Automação Industrial Profº Túlio de Almeida

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1 2. OS NÍVEIS DA AUTOMAÇÃO 2.1. A PIRÂMIDE DA AUTOMAÇÃO Nível 5: Gerenciamento Corporativo Mainframe máquinas diretamente responsáveis pela produção. É composto principalmente por relés, sensores digitais e analógicos, inversores de frequência, conversores, sistemas de partida e Centro de Controle de Motores (CCMs). Nível 4: Gerenciamento de Planta Workstation Nível 3: Supervisão Workstation, PC, IHM Redes de Comunicação entre os Níveis Comunicação entre os Níveis 1 e 2 Fieldbus HI CAN Profibus DP e PA Hart As-i LonWorks Interbus Comunicação entre os Níveis 2 e 3 ControlNet Profibus FMS Fieldbus HSE Comunicação entre os Níveis 3 e 4 Ethernet MAC TCP/IP Comunicação entre os Níveis 4 e 5 Ethernet MAC TCP/IP Nível 2: Controle CLP, PC, CNC, SDCD Nível 1: Dispositivos de campo, sensores e atuadores Sensores analógicos e digitais Equipamentos e Dispositivos do Nível 1 Sensores em Geral São dispositivos eletroeletrônicos que tem a propriedade de transformar em sinal elétrico a transformação de uma grandeza física que está relacionada a uma ou mais propriedades do material de que é feito o sensor. Existem diversos tipos de sensores, destacando-se entre eles os fotodiodos (conversão elétrico/luminosa), os microfones (conversão elétrico/sonora) e os termistores (conversão elétrico/térmica). Softstarters Soft-starters são utilizados basicamente para partidas de motores de indução CA (corrente alternada) tipo gaiola, em substituição aos métodos estrela-triângulo, chave compensadora ou partida direta. Tem a vantagem de não provocar trancos no sistema, limitar a corrente de partida, evitar picos de corrente e ainda incorporar parada suave e proteções NÍVEL 1 O CHÃO DE FÁBRICA Nível das máquinas, dos dispositivos e do componente da planta. O nível 1 da pirâmide da automação é o chamado chão de fábrica, pois é o nível em que estão as

2 Inversores de Frequência No caso específico o inversor de frequência é utilizado para controlar a rotação de um motor assíncrono. Isto é alcançado através do controle micro processado de um circuito típico para alimentação do motor composto de transístores de potência que chaveiam rapidamente uma tensão CC, modificando o valor RMS e o período. Ao controlar a rotação o motor, flexibilizamos a produção da máquina que é acionada pelo motor de indução. Motores Máquinas destinadas a converter energia elétrica em energia mecânica. É um dos equipamentos mais utilizados pelo homem em sua caminhada em busca do progresso, pois praticamente todas as máquinas dependem dele. Ele precisa ser identificado e tratado como uma máquina motriz cujas características envolvem determinados cuidados, dentre os quais o de instalação e manutenção. Devem ser instalados em locais que permitam fácil acesso para inspeção e manutenção. point. Uma válvula de controle é formada por três partes: Atuador; Corpo e internos; Castelo e engaxamento. O atuador fornece a força de trabalho para a haste da válvula. O atuador mais utilizado no acionamento de válvulas de controle é o do tipo mola-diafragma de câmara bipartida. Em uma das partes dessa câmara bipartida, o atuador recebe o sinal de controle/acionamento e, na outra parte, o diafragma é fixado a um prato onde estão apoiados a haste e a mola. Bombas No circuito hidráulico, as bombas são equipamentos rotativos utilizados para converter energia mecânica em energia hidráulica (vazão) em fluidos pressurizados, podendo aumentar sua velocidade (energia cinética) com o objetivo de efetuar ou manter o deslocamento de um líquido por escoamento. A ação mecânica cria um vácuo parcial na entrada da bomba, permitindo que a pressão atmosférica force o fluido do tanque, através da linha de sucção, a escoar. A bomba, por sua vez, passará o fluido para a abertura de saída, forçando-o sob pressão através do sistema hidráulico. Em um projeto de uma bomba hidráulica, deve-se sempre considerar o volume de descarga e a pressão. As bombas fornecem a pressão necessária a um líquido para vencer a resistência ao escoamento num sistema de tubagens. Deve-se lembrar que a bomba fornece fluxo (vazão) e não pressão. Válvulas A função da válvula de controle é efetuar o controle final no processo, de acordo com a malha de controle e seu ajuste. Assim, a válvula manipula uma variável para mantê-la controlada dentro do seu set Compressores O compressor é basicamente um equipamento eletro-mecânico, capaz de captar o ar que está no meio ambiente e armazená-lo sob alta pressão num reservatório

3 próprio do mesmo, ou seja, eles são utilizados para proporcionar a elevação da pressão do ar. A Pneumática vêm ganhando espaço nas indústrias do globo, mas por enquanto não é possível obter o ar comprimido sem a ajuda de um compressor, seja ele de qual tipo for. Outro benefício do ar comprimido é que depois de utilizado ele pode ser liberado na atmosfera sem maiores problemas. Os compressores são usados na obtenção do ar comprimido para serem utilizados principalmente nas industrias, como por exemplo nas farmacêuticas, químicas, alimentícias, automotiva, elétrica, etc Perfil do Profissional do Nível 1 Conhecimentos Técnicos São necessários conhecimentos técnicos em várias áreas como elétrica, eletrônica, mecânica e a instrumentação que compreende o controle de processos no nível de chão de fábrica. Conhecimentos Gerenciais Nesse nível não há necessidade de grandes conhecimentos gerenciais nem possuir um perfil de liderança. Normalmente os superiores são supervisores que possuem um conhecimento técnico mais avançado e mais experiência que os demais técnicos NÍVEL 2 CONTROLE DE PROCESSOS Nível onde se encontram os equipamentos que executam o controle automático/autômato das atividades da planta. O nível 2 é responsável pelo controle de todos os equipamentos de automação do nível 1 e engloba os controladores digitais, dinâmicos e lógicos, como os CLPs, e de supervisão associada ao processo fabril. Esses equipamentos também são responsáveis por repassar os comandos dos níveis superiores para as máquinas da planta da fábrica (nível 1). São os CLPs que delegam as tarefas para os equipamentos do nível Equipamentos e Dispositivos do Nível 2 CLP Cada CLP contém um microprocessador programado para dirigir os terminais de saída de uma maneira especificada, com base dos valores dos terminais de entrada. IHM IHM significa Interação Homem- Máquina ou Interface Homem- Máquina. Você também poderá se deparar por aí com a sigla em inglês HMI, que quer dizer Human-Machine Interface. Assim sendo, o IHM é um equipamento com algum tipo de visor ou tela que serve para facilitar a comunicação entre as pessoas e as máquinas. PCs CNC Usa de computadores apropriados para a automação. Não são simplesmente modelos desktops de mesa, são computadores industriais que podem ser alocados em painéis de controle. CNC é a sigla de Controle Numérico Computadorizado, ou Comando Numérico Computadorizado. É uma evolução do termo NC, que significa apenas Comando Numérico. Como o próprio nome diz, refere-se ao controle de máquinas ferramentas programáveis por computador. SDCD industrial. Um CLP é um computador de pequeno porte, autocontido e robusto projetado para controlar processos no ambiente

4 Gerenciamento de equipamentos, ainda há muito contato com o sistema. Os supervisores possuem uma visão mais abrangente (sistêmica) que os supervisores do nível NÍVEL 3 SUPERVISÃO E GERAÇÃO DE RELATÓRIOS Sistema Digital de Controle Distribuído Digital sistema baseado em computadores digitais Controle destinado a realizar funções de controle em processos industriais Distribuído As funções de controle podem estar distribuídas em diversas estações / equipamentos. As estações / equipamentos podem estar distribuídos geograficamente na fábrica. OBS: Implica na existência de via de dados (comunicação digital) interligando os diversos equipamentos e estações. Uma espécie de Central. Permite a supervisão do processo. Normalmente possui banco de dados com informações relativas ao processo. O nível 3 da pirâmide, podem ser encontrados os bancos de dados com informações sobre qualidade da produção, relatórios e estatísticas. Os sistemas supervisórios concentram as informações passadas pelos equipamentos dos níveis 1 e 2 e as repassam para os níveis administrativos (níveis 4 e 5) Exemplos de Sistemas de Supervisão Faz-se uso de animações e gráficos para representar o processo e facilitar o monitoramento do mesmo. Há softwares específicos para tal feito, mas é possível criar um modelo de simulação próprio. Sistema de Silos e Tanques de Processo Funcionamento dos Níveis 1 e 2 Processo de Caldeiraria Perfil do Profissional do Nível 2 Conhecimentos Técnicos São necessários conhecimentos técnicos em áreas além das citadas anteriormente: computação, redes, telecomunicações e em automação, principalmente em CLPs. Conhecimentos Gerenciais

5 Equipamentos e Dispositivos do Nível 3 Abrange sistemas com alta capacidade de transmissão e recepção de dados, memórias de armazenamento para bancos de dados. As estações de trabalho são desktops com softwares específicos instalados Perfil do Profissional do Nível 3 Profissionais de nível superior (Bacharéis e Tecnólogos) capazes de operar softwares específicos e tomar decisões importantes. São necessários conhecimentos técnicos mais abrangentes (sistêmicos), além de certo grau de autonomia na tomada de decisões Perfil do Profissional do Nível 4 São necessários profissionais que possuam conhecimentos sobre gestão da produção, tecnologia da informação e sobre processos produtivos. O mesmo deve processar as informações do sistema produtivo e passar para a direção assim como processar as informações da direção e transmiti-las aos níveis inferiores. ENGENHEIROS DE PRODUÇÃO! 2.6. NÍVEL 5 - DIREÇÃO DA FÁBRICA Os computadores localizados nos níveis 4 e 5 precisam ser altamente confiáveis e possuir muita memória para o armazenamento de dados e grande capacidade de processamento. Devem contar com redundância de máquina e de disco rígido, além de restrito acesso para garantir a segurança de todo o sistema de automação. As mais recentes tecnologias para automação do nível 3 em diante são o Manufactoring Execution System (MES), sistema de gerenciamento de operações, e o Enterprise Resource Planning (ERP), programa que realiza o planejamento de negócios e logística Manufactoring Execution System (MES) 2.5. NÍVEL 4 PLANEJAMENTO, PROGRAMAÇÃO E CONTROLE DA PRODUÇÃO O nível 4 é responsável pelo planejamento e programação da planta fabril, passando as tarefas que devem ser realizadas para o nível 3 que, por sua vez, distribui o trabalho para os níveis inferiores. Também é o nível responsável pelo controle e logística de suprimentos Enterprises Resources Planning (ERP) No nível 4 ocorre a aderência entre as estratégias e diretrizes da empresa com a capacidade produtiva, nível de tecnologia e tipos de processos.

6 2.7. BIBLIOGRAFIA E REFERÊNCIAS [1] SILVEIRA, L. e LIMA, W.Q. Um Breve Histórico Conceitual da Automação e Redes de Automação Industrial. Universidade Federal do Rio Grande do Norte. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. [2] GROOVER, M.P. Automação Industrial e Sistemas de Manufatura.3ª Edição. Pearson Prentice Hall. [3] [4] CARRILHO, A.Controladores Lógicos Programáveis. Aula de Automação Industrial. Instituto Militar de Engenharia IME. 11 Slides QUESTÕES PARA DISCUSSÃO Q1 Quais são os 5 níveis da Pirâmide da Automação? Q2 Quais são os sistemas de comunicação entre cada nível da Pirâmide da Automação? Q3 Quais são os equipamentos e dispositivos presentes no nível 1? Q4 Qual o perfil do profissional que atua no nível 1? Q5 Quais são os equipamentos e dispositivos presentes no nível 2? Q6 Qual o perfil do profissional que atua no nível 2? No que este difere do profissional do nível 1? Q7 Quais são os equipamentos e dispositivos presentes no nível 3? Q8 Qual o perfil do profissional do nível 3? Q9 Quais são os equipamentos e dispositivos presentes no nível 4? Q10 Qual o perfil do profissional do nível 4? Onde o engenheiro de produção se encaixa nesse setor? Q11 Quais são os equipamentos e dispositivos presentes no nível 5? Q12Qual o perfil do profissional do nível 5? Q13 Qual a relação de proporcionalidade entre os conhecimento técnicos e os conhecimentos gerenciais entre os níveis? Q14 Qual a importância do Sistema M.E.S. para o funcionamento do fluxo das informações entre os níveis? EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO E1 Preencha a Pirâmide da Automação escrevendo um termo para definir cada nível: Nível 5: Nível 4: Nível 3: Nível 2: Nível 1: E2 De acordo com as características apresentadas, escreva a qual nível pertence tal característica: ( ) Elabora o planejamento estratégico do negócio, com suas diretrizes e dissemina para as demais áreas. ( ) Supervisiona toda a planta fazendo uso de sistemas de monitoramento e controle. Os dados coletados são armazenados para fins de registro e elaboração de relatórios para os níveis superiores. ( ) O CLP é um dos principais dispositivos da automação industrial, tornando possível relacionar muitas informações de entrada (sensores) com inúmeros atuadores na saída (motores, válvulas, bombas etc.) ( ) O PMP deve ser feito de acordo com as diretrizes da empresa e o processo deve funcionar de modo a atingir os níveis de produção estimados pelo setor de PCP. ( ) No chão-de-fábrica é onde estão os dispositivos de medição e atuação. Os valores medidos do processo são transportados até o sistema de controle e este por sua vez envia comandos aos atuadores. ( ) O nível operacional é o maior do sistema de automação e a fim de distribuir melhor o grande volume de informações presentes nesse nível, faz-se uso de um SDCD. ( ) O M.E.S. está presente nesse setor é tem como principal virtude melhorar o fluxo das informações entre os níveis inferiores e superiores. ( ) O ERP faz tudo funcionar perfeitamente de acordo com as diretrizes da empresa e com a tecnologia instalada. E3 Preencha a tabela colocando um X de acordo com as características do profissional de cada nível da Pirâmide da Automação. Nível 1 Nível 2 Conhecimentos Técnicos Conhecimentos Gerenciais Baixo Médio Alto Baixo Médio Alto

7 Nível 3 d. Nível 4 Nível 5 E4 De acordo com a imagem, diga qual é o dispositivo: a. e. b. f. c.