José Novais (1997), Método sequencial para automatização electro-pneumática, 3ª Edição, Fundação

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1 AUTOMAÇÃO (M323/3073) CAPÍTULO I Introdução à Automação 2013/2014 Bibliografia José Novais (1997), Método sequencial para automatização electro-pneumática, 3ª Edição, Fundação Calouste Gulbenkian Curtis D. Johnson (1991), Controlo de Processos - Tecnologia da Instrumentação,, Fundação Calouste Gulbenkian Daniel Bouteille & outros; Les Automatismes Programmables, Editions Cepadues, 1987 Mário Serafim Nunes (1982), Sistemas Digitais, Editorial Presença António Francisco (2003), Autómatos Programáveis, (2ª edição), Edições ETEP Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 2

2 A automação é a tecnologia relacionada com a aplicação de sistemas mecânicos, eléctricos e electrónicos, apoiados mais recentemente por dispositivos baseados em microprocessador, na operação e no controlo de sistemas de produção Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 3 O termo correcto em português é automatização e não automação. No entanto, devido à popularidade do termo automação que deriva do termo em inglês "automation",, optou-se por manter a designação automação, mais usual na literatura Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 4

3 Os objectivos a atingir com a automação podem-se enquadrar em dois grandes níveis, nomeadamente no que diz respeito à segurança e ao mercado No primeiro, pretende-se a melhoria das condições de trabalho e de segurança das pessoas e dos equipamentos No segundo, pretende-se aumentar a competitividade global dos produtos e das empresas Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 5 Exemplo da evolução da automatização ao longo dos tempos Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 6

4 Tipos de automação Automação fixa Automação programada Automação flexível Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 7 Automação fixa Este tipo de automação é caracterizado pela rigidez da configuração do equipamento Uma vez projectada uma determinada d configuração de controlo, não é possível alterá-la posteriormente sem realizar um novo projecto Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 8

5 Automação fixa Investimentos iniciais elevados em equipamentos específicos Elevadas taxas de produção Impossibilidade, em geral, de prever alterações nos produtos Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 9 Automação fixa Este tipo de automação justifica-se do ponto de vista económico quando se pretende realizar uma elevada produção Como exemplos de sistemas deste tipo, podem-se citar as primeiras linhas de montagem de automóveis nos Estados Unidos Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 10

6 Automação programável Neste caso, o equipamento é projectado com a capacidade de se ajustar a alterações da sequência de fabrico quando se pretende alterar o produto final Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 11 Automação programável A sequência de operações é controlada por um programa Para cada novo produto terá que realizar-se um novo programa Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 12

7 Automação programável Os aspectos típicos da automação pogamá programável elsão: Elevado investimento em equipamento genérico Taxas de produção inferiores à automação fixa Flexibilidade para alterações na configuração da produção Bastante adequada para produção por lotes ( batch processing ) Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 13 Automação programável Exemplo de aplicação: máquinaferramenta (torno) alimentada através de um robô manipulador Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 14

8 Automação flexível É uma extensão da automação programável A definição exacta desta forma de automação está ainda em evolução pois os níveis de decisão que envolve podem incluir toda a organização geral da produção Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 15 Automação flexível Os aspectos típicos da automação flexível, l são: Elevados investimentos no sistema global Produção contínua de misturas variáveis de produtos Taxas de produção média Flexibilidade de ajustamento a variações no tipo dos produtos Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 16

9 Automação flexível Os aspectos essenciais que distinguem a automação flexível da programável são: Capacidade de ajustamento dos programas a diferentes produtos sem perda de tempo de produção Capacidade C d de ajustamento dos elementos físicos da produção sem perda de tempo de produção Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 17 Exemplo de um sistema automático flexível (célula de produção industrial) Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 18

10 Níveis de Automação Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 19 Exemplo: Instalação marítima (I) Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 20

11 Exemplo: Instalação marítima (II) Estrutura de comando e controlo em rede industrial (Field Bus Network) Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 21 Sistemas automáticos PARTE OPERATIVA PARTE COMANDO Actuadores Pré-actuadores Processamento Processo Sensores Comunicações Diálogo Homem- Máquina Outras partes do Sistema de Comando Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 22

12 Sistemas automáticos A parte de comando (P.C.) elabora as ordens necessárias para a execução do processo, em função da informação que recebe à entrada (programa, interacção homemmáquina e informação proveniente de partes de comando de outros sistemas) e da informação de retorno da parte operativa (P.O.). Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 23 Sistemas automáticos A parte operativa (P.O.) é o sistema a automatizar através da parte de comando É constituída essencialmente pelo processo físico e pelos sensores e actuadores que estabelecem a ligação da parte operativa à parte de comando Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 24

13 Sistemas automáticos A informação é enviada do sistema de comando à parte operativa através de amplificadores e de actuadores (eléctricos, hidráulicos e pneumáticos) O estado da parte operativa é fornecido pelos sensores (interruptores de posição com contacto, detectores de proximidade, sensores de temperatura, células fotoeléctricas, etc.) Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 25 Exemplo de um sistema automático Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 26

14 Tecnologia T l i dos automatismos ti Os automatismos, de acordo com a sua tecnologia, podem-se classificar em dois grandes grupos: Tecnologias cabladas Tecnologias programadas Através de tecnologia cablada, o automatismo ti é realizado por módulos ligados entre si Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 27 Tecnologia T l i dos automatismos ti O funcionamento obtido resulta da escolha dos módulos e da cablagem que os liga, através de: Cabos (tecnologia eléctrica) Tubos (tecnologia pneumática ou óleo-hidráulica) Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 28

15 Tecnologia T l i dos automatismos ti A tecnologia cablada por tradição é ainda extremamente utilizada na indústria Apresenta alguns inconvenientes, o que tem provocado o incremento da utilização da tecnologia programada Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 29 Tecnologia dos automatismos A tecnologia cablada tem as seguintes desvantagens: Em geral ocupa muito espaço Revela pouca flexibilidade para alterações Dificuldade em detectar e reparar avarias a as Não está adaptada a funções de controlo o o complexas Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 30

16 Tecnologia dos automatismos Tecnologia g programada Neste caso, o automatismo é realizado através da programação dos seus elementos constituintes O funcionamento obtido resulta da programação efectuada, ou seja, são máquinas que essencialmente procedem a tratamento t t de informação contendo os procedimentos a realizar no ciclo de fabrico Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 31 Tecnologia dos automatismos Gama de autómatos programáveis SAIA-BURGESS (Modelo PCD2 disponível no laboratório) Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 32

17 Tecnologia T l i dos automatismos ti Tecnologia dos Automatismos Tecnologia cablada Tecnologia programada Pneumática Hidráulica Eléctrica Microcomputador Minicomputador autómato programável Relés Electrónica Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 33 Domínio de emprego das várias tecnologias Tecnologias cabladas: para problemas de complexidade reduzida Autómatos programáveis (PLC s): para problemas de complexidade média (pequenas linhas de produção) e alta (controlo de processos industriais), onde se exige flexibilidade e possibilidade de alteração do processo de fabrico Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 34

18 Domínio de emprego das várias tecnologias Minicomputadores: utilizam-se em aplicações de gestão e integração da produção, onde é necessário uma maior capacidade de cálculo e existe um maior volume de informação a tratar Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 35 Domínio de emprego das tecnologias Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 36

19 Tipos de sinais i de comando Sinais asanalógicos aógcosedgtas digitais y(t) y(t) V1 t -V1 t Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 37 Controlo de processos industriais Sistema de controlo analógico em anel fechado (realimentação ou feedback ) Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 38

20 Controlo t l de processos industriais i i Sistema de controlo digital em anel fechado Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 39 Controlo t l digital it Exemplo de aplicação a uma plataforma Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 40

21 Controladores digitais industriais (baseados em microprocessador) Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 41 Ex: Sistema de controlo de motor Diesel Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 42

22 Controlo digital de um motor Diesel Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 43 Controlo integrado de um navio de cruzeiro Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 44

23 Controlo integrado de uma plataforma Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 45

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