspiradores, etc.) Controle de trfego e Gerenciamento de Monitoramento de estacionamentoenergiaalarmes Sistema de cobrana Sistemas de Transporte Prdios inteligentes (etiqueta inteligente) Sistemas de seguranaAlm das aplicaes listadas na tabela 1.1 a automao tem como na agricultura um setor emergente com controle de umidade e temperatura em estufas e controle de irrigao e aplicao de herbicidas.1.1 HistricoEm toda a histria da humanidade esto presentes as tentativas de substituir a fora humana pela de animais, ao dos ventos e quedas dgua embora isto quase sempre tenha sido feito com o emprego de mquinas rudimentares. Este processo denominado mecanizao apresentou uma forte evoluo a partir da revoluo industrial (sc. XVIII) com o uso de mquinas a vapor e, mais adiante com o aparecimento do motor a exploso e de aplicaes bem sucedidas da energia eltrica.O desenvolvimento, por James Watt, do regulador centrfugo de velocidade para mquinas a vapor (Fig. 1.1) em 1769 aparece como um dos primeiro dispositivos automticos pois permitia o controle da velocidade sem necessidade de um operador.1

2. Figura 1.1 Regulador de Velocidade de Watt.No incio do sculo XX surgiram vrios dispositivos capazes de controlar alguns processos simples como termostatos e chaves de nvel. Aps o surgimento dos primeiros controladores nos anos 30 e, com a evoluo da instrumentao todo processo tornou-se virtualmente passvel de ser automatizado. Nos anos 60 apareceram as primeiras aplicaes de controle baseadas em computador e aquisio de dados, a partir dos anos 80 o aparecimento de sensores e atuadores inteligentes, robs, tornos CNC, eficientes sistemas de superviso alm do uso de protocolos redes que permitem a integrao destes dispositivos. Hoje impulsionado pela evoluo da eletrnica com o aumento da capacidade de processamento e de memria dos dispositivos de controle dispomos de uma grande variedade de elementos que permitem o controle automtico de plantas industriais de elevada complexidade possibilitando disponibilidade de dados para superviso e controle inclusive atravs de redes sem fio (wireless), Internet ou telefone celular. Instrumentao corresponde s tcnicas e dispositivos empregados na medio, tratamento e transmisso das variveis do processo.1.2 Objetivos da AutomaoBasicamente a automao de um processo produtivo visa a sua otimizao,obtendo produtos com um custo unitrio reduzido em um tempo menor e com uma maior uniformidade. Isto conseguido indiretamente quando alcanados os seguintes objetivos: Aumentar e controlar a qualidade do produto Incrementar a produtividade Aumentar a confiabilidade do processo Disponibilizar dos dados referentes ao processo para anlise Aumento da segurana em relao s pessoas e ao ambiente 2 3. 1.3 Efeitos da AutomaoConsiderando que todo processo pode, de alguma forma, ser automatizado, a deciso entre a utilizao da automao torna-se uma questo mais de ordem econmico-financeira que propriamente tcnica. Ao longo dos anos a automao tem provocado uma srie de mudanas no ambiente de trabalho: Reduo no nvel de emprego de atividades repetitivas e/ou que requerem pouca qualificao Desaparecimento de algumas profisses Aumento da qualidade e padronizao de produtos Reduo de custos de produo 2. CONTROLE DE PROCESSOSControlar um processo corresponde a manter uma varivel deste processo num determinado valor desejado.2.1 Definies Processo qualquer operao onde pelo menos uma propriedade fsica ou qumica possa variarao longo do tempo. Varivel controlada propriedade que se deseja controlar, corresponde a sada do processo. Varivel manipulada propriedade que pode ser modificada diretamente pela ao docontrolador e cuja variao ir afetar a varivel controlada, corresponde a entrada do processo. Valor desejado (setpoint) valor de referncia para a varivel controlada. Em geral determinado por um operador baseado nas necessidades do processo. Elemento primrio (sensor) dispositivo que utiliza a energia do processo para proporcionaruma medida da varivel controlada. Transmissor elemento que transforma a medida do sensor em um sinal padronizado quepode ser transmitido e interpretado pelo controlador. Elemento Final de Controle (atuador) dispositivo que recebe o sinal do controlador e, destaforma, altera a varivel manipulada (ex. vlvulas, rels, etc.). Controlador dispositivo que compara o valor da varivel controlada com o valor desejado,calcula a ao corretiva necessria e emite o sinal de correo para o atuador.2.2 ClassificaoO controle de processos normalmente considerado de dois tipos distintos: controle de variveis contnuas (nvel, temperatura, vazo, presso, etc.) ou controle de variveis discretas (controle da manufatura: posio, tempo, nmero, etc.). Uma possvel classificao est ilustrada na figura 2.1. 3 4. CONTROLECONTNUO HBRIDODISCRETO LINEAR NO-LINEAR CONDICIONAL SEQENCIAL Ex. PIDEx. Fuzzy BOOLEANOSISTEMASTEMPORAL BASEADOS EM ESPECIALISTASEVENTOSEx. TimersEx. Contadores Figura 2.1 Classificao dos Sistemas de Controle.2.3 RealimentaoO controle de um processo baseado em realimentao alcanado pela realizao de trs operaes bsicas: medio da varivel controlada; comparao da varivel controlada com o valor desejado e ao corretiva.varivelcorreo manipulada varivel desviocontroladaSetpoint CONTROLADOR ATUADORPROCESSO + - TRANSMISSOR SENSOR realimentao Figura 2.2 Sistema de Controle com Realimentao.Vrios sistemas de controle no possuem a etapa de realimentao, estes so denominados controle em malha aberta, neste caso o controlador no recebe a informao da varivel controlada e, 4 5. portanto, no pode corrigir automaticamente eventuais desvios em relao ao valor desejado. O seu desempenho depende de uma pr-sintonia.Num sistema de controle em malha fechada (Fig. 2.3, 2.4) o controlador dever ser capaz de realizar a comparao do valor medido da varivel controlada com o valor desejado, os clculos necessrios para corrigir este desvio e a ao corretiva no processo para que a sada volte ao setpoint.Figura 2.3 Sistema de Controle de Temperatura. Figura 2.4 Sistema de Controle de Nvel.5 6. 3. MEDIO DE VARIVEIS DO PROCESSOA medio das variveis envolvidas no processo uma etapa fundamental em qualquer sistema de controle afinal no se pode controlar aquilo que no se pode medir, mesmo que, s vezes, esta medio ocorra de forma indireta. A preciso de um sistema de controle nunca ser maior que a de seu sistema de medio.Medir uma varivel equivale a comparar a quantidade envolvida da grandezaassociada a esta varivel, com uma quantidade padro previamente estabelecida. 3.1 Definies Faixa de medida (range) faixa de valores compreendida entre os limites inferior e superiorda capacidade de medio do instrumento. Alcance (span) diferena algbrica entre os valores superior e inferior do range. Erro diferena entre o valor lido pelo instrumento e o valor real da varivel. Preciso limite de erro de medio do instrumento. Sensibilidade valor mnimo de mudana na varivel detectvel pelo instrumento. Zona morta (dead zone) faixa de valores da varivel que no provoca variao da indicaoou sinal de sada do instrumento. Repetibilidade capacidade de reproduo da indicao, ao se medir, repetidamente, valoresidnticos de uma varivel . Histerese diferena observada entre a medio de uma varivel quando esta percorre a escalano sentido crescente e no decrescente. Elevao de zero quantidade com que o zero da varivel supera o valor inferior do range. Supresso de zero quantidade com que o valor inferior do range supera o zero da varivel. Tempo morto (dead time) atraso verificado entre a ocorrncia de uma alterao na varivele a sua percepo pelo instrumento, tambm chamado de atraso de transporte.3.2 SimbologiaA padronizao de simbologia segundo a ISA (The Instrumentation, Systems and Automation Society) estabelece atravs da norma ISA S 5.1 (Instrumentation, Symbols and Identification) que cada instrumento dever ser identificado por um conjunto de letras e algarismos (Tabela 3.1). A primeira letra indica a varivel medida / controlada e as subseqentes indicam a funo desempenhada pelo instrumento. O primeiro conjunto de algarismos indica a rea / fbrica e o segundo indica a malha ou funo programada a qual o instrumento pertence. 6 7. Tabela 3.1 Letras de Identificao da Instrumentao. 1 Grupo de Letras 2 Grupo de Letras Letra Varivel MedidaFuno 1 Letra Modificadora Passiva Ativa Modificadora AAnlise Alarme BChama CCondutividadeControlador DDensidade Diferencial ETensoSensor FVazo Razo GLivre Escolha Viso Direta HManual Alto ICorrente Eltrica Indicador JPotnciaVarredura ouSeleo Manual KTempo Taxa de Variao Estao de Controle LNvel Lmpada Piloto Baixo MUmidade InstantneoMdio NLivre Escolha OLivre Escolha Orifcio PPresso Conexo paraPonto de Teste QQuantidadeTotalizao RRadiaoRegistrador SVelocidade ou SeguranaChaveFreqncia TTemperaturaTransmissor UMultivarivel Multifuno VVibrao Vlvula WPeso ou Fora Ponta de Prova XNo ClassificadaEixo dos XNo Classificada No Classif.No Classif. YEstado, PresenaEixo dos Y Rel,ou Seqncia deConversor,EventosSolenide ZPosio ouEixo dos Z Acionador,Dimenso Atuador no Classificado Exemplos: a) TRC-210-02A T - varivel medida: Temperatura R - Funo Passiva: Registrador C - Funo Ativa: Controlador 210 - rea da fbrica onde o instrumento atua 02 - Nmero da malha de controle A - Sufixob) LIC-210-02 c) TE-110-01B d) FT-110-037 8. Tabela 3.2 Simbologia Geral para Instrumentos ou Funes Programadas.Tipo /Locao principal Montado noLocao auxiliar Locao au