Automação Industrial: Sistemas de Controle de Processos, Trabalhos de Automação

Baixe Automação Industrial: Sistemas de Controle de Processos e outras Trabalhos em PDF para Automação, somente na Docsity!

Automação

Industrial

4 a^ edição

Marco Antônio Ribeiro

Automação Industrial

4 a^ edição

Marco Antônio Ribeiro

Dedicado a Ivan Alfredo Ivanovs, meu sócio, meu amigo e que conhece mais do que

eu este assunto

Quem pensa claramente e domina a fundo aquilo de que fala, exprime-se claramente e de modo compreensível. Quem se exprime de modo obscuro e pretensioso mostra logo que não entende muito bem o assunto em questão ou então, que tem razão para evitar falar claramente (Rosa Luxemburg)

© 1997, 1998, 1999, Tek Treinamento & Consultoria Ltda Salvador, Outono 1999

Autor

Marco Antônio Ribeiro nasceu em Araxá, MG, no dia 27 de maio de 1943.

Formou-se pelo Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA), em Engenharia

Eletrônica, em 1969.

Entre 1973 e 1986, trabalhou na Foxboro, onde fez vários cursos nos Estados

Unidos (Foxboro, MA e Houston, TX) e em Buenos Aires, Argentina.

Desde 1987, dirige a Tek (

)Treinamento e Consultoria Ltda., firma pequeníssima

voltada para treinamento na área de Instrumentação, Controle de Processo, Medição

de Vazão, Cálculo de Incerteza na Medição, Metrologia Industrial, Instalações

Elétricas em Áreas Classificadas. É certamente difícil ser um especialista

competente em numerosos assuntos tão ecléticos, porém ele se esforça

continuamente em sê-lo.

Gosta de xadrez, corrida, fotografia, música de Beethoven, leitura, trabalho, curtir

os filhos e a vida.

Já correu três maratonas, a melhor em 3 h 13 m 11 s e a pior em 3 h, 28 m 30 s.

Diariamente corre entre 8 e 12 km, às margens do oceano Atlântico. Semanalmente

participa de torneios de xadrez relâmpago e nas horas de taxa telefônica reduzida,

joga xadrez através da Internet. Possivelmente, é o melhor jogador de xadrez entre

os corredores e o melhor corredor entre os jogadores de xadrez, o que realmente

não é grande coisa e também não contribui nada para a Automação Industrial.

) Tekinfim (Tek) foi seu apelido no ITA, pois só conseguiu entrar lá na terceira tentativa. Mas o que conta é que entrou e saiu engenheiro. O que foi um grande feito para um bóia fria do interior de Minas Gerais.

Automação Industrial

Conteúdo

Prefácio

Autor

FUNDAMENTOS

TECNOLOGIAS

Automação Industrial

Controle Supervisório e

Automação Industrial

• 1. Automação Automação
• 1.1. Conceito
• 1.2. Automação e mão de obra
• 1.3. Automação e controle
• 1.4. Automação e eletrônica
• 2. Graus de Automação
• 2.1. Ferramentas manuais
• 2.2. Ferramentas acionadas
• 2.3. Quantificação da energia
• 2.4. Controle programado
• 2.5. Controle realimentação negativa
• 2.6. Controle da máquina com cálculo
• 2.7. Controle lógico da máquina
• 2.8. Controle Adaptativo
• 2.9. Controle indutivo
• 2.10. Máquina criativa
• 2.11. Aprendendo pela máquina
• 3. Sistemas de automação
• 4. Conclusão
• Objetivos de Ensino Componentes Eletromecânicos
• 1. Introdução
• 2. Chave
• 2.1. Conceito
• 2.2. Pólos e Terminais
• 2.3. Chave Liga-Desliga
• 2.4. Chave Botoeira
• 2.5. Chave Seletora
• 2.6. Critérios de Seleção
  • 3. Chaves Automáticas
  • 3.1. Pressostato
  • 3.2. Termostato
  • 3.3. Chave de Vazão
  • 3.4. Chave de Nível
  • 3.5. Chave limite
  • 4. Solenóide
  • 4.1. Conceito
  • 4.2. Seleção
  • 4.3. Tipos
  • 5. Relés
  • 5.1. Definição e Funções
  • 5.2. Características
  • 5.3. Aplicações
  • 5.4. Tipos de Relés
  • 5.5. Seleção de Relés
  • 6. Temporizadores
  • 6.1. Atraso para ligar
  • 6.2. Atraso para desligar
  • 7. Contadores
  • 7.1. Contagem simples
  • 7.2. Dois contadores
  • 7.3. Número de peças
  • 8. Proteção de Circuitos
  • 8.1. Fusível
  • 8.2. Disjuntor (Circuit Breaker)
• 1. Introdução Símbolos e Identificação
• 2. Aplicações
• 3. Roteiro da identificação
• 3.1. Geral
• 3.2. Número de tag típico
• 3.3. Identificação funcional
• 3.4. Identificação da malha
• 4. Simbologia de Instrumentos
• 4.1. Parâmetros do Símbolo
• 4.2. Alimentação dos instrumentos
• 4.3. Linhas entre os Instrumentos
• 4.4. Balão do Instrumento
• 5. Malha de controle
• 6. Sistemas completos
• 7. Referências bibliográficas
• 1. Lógica Símbolos Lógicos
• 1.1. Conceito
• 1.2. Lógica de relé e programas
• 1.3. Lógica Combinatória
• 1.4. Lógica CLP
• 2. Conceituação e Execução
  • 2.1. Tipos de documentos
  • 2.2. Documentos conceituais
• 3. Portas Lógicas
  • 3.1. Porta OR
  • 3.2. Porta OR Exclusivo
  • 3.3. Porta AND
  • 3.4. Porta NOT
  • 3.5. Porta NAND
  • 3.6. Porta NOR
• 4. Exemplos lógicos
  • 4.1. Circuito retentivo
  • 4.2. Bomba de vácuo
  • 4.3. Reator Químico de Batelada
• 5. Cartas de função
  • 5.1. Desenhos e Palavras
  • 5.2. Conceito
  • 5.3. Documentos de execução
  • 5.4. ANSI/ISA S5.2 - 5.5. Diagrama lógico - 5.6. Aplicações das portas
    • 6. Conclusão
    • 1. Introdução Linguagens de Programação
    • 2. Ferramentas auxiliares
    • 3. Linguagens Textuais
    • 3.1. Elementos comuns
    • 3.2. Lista de Instruções
    • 3.3. Linguagem de Texto Estruturado
    • 4. Linguagens Gráficas
    • 4.1. Elementos comuns
    • 1. Introdução Diagrama Ladder
    • 2. Componentes
    • 3. Exemplo
    • 4. Diagrama errado
    • 5. Exemplo
    • 6. Desenvolvimento
    • 7. Análise
    • 8. Exemplos de Diagrama Ladder
    • 8.1. Circuito de Alarme de Alta Pressão
    • 8.2. Controle de Bomba e lâmpadas
    • 8.3. Controle seqüencial de 3 motores
    • 8.4. Controle temporizado de motores
    • 8.5. Controle seqüencial temporizado
    • 8.6. Controle de velocidade de motores
    • 8.7. Unidade de Aquecimento de Óleo
    • 8.8. Enchimento e Esvaziamento
    • 8.9. Enchimento com Duas Bombas
    • 8.10. Enchimento de garrafa:
    • 8.11. Sistema de Esteira
    • 8.12. Sistema de Elevador
    • 8.13. Enchimento de tanque
    • 8.14. Furadeira
    • 2. Conceitos Básicos
  • 2.1. Geral Automação Industrial
  • 2.2. Combinação de elementos
  • 2.3. Ordem da avaliação do circuito
  • 2.4. Bloco de função
• 3. Blocos Funcionais Padrão
  • AIN
  • Aritmética de Adição (ADD)
  • Aritmética de Subtração (SUB)
  • Aritmética de Divisão (DIV)
  • Aritmética de Multiplicação (MUL)
  • Comparador Diferente de (NE)
  • Comparador Maior ou Igual (GE)
  • Comparador Menor ou Igual (LE)
  • Contador Crescente (CTU)
  • Contador Decrescente (CTD)
  • Contador Crescente e Decrescente
  • Conversor DINT_TO_DWORD
  • Conversor DWORD_TO_DINT
  • Conversor DINT_TO_REAL
  • Detector de Borda de Descida
  • Detector de Borda de Subida
  • Flip Flop RS (R prioritário)
  • Flip Flop SR (S prioritário)
  • Lógica Ou (OR)
  • Lógica E (AND)
  • Lógica Mover (MOVE)
  • Lógica Não (NOT)
  • Multiplexador (MUX)
  • PACK16
  • UNPACK16
  • Seletor de Sinais (SEL)
  • Temporizador (TMR)
  • Temporizador TOF
  • Temporizador TON
  • Temporizador TP
• 4. Blocos Personalizados
  • 4.1. Parâmetros dos blocos
  • 4.2. Formação de TAG
  • 4.3. Alarme/Desarme de ALTA
  • 4.4. Alarme/Desarme de BAIXA
• retorno automático 4.5. Alarme/Desarme com By Pass de
• Set Point 4.6. Alarme de ALTA com Seleção de
  • 4.7. By Pass de Set Point
  • 4.8. Contador
  • 4.9. Acionamento de MOV
  • 4.10 Desarme de BAIXA
  • 4.11. Desarme de ALTA
  • 4.12. Rastreador de Alta
  • 4.13. Rastreador de Baixa
  • 4.14. Seletor de By Pass
  • 4.15. TR_CALENDAR
    • 1. Instrumento microprocessado Instrumentação Inteligente
    • 1.1. Conceito de microprocessador
    • 1.2. Vantagens do microprocessador
    • 1.3. Aplicações
    • 1.4. Conclusões
    • 2. Controlador inteligente
    • 2.1. Conceito
    • 2.2. Características
    • 2.3. Controladores comerciais
    • 3. Transmissores inteligentes
    • 3.1. Introdução
    • 3.2. Transmissor smart e inteligente
    • 3.3. Terminologia
    • 3.4. Propriedades e características
    • 4. Instrumentação virtual
    • 4.1. Definição
    • 4.2. Passado e Tendências Futuras
    • 4.3. Progressão de Normas
    • 4.4. Partes do Sistema
    • 1. Justificativas Computador no Processo
    • 2. Aplicações típicas
    • 2.1. Lógica
    • 2.2. Controle Avançado
    • 2.3. Monitoração de Alta Velocidade
    • 2.4. Partida e desligamento
    • 2.5. Otimização do controle
    • 3. Configurações
    • 3.1. Computador fora da linha
    • 3.2. Computador com entrada em linha
    • linha 3.3. Computador com entrada e saída em
    • 3.4. Computador centralizado
    • 3.5. Aquisição de dados (data logging)
    • 3.6. Controle do ponto de ajuste
    • 3.7. Controle digital direto (DDC)
• distribuído 4. Sistema de controle digital
• 4.1. Filosofia
• 4.2. Interface com o processo
• 4.3. Interface com o controle
• 4.4. Interface com o operador
• 4.5. Gerenciamento do controle
• 4.6. Sistema de comunicação
• 4.7. Vantagens e limitações do SDCD
• 5.1. Introdução 5. Computador no Processo
• 5.2. Computador Digital
• 5.3. Computador Digital e Analógico
• 5.4. Controlador Digital
• 5.5. Como Computadores Controlam
• 5.6. Tipos de Computadores Digitais
• 5.7. Uso do Computador em Controle
• 5.8. Operação do Computador Digital
• 6. Computador como Controlador
• 6.1. Introdução
• 6.2. Informação Requerida
• 6.3. Informação do Processo
• 6.4. Circuitos de Interface
• 6.5. Endereçamento E/S
• 6.6. Processamento de Dados
• 6.7. Projeto do Computador
• 6.8. Programação do Computador
• 7. Conclusões
• Objetivos de Ensino Controlador Lógico Programável
• 1. Introdução
• 1.1. Definição
• 1.2. Terminologia
• 1.3. Histórico
• 1.4. Evolução
• 2.1. Lógica Fixa Eletrônica 2. Comparação com outros sistemas
• 2.2. Lógica com Relés
• 2.3. Computador Pessoal
• 2.4. Vantagens do CLP
• 2.5. Desvantagens do CLP
• 2.6. CLP versus SDCD
• 3. Componentes do CLP
• 3.1. Unidade Processamento Central
• 3.2. Memória
• 3.3. Unidades de Programação
  • 3.4. Módulos de Entrada/Saída (E/S)
  • 3.5. Módulos de Comunicação
  • 3.6. Tensão, Corrente e Isolação
  • 3.7. Periféricos
  • 4. Manutenção do CLP
  • 5. Mercado do CLP
  • 1. Aquisição de Dados Aquisição de Dados (SCADA)
  • 1.1 Introdução
  • 1.2. Sistema de Aquisição de Dados
  • 1.3. Sensores
  • 1.4. Circuitos condicionadores
  • 1.5. Multiplexação
  • 1.6. Amostragem de dados
  • 1.7. Circuito sample e hold
  • 1.8. Conversor digital -analógico
  • 1.9. Conversor analógico -digital
  • 2. Telemetria
  • 2.1. Introdução
  • 2.1. Conceito
  • 2.2. Telemetria e aquisição de dados
  • 2.3. Canais de Comunicação
  • 2.4. Modem
  • 2.5. Transmissão por rádio freqüência
  • de Aquisição de Dados 3. Controle Supervisório do Sistema
  • 3.1. Introdução
  • 3.2. Equipamento (Hardware)
  • 3.3. Programa Aplicativo (Software)
  • 4. InTouch
  • 4.1. Propriedades
  • 4.2. Características Especiais
  • 4.3. Outros Benefícios
  • 4.5. Operação
  • 4.6. Redes de controle
  • 1. Rede de Computadores Integração de Sistemas
  • 1.1. Introdução
  • 1.2. Rede e Sistema Distribuído
  • 1.3. Objetivos da Rede
  • 1.4. Parâmetros da rede
  • 1.5. Arquitetura da Rede
  • 1.7. Modelo de Referência OSI
• 2. Comunicação de dados Automação Industrial
• 2.1. Introdução
• 2.2. Tipos de sinais
• 2.3. Meio físico
• 2.4. Número de Canais
• 2.5. Movimento de Dados
• 2.6. Tempo e transmissão
• 2.7. Multiplexagem de Sinal
• 3.Protocolos e interfaces
• 3.1. Conceitos
• 3.2. Ethernet (IEEE 802.3)
• 3.3. Protocolo HART
• 3.4 Fieldbus Foundation
• 3.5. Profibus Trade Organization
• 3.6. WorldFIP
• 3.7. ARCnet
• 3.8. ControlNet
• 4. Base de Dados (Database)
• 4.1. Introdução
• 4.2. Bases de dados tradicionais
• 4.3. Aplicações de RDBs
• 4.4. Estrutura da RDB
• 4.5. Interação com base de dados
• 4.6. Partes componentes da RDB
• 4.7. Importância das ferramentas
• 4.8. Explosão da base de dados
• 5. Integração de Sistemas
• 5.1. Cenário da planta
• 5.2. Conceito de Integração
• 5.3. Pirâmide da interoperabilidade
• 5.4. Parâmetros da integração
• 5.5. Como integrar
  • Objetivos de Ensino Controle do Processo
  • 1. Controle Contínuo
  • 1.1. Introdução
  • 1.2. Malha aberta ou fechada
  • 1.3. Ações de Controle
  • 1.4. Fatores do Processo
  • 1.5. Fatores do Instrumento
  • 1.6. Sintonia do Controlador
  • 1.7. Controle Multivariável
  • 1.8. Conclusão
  • 2. Controle Lógico
  • 2.1. Conceito
  • 2.2. Controle de processo discreto
  • 2.3. Características do sistema
  • 2.4. Variáveis de estado discreto
  • 2.5. Especificações do processo
  • 2.6. Seqüência de eventos
  • 2.7. Fluxograma da seqüência
  • Objetivos Controle Batelada
  • 1. História da Batelada
  • 1.1. Origem do Controle Batelada
  • 1.2. Funções de controle da batelada
  • 1.3. Controle manual direto
  • 1.4. Controle Regulatório
  • 1.5. Intertravamentos de segurança
  • 1.6. Sequenciamento
  • 1.7. Gerenciamento da Batelada
  • 1.8. Planejamento
  • 1.9. Equipamentos
  • 1.10. Conclusão
  • 2. Gerenciamento da Batelada
  • 2.1. Introdução
  • 2.2. Exigências
  • 2.3. Funções Automáticas
  • 3. Controle da Batelada
• 3.1. Introdução Automação Industrial
• 3.2. Batelada seqüencial temporizado
• 3.3. Controle acionado por eventos
• 4. Automação da Batelada
• 4.1. Introdução
• 4.2. Medição das variáveis
• 4.3. Instrumentação Modular
• 4.4. Controle de Batelada
• 4.5. Característica da Instrumentação
• 4.6. Características desejáveis
• 4.7. Segurança
• 4.8. Complicações
• 4.9. Instruções de Operação
• 1. Terminologia Alarme e Intertravamento
• 2. Segurança da Planta
• 2.1. Projeto da planta
• 2.2. Medição e Controle
• 2.3. Alarme do processo
• 2.4. Desligamento de emergência
• 2.4. Monitoração do fogo e gás
• 3. Tecnologias do Sistema
• 3.1. Tecnologias disponíveis
• 3.2. Escolha do Sistema
• 4. Alarme do Processo
• 4.1. Introdução
• 4.2. Componentes
• 4.3. Prioridade de alarmes
• 4.4. Realização do Alarme
• 5. Intertravamento do Processo
• 5.1. Conceito
• 5.2. Tipos de Falhas
• 5.3. Análise do Intertravamento
• 5.4. Segurança da malha de controle
• 5.5. Projeto do Intertravamento
• 5.6. Filtrando os alarmes
• 5.7. Circuitos de Intertravamentos
• 5.8. Sistema de Votação
• 5.9. Falhas no Sistema
• 5.10. Sistema de Falha Segura
• 6. Alarme e Cores
• 6.1. Introdução
• 6.2. Código de cores
• 6.3. Transmissão e projeção de cores
  • Objetivos Anunciador de Alarme
  • 1. Conceito
  • 2. História e Desenvolvimento
  • 3. Seqüências do Anunciador
  • 3.1. Tipos de Seqüência
  • 3.2. Condições
  • 3.3. ISA RP 18.1 (1965)
  • 3.4. ISA S18.1 (1984)
  • 4. Designação da Seqüência
  • 4.1. Letra de Seqüência Básica
  • 4.2. Designação do número de opção
  • 4.3. First out
  • 5. Descrição da Seqüência
  • 5.1. Seqüência A, Reset Automático
  • 5.2. Seqüência M, Reset Manual
  • 5.3. Seqüência R, Ringback
  • 5.4. Seqüência First Out
  • 5.5. Seqüência com Teste
  • 6. Arranjos do Anunciador
  • 6.1. Anunciador com Lógica Integral
  • 6.2. Anunciador remoto
  • 7. Operação
  • 7.1. Display Visual
  • 7.2. Dispositivos sonoros
  • 7.3. Botoeiras
  • 7.4. Circuitos Lógicos
  • 7.5. Características Opcionais
  • 7.6. Saídas auxiliares
  • 7.7. Sistemas de Alimentação
  • 7.8. Testes de Fábrica
  • 8. Outros Sistemas
  • 8.1. Alarme discreto
  • 8.1. Enunciador
  • 8.2. Registrador de Eventos
  • 8.3. Monitor Específico
  • 8.4. Alarmes por Computado
  • 8.5. Painéis de alarme
  • 9. Tendências
  • 9.1. Tecnologias rivais
  • 9.2. Anunciador isolado
  • 9.3. Anunciador distribuído
  • 9.4. Software baseado em PC
  • 9.5. Estampando data e hora
• 1. Introdução Operação do Processo
• 2. Fatores Humanos no Projeto
• 2.1. Temas em fatores humanos
• 2.2. Fatores humanos na operação
• 3. Funções do operador
• 4. Atributos Mentais
• 4.1. Automatização
• 4.2. Modelo mental do operador
• 4.3. Representação para o operador
• 5. Estudos do Operador
• 6. Alocação de função
• 7. Análise da tarefa
• 8. Display da informação
• 9. Falhas do Processo
• 9.1. Sistema de Controle
• 9.2. Características do Processo
• 4. Projeto da Instrumentação 9.3. Características do Sistema 189.
• 9.5. Falhas de Instrumentos
• 9.6. Administração de Falhas
• 10. Erro Humano
• 11. Treinamento
• 12. Display para o Operador
• 12.1. Introdução
• 12.2. Display da Medição
• 12.3. Desempenho do instrumento
• 12.4. Instrumentos Inteligentes
• 12.5. Analógico e Digital
• 12.6. Aspectos Psicológicos
• 12.7. Computador de Processo
• 12.8. Conclusão

1

Automação

1. Objetivos

1. Conceituar automação e controle _automático.

2. Listar os diferentes graus de_ _automação.
3. Definir o conceito de automação e seu_ _efeito na indústria e sociedade.
4. Introduzir os tipos básicos de sistemas_ e equipamentos de controle eletrônico.

1. Automação

1.1. Conceito

Automação é a substituição do trabalho humano ou animal por máquina. Automação é a operação de máquina ou de sistema automaticamente ou por controle remoto, com a mínima interferência do operador humano. Automação é o controle de processos automáticos. Automático significa ter um mecanismo de atuação própria, que faça uma ação requerida em tempo determinado ou em resposta a certas condições. O conceito de automação varia com o ambiente e experiência da pessoa envolvida. São exemplos de automação:

1. Para uma dona de casa, a máquina de lavar roupa ou lavar louça.
2. Para um empregado da indústria automobilística, pode ser um robô.
3. Para uma pessoa comum, pode ser a capacidade de tirar dinheiro do caixa eletrônico. O conceito de automação inclui a idéia de usar a potência elétrica ou mecânica para acionar algum tipo de máquina. Deve acrescentar à máquina algum tipo de inteligência para que ela execute sua tarefa de modo mais eficiente e com vantagens econômicas e de segurança.

Como vantagens, a máquina

1. nunca reclama
2. nunca entra em greve
3. não pede aumento de salário
4. não precisa de férias
5. não requer mordomias. Como nada é perfeito, a máquina tem as seguintes limitações:
6. capacidade limitada de tomar decisões
7. deve ser programada ou ajustada para controlar sua operação nas condições especificadas
8. necessita de calibração periódica para garantir sua exatidão nominal
9. requer manutenção eventual para assegurar que sua precisão nominal não se degrade.

1.2. Automação e mão de obra

Com o advento do circuito integrado (1960) e do microprocessador (1970), a quantidade de inteligência que pode ser embutida em uma máquina a um custo razoável se tornou enorme. O número de tarefas complexas que podem ser feitas automaticamente cresceu várias vezes. Atualmente, pode-se dedicar ao computador pessoal (CP) para fazer tarefas simples e complicadas, de modo econômico. A automação pode reduzir a mão de obra empregada, porém ela também e ainda requer operadores. Em vez de fazer a tarefa diretamente, o operador controla a máquina que faz a tarefa. Assim, a dona de casa deve aprender a carregar a máquina de lavar roupa ou louça e deve conhecer suas limitações. Operar a máquina de lavar roupa pode inicialmente parecer mais difícil que lavar a roupa diretamente. Do mesmo modo, o operador

Automação

de uma furadeira automática na indústria automobilística deve ser treinado para usar a máquina com controle numérico que faz o furo realmente. A linha de montagem com robôs requer operadores para monitorar o desempenho desses robôs. Quem tira o dinheiro do caixa eletrônico, deve possuir um cartão apropriado, decorar uma determinada senha e executar uma série de comandos no teclado ou tela de toque. Muitas pessoas pensam e temem que a automação significa perda de empregos, quando pode ocorrer o contrário. De fato, falta de automação coloca muita gente para trabalhar. Porém, estas empresas não podem competir economicamente com outras por causa de sua baixa produtividade devida à falta de automação e por isso elas são forçadas a demitir gente ou mesmo encerrar suas atividades. Assim, automação pode significar ganho e estabilidade do emprego, por causa do aumento da produtividade, eficiência e economia. Muitas aplicações de automação não envolvem a substituição de pessoas por que a função ainda não existia antes ou é impossível de ser feita manualmente. Pode-se economizar muito dinheiro anualmente monitorando e controlando a concentração de oxigênio dos gases queimados em caldeiras e garantindo um consumo mais eficiente de combustível. Pode se colocar um sistema automático para recuperar alguma substância de gases jogados para atmosfera, diminuindo os custos e evitando a poluição do ar ambiente.

1.3. Automação e controle

A automação está intimamente ligada à instrumentação. Os diferentes instrumentos são usados para realizar a automação. Historicamente, o primeiro termo usado foi o de controle automático de processo. Foram usados instrumentos com as funções de medir, transmitir, comparar e atuar no processo, para se conseguir um produto desejado com pequena ou nenhuma ajuda humana. Isto é controle automático. Com o aumento da complexidade dos processos, tamanho das plantas,

exigências de produtividade, segurança e proteção do meio ambiente, além do controle automático do processo, apareceu a necessidade de monitorar o controle automático. A partir deste novo nível de instrumentos, com funções de monitoração, alarme e intertravamento, é que apareceu o termo automação. As funções predominantes neste nível são as de detecção, comparação, alarme e atuação lógica. Por isso, para o autor, principalmente para a preparação de seus cursos e divisão de assuntos, tem-se o controle automático aplicado a processo contínuo, com predominância de medição, controle PID (proporcional, integral e derivativo). 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. Tem-se a automação associada ao controle automático, para fazer sua monitoração, incluindo as tarefas de alarme e intertravamento. A automação é também aplicada a processos discretos e de batelada, onde há muita operação lógica de ligar e desligar e o controle seqüencial. O sistema de controle aplicado é o Controlador Lógico Programável (CLP). Assim: controle automático e automação podem ter o mesmo significado ou podem ser diferentes, onde o controle regulatório se aplica a processos contínuos e a automação se aplica a operações lógicas, seqüenciais de alarme e intertravamento.

1.4. Automação e eletrônica

Na década de 1970, era clássica a comparação entre as instrumentações eletrônica e pneumática. Hoje, às vésperas do ano 2000, há a predominância da eletrônica microprocessada. Os sensores que medem o valor ou estado de variáveis importantes em um sistema de controle são as entradas do sistema, mas o coração do sistema é o controlador eletrônico microprocessado. Muitos sistemas de automação só se tornaram possíveis por causa dos recentes e grandes avanços na eletrônica. Sistemas de controle que não eram práticos por

Automação

2.5. Otimização do controle

negativa

O próximo passo desenvolve um sistema que usa a medição para corrigir a máquina. A definição de automação de Ford se refere a este nível. Na indústria química, o controle a realimentação negativa é o começo do controle automático. A temperatura é usada para controlar a válvula que manipula o vapor. O regulador de vazão ajusta a quantidade adicionada no reator, baseando na medição da vazão.

2.6. Controle da máquina com

cálculo

Em vez de realimentar uma medição simples, este grau de automação utiliza uma cálculo da medição para fornecer um sinal de controle. Na planta química, os cálculos se baseiam no algoritmo PID, em que o sinal de saída do controlador é uma função combinada de ações proporcional, integral e derivativa. Este é o primeiro nível de automação disponível pelo computador digital.

2.7. Controle lógico da máquina

O sistema de telefone com dial é um exemplo de máquina lógica: Quando se tecla o telefone, geram-se pulsos que lançam chaves que fazem a ligação desejada. Caminhos alternativos são selecionados por uma série programada de passos lógicos. O sistema de segurança e desligamento da planta química usa controle lógico. Um conjunto de condições inseguras dispara circuitos para desligar bombas, fechar válvula de vapor ou desligar toda a planta, dependendo da gravidade da emergência.

2.8. Controle Adaptativo

No controle adaptativo, a máquina aprende a corrigir seus sinais de controle, se adequando às condições variáveis. Uma versão simples deste nível é o sistema de aquecimento de um edifício que adapta sua reposta ao termostato a um programa baseado nas medições da temperatura externa. O controle adaptativo tornou-se acessível pelo desenvolvimento de

sistemas digitais. Um exemplo de controle adaptativo na indústria química é o compressor de nitrogênio e oxigênio para fabricação de amônia. A eficiência do compressor varia com a temperatura e pressão dos gases e das condições do ambiente. O controlador adaptativo procura o ponto ótimo de trabalho e determina se o compressor está em seu objetivo, através do índice de desempenho. Para isso, usa- se a tecnologia avançada do computador mais a tecnologia de instrumentos de análise em linha.

2.9. Controle indutivo

A máquina indutiva rastreia a resposta de sua ação e revisa sua estratégia, baseando-se nesta resposta. Para fazer isso, o controlador indutivo usa programa heurístico. Na planta química, o sistema usa um método e o avalia, muda uma variável de acordo com um programa e o avalia de novo. Se este índice de desempenho tem melhorado, ele continua no mesmo sentido; se a qualidade piorou, ele inverte o sentido. A quantidade de ajuste varia com seu desvio do ponto ideal. Depois que uma variável é ajustada, o sistema vai para a próxima. O sistema continua a induzir as melhores condições na planta. Uma aplicação típica é no controle de fornalha de etileno.

2.10. Máquina criativa

A máquina criativa projeta circuitos ou produtos nunca antes projetados. Exemplo é um programa de composição de música. A máquina criativa procura soluções que seu programado não pode prever. Na planta química, é o teste de catalisador. O sistema varia composição, pressão e temperatura em determinada faixa, calcula o valor do produto e muda o programa na direção de aumentar o valor.

2.11. Aprendendo pela máquina

Neste nível, a máquina ensina o homem. O conhecimento passa na forma de informação. A máquina pode ensinar matemática ou experiência em um laboratório imaginário, com o estudante seguindo as instruções fornecidas pela máquina. Se os estudantes cometem muitos erros, porque não estudaram a

Automação

lição, a máquina os faz voltar e estudar mais, antes de ir para a próxima lição. Assim, todos os graus de automação são disponíveis hoje, para ajudar na transferência de tarefas difíceis para a máquina e no alívio de fazer tarefas repetitivas e enfadonhas. Fazendo isso, a máquina aumenta a produtividade, melhora a qualidade do produto, torna a operação segura e reduz o impacto ambiental.

3. Sistemas de automação

A aplicação de automação eletrônica nos processos industriais resultou em vários tipos de sistemas, que podem ser geralmente classificados como:

1. Máquinas com controle numérico
2. Controlador lógico programável
3. Sistema automático de armazenagem e recuperação
4. Robótica
5. Sistemas flexíveis de manufatura.

3.1. Máquina com controle numérico

Uma máquina ferramenta é uma ferramenta ou conjunto de ferramentas acionadas por potência para remover material por furo, acabamento, modelagem ou para inserir peças em um conjunto. Uma máquina ferramenta pode ser controlada por algum dos seguintes modos:

1. Controle contínuo da trajetória da ferramenta onde o trabalho é contínuo ou quase contínuo no processo.
2. Controle ponto a ponto da trajetória da ferramenta onde o trabalho é feito somente em pontos discretos do conjunto. Em qualquer caso, as três coordenadas (x, y, z ou comprimento, largura e profundidade) devem ser especificadas para posicionar a ferramenta no local correto. Programas de computador existem para calcular a coordenada e produzir furos em papel ou fita magnética que contem os dados numéricos realmente usados para controlar a máquina. A produtividade com controle numérico pode triplicar. No controle numérico, exige- se pouca habilidade do operador e um único operador pode supervisionar mais de uma máquina.

Se em vez de usar uma fita para controlar a máquina, é usado um computador dedicado, então o sistema é tecnicamente chamado de máquina controlada numericamente com computador (CNC). Um centro com CNC pode selecionar de uma até vinte ferramentas e fazer várias operações diferentes, como furar, tapar, frezar, encaixar. Se o computador é usado para controlar mais de uma máquina, o sistema é chamado de máquina controlada numericamente e diretamente. A vantagem deste enfoque é a habilidade de integrar a produção de várias máquinas em um controle global de uma linha de montagem. A desvantagem é a dependência de várias máquinas debaixo de um único computador. 3.2. Controlador lógico programável O controlador lógico programável é um equipamento eletrônico, digital, microprocessado, que pode

1. controlar um processo ou uma máquina
2. ser programado ou reprogramado rapidamente e quando necessário
3. ter memória para guardar o programa. O programa é inserido no controlador através de microcomputador, teclado numérico portátil ou programador dedicado. O controlador lógico programável varia na complexidade da operação que eles podem controlar, mas eles podem ser interfaceados com microcomputador e operados como um DNC, para aumentar sua flexibilidade. Por outro lado, eles são relativamente baratos, fáceis de projetar e instalar. 3.3. Sistema de armazenagem e recuperação de dados Atividades de armazenar e guardar peças são centralizados em torno de inventário de peças ou materiais para, posteriormente, serem usadas, embaladas ou despachadas. Em sistemas automáticos, um computador remoto controla empilhadeiras e prateleiras para receber, armazenar e recuperar itens de almoxarifado. O controle da relação é

2

Componentes Eletromecânicos

Objetivos de Ensino

1. Descrever e aplicar vários arranjos de chaveamento elétrico.
2. Desenhar os símbolos para botoeiras, chaves liga-desliga, lâmpadas pilotos e contatos de relés.
3. Descrever o solenóide elétrico e suas aplicações.
4. Descrever a construção e operação de relés eletromecânicos e a estado sólido. Diferenciar os diferentes tipos de relés.
5. Descrever a operação de temporizadores e contadores.

1. Introdução

A eletrônica possui vários componentes com partes e peças mecânicas. O funcionamento destes componentes sempre envolve movimento mecânico. As partes mecânicas da eletrônica são chamadas de peças móveis. Elas constituem o elo mais fraco da corrente. Por causa de seu movimento mecânico elas apresentam as seguintes desvantagens:

1. sofrem desgaste com o uso e portanto possuem vida útil limitada
2. podem ficar emperradas e portanto são pouco confiáveis
3. são relativamente lentas comparadas com as operações puramente eletrônicas
4. podem apresentar sujeira e umidade que atrapalham o seu funcionamento,
5. quebram mais facilmente, por causa da fadiga e desgaste. 6. seu funcionamento pode ser perturbado por vibração e choque mecânico. 7. produzem barulho quando mudam o estado.

Fig. 2.1. Chaves e inversores

Os principais componentes mecânicos da eletrônica (eletromecânicos) são a chave liga-desliga ( toggle ), chave botoeira ( push button ), chave seletora, chave automática acionada por variável de processo (termostato, pressostato, nível, vazão, posição), relé, válvula solenóide e disjuntor.

Chave

Vo

Vi Entrada^ Saída Vi Vo Alta Alta Baixa Baixa

Inversor

Vo

Vi Entrada^ Saída Vi Vo Alta Baixa Baixa Alta

Vi Vo

Inv V1 Inv

Chave Entrada^ Saída Vi Vo Alta Alta Baixa Baixa

Componentes Eletromecânicos

Tab. 4.1. Símbolos usados em sistemas de segurança

Contato elétrico, normalmente aberto (NA)

Contato elétrico, normalmente fechado (NF)

Chave de vazão, normalmente aberta (NA) Chave de vazão, normalmente fechada (NF) Chave de nível, normalmente aberta (NA) Chave de nível, normalmente fechada (NF) Chave de pressão, normalmente aberta (NA) Chave de pressão, normalmente fechada (NF) Chave de temperatura, normalmente aberta (NA)

Chave de temperatura, normalmente fechada (NF)

Chave limite, normalmente aberta (NA) Chave limite, normalmente fechada (NF)

Lâmpada de sinalização

Buzina

Válvula solenóide de duas vias

Válvula solenóide de três vias

2. Chave

2.1. Conceito

A chave é um componente eletromecânico usado para ligar, desligar ou direcionar a corrente elétrica, através de um acionamento mecânico manual ou automático. A chave de duas posições é um componente binário de circuito simples e fundamental, com uma entrada e uma saída. A saída é alta quando a entrada é alta e a saída é baixa quando a entrada é baixa. A entrada da chave é uma força mecânica e a saída é uma tensão elétrica. A chave estática o semicondutor possui na entrada e saída sinais elétricos. A chave é adequada para teclados e entrada de dados em sistemas digitais.

Fig. 2. 2. Conceito de chave

O inversor é uma variação da chave. O inversor é também um dispositivo binário, com uma entrada e uma saída, de modo que a saída é alta, quando a entrada for baixa e saída é baixa, quando a entrada for alta. O inversor é um bloco construtivo do sistema digital mais poderoso e fundamental que a chave pois a chave pode ser construída a partir de dois inversores em série e nenhuma combinação de chaves pode produzir um inversor. As características desejáveis da chave

1. alta velocidade
2. alta confiabilidade
3. entrada e saída elétricas
4. pouca energia consumida
5. baixo custo Os tipos mais comuns de chaves manuais usadas em sistemas eletrônicos são os seguintes: