Universidade Federal do Rio Grande do Norte Departamento de Engenharia de Computação e Automação Introdução à Automação Industrial

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1 Universidade Federal do Rio Grande do Norte Departamento de Engenharia de Computação e Automação Introdução à Automação Industrial Prof. Heitor Medeiros Florencio

2 Introdução O que é automação? O que podemos automatizar? O que é automação industrial? Heitor Medeiros Florencio 2

3 Automação Automação é um sistema, baseados em máquinas mecânicas, pneumáticas, hidráulicas, elétricas ou eletrônicas, que controla um processo ou um procedimento com o mínimo de intervenção humana em favor da segurança dos homens, confiabilidade do processo, qualidade dos produtos e redução de custos. Automação comercial Processos comerciais. Automação residencial Processos residenciais. Automação industrial Processos industriais. Heitor Medeiros Florencio 3

4 Mecanização x Automação A mecanização consiste no uso de máquinas para realizar um trabalho, substituindo o esforço físico do homem. A automação possibilita controlar um processo por meio de máquinas de forma automática (sem a intervenção do homem), capazes de se auto regularem. A supervisão do homem torna-se uma tarefa essencial nesses sistemas. Heitor Medeiros Florencio 4

5 Automação Industrial O termo automação foi criado por volta de 1946 para fazer referência aos muitos dispositivos automáticos desenvolvidos para as linhas de produção de uma empresa automobilística. A automação utiliza um programa de instruções combinado a um sistema de controle que executa as instruções para controlar o processo. Heitor Medeiros Florencio 5

6 Controle Manual x Automático Controle Manual Controle Automático Tarefas do operador: Medição; Tomada de decisão; Atuação. Tarefas do operador: Indicar referência; Supervisionar. Heitor Medeiros Florencio 6

7 Controles em Sistemas Automatizados Os sistemas automatizados podem realizar tanto monitoramento dos processos como controle. Variáveis de entrada Processo Variáveis de saída Procedimentos hospitalares Transporte de peças em uma indústria de fabricação de carros Destilação do petróleo em uma refinaria Empacotamento de peças em uma indústria alimentícia Heitor Medeiros Florencio 7

8 Controles em Sistemas Automatizados Os controles de um sistema automatizado podem ser tanto de malha fechada como de malha aberta. Controle em malha aberta: Controle em malha fechada: Variáveis de entrada Variáveis de saída Variáveis de entrada Variáveis de saída Processo Processo Ajustes dos parâmetros de entrada Controlador Ajustes dos parâmetros de entrada Controlador Variáveis medidas Referência ou valores ideais Referência ou valores ideais Heitor Medeiros Florencio 8

9 Objetivos da Automação Industrial Objetivo geral: Automatizar plantas/processos industriais. Objetivos específicos: Reduzir custos de produção; Aumentar o nível de qualidade e de confiabilidade do processo; Evitar esforços manuais e/ou repetitivos do homem; Afastar o homem de lugares e operações perigosas; Aumentar a disponibilidade de informações sobre o processo; Ampliar o controle da produção. Heitor Medeiros Florencio 9

10 Processo/Planta Industrial Processo Industrial: Realização de procedimentos utilizando energia e matérias primas para obtenção de um produto. Planta Industrial: Conjunto formado por área física, prédios, equipamentos e processos envolvidos na obtenção de produtos. Heitor Medeiros Florencio 10

11 Processo/Planta Industrial Exemplo: Refino de petróleo. Heitor Medeiros Florencio 11

12 Mercado de Automação Industrial: Indústrias Óleo e Gás Mineração Petroquímica Alimentícia/Farmacêutica Manufatura Heitor Medeiros Florencio 12

13 Classificação das Indústrias Indústria Extrativa Serviços Transformação Minerais e vegetais Eletricidade Comunicações Transporte Indústria de Processamento Indústria de Manufatura Heitor Medeiros Florencio 13

14 Classificação das Indústrias Indústria de Processamento: Processamento de matérias primas e/ou insumos intermediários. Ex.: Siderúrgicas, Metalúrgicas, Vidro, Papel, Química, Farmacêutica, Açúcar e Álcool, Petróleo, etc. Indústria de Manufatura: Processamento de insumos intermediários visando a obtenção do produto final. Produção de itens discretos. Ex.: Mecânica, Automobilística, Têxtil, etc. Heitor Medeiros Florencio 14

15 Classificação das Indústrias Automação Industrial Automação de Processamento Automação de Manufatura Indústrias de Processamento Indústrias de Manufatura Automação de Manufatura Automação Rígida Automação Programável Automação Flexível Heitor Medeiros Florencio 15

16 Caso 1: Automação em Petroquímica Principais objetivos da automação industrial nas unidades de produção: Operar as unidades de produção com mais segurança e eficiência; Diminuir os ricos de acidentes na operação de equipamentos; Concentrar as informações necessárias a operação da unidade; Diminuir o custo operacional. As unidades de produção são divididos em diversos sistemas de automação. Heitor Medeiros Florencio 16

17 Caso 1: Automação em Unidades de Produção Sistemas de Controle de Processos Execução de malhas de controle e a indicação das variáveis de processos (pressão, nível, temperatura, vazão, etc). Controle da produção na unidade/plataforma. Ex.: Processos de destilação precisam que a substância (petróleo bruto) esteja em uma certa temperatura (cerca de 600 ºC). Assim, torna-se necessário o controle de temperatura de um forno industrial para aquecer a substância. Heitor Medeiros Florencio 17

18 Caso 1: Automação em Unidades de Produção Sistemas de Medição Além da necessidade de monitorar a produção, a agência reguladora (ANP) exige implantação de sistema de medição da totalização das vazões de óleo e gás. Monitoramento de medidores/transmissores. Geração de relatórios de produção. Ex.: Refinaria Clara Camarão produz Gás liquefeito de petróleo (GLP), gás de cozinha, e precisa de um sistemas de medição de vazão do produto (gás) para os gasodutos. Heitor Medeiros Florencio 18

19 Caso 1: Automação em Unidades de Produção Sistemas de Intertravamento de Segurança O objetivo é garantir a integridade das pessoas, dos equipamentos e preservação do meio ambiente nos ambientes de produção. Composto por chaves de processo (pressão, temperatura, nível, vazão, etc), transmissores, válvulas de bloqueio e de despressurização e indicadores. Ex.: No caso de uma falha de equipamento ou de uma malha de controle, as chaves de segurança detectam a anormalidade e o intertravamento provoca a parada dos equipamentos, o fechamento das válvulas de bloqueio e a abertura das válvulas de despressurização. Válvulas Chaves; Transmissores Controle Intertravamento Heitor Medeiros Florencio 19

20 Caso 1: Automação em Unidades de Produção Sistema de Fogo e Gás: Responsável pela detecção de vazamentos de gás combustível, detecção e combate automáticos a incêndios na unidade. A unidade é dividida em zonas de detecção. Os sinais de sensores de gás combustível e de fogo são analisados para verificar a existência de incêndio e qual a zona do incêndio. Sensores de gás combustível: Normalmente, do tipo Infravermelho (IR) com sinal de 0 a 20 ma (0~4 representa falha). Sensores de fogo: Normalmente, conjunto de sensores IR e ultravioleta (UV). Heitor Medeiros Florencio 20

21 Caso 1: Automação em Unidades de Produção Exemplo de Sistema de Controle de Processos Sensoriamento: Automação/Controle: Acionamento: Exemplo de Sistema de Medição Sensoriamento: Automação/Controle: Sensor de temperatura. Controlador. Válvula de gás e de óleo (forno). Medidores de vazão. Monitoramento e relatórios. Exemplo de Sistema de Intertravamento de Segurança Sensoriamento: Chaves e transmissores. Automação/Controle: Controle do intertravamento. Acionamento: Válvulas de bloqueio e de despressurização. Exemplo de Sistema de Fogo e Gás Sensoriamento: Automação/Controle: Acionamento: Sensores de gás e de combustível. Controlador. Atuadores contra incêndio. Heitor Medeiros Florencio 21

22 Caso 2: Sistema de Posicionamento Heitor Medeiros Florencio 22

23 Sistemas de Automação Industrial Processo Controle em malha aberta Processo Monitoramento Controlador Sensor(es) Atuador(es) Controlador Processo Referência ou valores ideais Atuador(es) Sensor(es) Referência ou valores ideais Controlador Heitor Medeiros Florencio Controle em malha fechada 23

24 Revisando O que é automação industrial? Quais as funcionalidades dos sistemas de controle em sistemas automatizados? Quais os elementos formam uma planta industrial? Quais os elementos formam um sistema de automação? Heitor Medeiros Florencio 24

25 Referências DE MORAES, Cícero Couto; DE LAURO CASTRUCCI, Plínio. Engenharia de automação industrial. Grupo Gen-LTC, GROOVER, Mikell P. Automação industrial e sistemas de manufatura. Pearson Education do Brasil, Heitor Medeiros Florencio 25

26 Referências Brandão, Dennis. Automação industrial. Escola de Engenharia de São Carlos, USP. Notas de aula. Duarte, Fábio G. M.; Chiesse, Alcio R.; Filho, Álvaro M. B.; Santos, Cláudio A. dos. Curso de PLC e automação industrial para operadores. Petrobras. Notas de aula. Heitor Medeiros Florencio 26

27 Dúvidas? Heitor Medeiros Florencio 27