UNED-CUBATÃO Conhecimentos básicosb Automação Industrial

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1 CEFET-SP UNED-CUBATÃO 2008 Conhecimentos básicosb de Automação Industrial J. Caruso Definições Automação é um sistema de equipamentos eletrônicos e/ou mecânicos que controlam seu próprio funcionamento, quase sem a intervenção do homem. A automação possibilita fazer um trabalho por meio de máquinas controladas automaticamente, capazes de se regularem sozinhas. Page 1

2 Justificativas Aumentar a produção e a produtividade Aumentar o rendimento Diminuir o consumo de energia Diminuir a emissão de poluentes Reduzir os produtos fora de especificação Melhorar a segurança Aumentar vida dos equipamentos Melhorar a operabilidade Classificação Conforme o tipo de aplicação Bancária Comercial Industrial Planejamento Projeto Produção Agrícola Comunicações Transporte Page 2

3 Classificação Automação industrial de produção CATEGORIA Processo de fluxo contínuo Produção em massa (seriada) Produção em lotes Produção individualizada (ferramentaria) DESCRIÇÃO Sistema de produção contínua de grandes quantidades de produto, normalmente pó ou líquido. Exemplo: refinarias e indústrias químicas. Sistema de produção de um produto com pouca variação. Exemplo: automóveis eletrodomésticos. Sistema de produção de uma quantidade média de um produto que pode ser repetido periodicamente. Exemplo: livros e roupas. Sistema de produção freqüente de cada tipo de produto, em pouca quantidade. Exemplo: protótipos, ferramentas e dispositivos. Aplicação Controle de fluxo de pessoas em academia de ginástica; o sistema tem um leitor óptico e um computador digital. Um associado deseja utilizar a academia Passa um cartão pessoal, com um código de barras, pelo leitor óptico (elemento sensor). O dado de entrada é convertido em sinais elétricos e enviado ao computador. O cliente é identificado (programa). Caso sua situação esteja em ordem (pagamento de mensalidades, exame médico etc.), o computador envia um sinal para liberação da catraca (elemento de acionamento) e Registra a ocorrência num banco de dados, para consultas posteriores. Page 3

4 Automação Histórico I Devido à necessidade de aumentar a produção e a produtividade, surgiu uma série de inovações tecnológicas máquinas modernas, capazes de produzir com maior precisão e rapidez em relação ao trabalho feito à mão; utilização de fontes alternativas de energia, como o vapor, inicialmente aplicado a máquinas em substituição às energias hidráulica e muscular. Automação Histórico II Por volta de 1788, James Watt desenvolveu um mecanismo de regulagem do fluxo de vapor em máquinas. Este pode ser considerado um dos primeiros sistemas de controle com realimentação Page 4

5 Automação Histórico III Por essa época, as tabelas de logaritmos, além das de funções trigonométricas eram utilizadas para cálculos precisos em diversos campos da ciência Automação Histórico IV As tabelas apresentavam erros, que se propagavam grandemente Charles Babbage nasceu na Inglaterra em Tendo atuado em muitas áreas diferentes ao longo de sua vida (matemática, economia, política); sua principal contribuição foi com o projeto de duas classes de máquinas que não chegaram a ser concluídas: a máquina diferencial e a máquina analítica Page 5

6 Máquina Analítica - Babbage Uma das máquinas que compunham o projeto da máquina analítica. Automação Histórico V A partir de 1870, também a energia elétrica passou a ser utilizada e a estimular indústrias como a do aço, a química e a de máquinasferramenta. O setor de transportes progrediu muito graças à expansão das estradas de ferro e da indústria naval. Page 6

7 Automação Histórico VI No século XX, a tecnologia da automação passou a contar com computadores, servomecanismos e controladores programáveis. Os computadores são o alicerce de toda a tecnologia da automação contemporânea. Por exemplo, ao entrarmos num banco para retirar um simples extrato somos obrigados a interagir com um computador. Passamos o cartão magnético, informamos nossa senha e em poucos segundos obtemos a movimentação bancária impressa. Leitora de Cartões (Holerite) 1880 Nasce a International Business Machines (IBM) Page 7

8 Automação Histórico VII 1948 John T. Parsons desenvolve método de emprego de cartões perfurados para o acionamento de fresadora Demonstrado o invento, a Força Aérea patrocinou pesquisa, coordenados pelo laboratório de servomecanismos do Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT). O MIT desenvolveu um protótipo de uma fresadora com três eixos dotados de servomecanismos de posição Início do desenvolvimento de máquinas automáticas que deram origem ao Comando Numérico Automação Histórico VIII MIT desenvolveu uma linguagem de programação que auxilia a entrada de comandos de trajetórias de ferramentas na máquina Linguagem APT (do inglês, Automatically Programmed Tools, ou Ferramentas Programadas Automaticamente ). Page 8

9 Automação Histórico IX Os robôs (do tcheco robota, que significa escravo, trabalho forçado ) substituíram a mão-deobra no transporte de materiais e em atividades perigosas. O robô programável foi projetado em 1954 pelo americano George Devol, que mais tarde fundou a fábrica de robôs Unimation. Poucos anos depois, a GM instalou robôs em sua linha de produção para soldagem de carrocerias. Automação Histórico X Nos anos 50, surge a idéia da computação gráfica interativa Forma de entrada de dados por meio de símbolos gráficos com respostas em tempo real. O MIT produziu figuras simples por meio da interface de tubo de raios catódicos (idêntico ao tubo de imagem de um televisor) com um computador. Em 1959, a GM começou a explorar a computação gráfica. Page 9

10 Automação Histórico XI Anos 60: o termo CAD (do inglês Computer Aided Design ou Projeto Auxiliado por Computador ) Indicativo dos sistemas gráficos orientados para projetos. Anos 70: frutos dos anos 60, setores governamentais e industriais passaram a reconhecer a importância da computação gráfica como forma de aumentar a produtividade Automação Histórico XII Década de 1980: pesquisas visaram à integração e/ou automatização dos diversos elementos de projeto e manufatura com o objetivo de criar a fábrica do futuro O foco foi expandir os sistemas CAD/CAM (Projeto e Manufatura Auxiliados por Computador). Desenvolveu-se o modelamento geométrico tridimensional com mais aplicações de engenharia (CAE Engenharia Auxiliada por Computador). Alguns exemplos dessas aplicações são a análise e simulação de mecanismos, o projeto e análise de injeção de moldes e a aplicação do método dos elementos finitos. Page 10

11 Automação Histórico XIII Hoje: conceitos de integração total do ambiente produtivo com o uso dos sistemas de comunicação de dados e novas técnicas de gerenciamento estão se disseminando rapidamente. O CIM (Manufatura Integrada por Computador) já é realidade há algum tempo. Realidade virtual -???? Sugestão Pesquisa: A evolução dos computadores Eniac Computadores transistorizados Computadores com Circuitos Integrados Programação de computadores e linguagens de programação Page 11

12 Automação - elementos Acionamento: provê o sistema de energia para atingir determinado objetivo. É o caso dos motores elétricos, pistões hidráulicos etc.; Sensoriamento: mede o desempenho do sistema de automação ou uma propriedade particular de algum de seus componentes. Exemplos: termopares para medição de temperatura e encoders para medição de velocidade; Automação - elementos Controle: utiliza a informação dos sensores para regular o acionamento. Exemplo, para manter o nível de água num reservatório, usamos um controlador de fluxo que abre ou fecha uma válvula, de acordo com o consumo. Mesmo um robô requer um controlador, para acionar o motor elétrico que o movimenta; Comparador ou elemento de decisão o: compara os valores medidos com valores preestabelecidos e toma a decisão de quando atuar no sistema. Exemplos, podemos citar os termostatos e os programas de computadores; Programas: contêm informações de processo e permitem controlar as interações entre os diversos componentes. Page 12

13 Automação - elementos Acionamento Sensoriamento Controle Comparador Programa Automação de processo Page 13

14 Automação de processo Exemplo Processo: líquido aquecido por vapor, em tanque Temperatura do líquido: 80 o C Page 14

15 Exemplo Bulbo oco preenchido com gás, ligado a um medidor de pressão através de capilar Exemplo Medida da pressão do gás permitirá uma determinação bastante precisa da temperatura Page 15

16 Exemplo O instrumento é dotado de um contato elétrico, que é fechado quando a temperatura esta abaixo de 80 o C e aberto quando a mesma está acima desse valor Exemplo O contato elétrico é utilizado para ligar válvula solenóide que permitirá a passagem de vapor sempre que a temperatura estiver abaixo de 80 o C, fechando-se ao ser ultrapassada essa temperatura Page 16

17 Exemplo No processo que estamos estudando, a variável controlada é a temperatura do fluido, que podemos chamar de meio controlado. O controle é obtido por meio de ação sobre a vazão de vapor, variável manipulada, referente ao vapor, agente de controle. A variável controlada é uma grandeza física que pode ser medida, tal como temperatura, pressão, nível, vazão, etc. A variável manipulada é, em geral, a vazão de um fluido. Page 17

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