Objetivos da Automação

Objetivos da Automação

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Faculdade Padre Anchieta - Engenharia de Produção - Apostila Automação e Manufatura. Professor Flavio Oliveira Preto

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Objetivos da Automação

A automação é a tecnologia relacionada com a aplicação de sistemas mecânicos, elétricos e eletrônicos, apoiados em meios computacionais, na operação e controlo dos sistemas de produção.

Em termos gerais, os objetivos a atingir com a automação poder-se-ão enquadrar em dois grandes níveis, nomeadamente, a segurança e o mercado. No primeiro, pretende-se a melhoria das condições de trabalho e de segurança de pessoas e bens. No segundo, pretende se aumentar a competitividade global do produto e da empresa, única forma de esta se manter, na aguerrida concorrência do mercado.

No que respeita à segurança a automação de um processo de fabrico vai permitir que muitas tarefas de maior perigo imediato (ex.: prensagem, corte, etc.), ou a médio ou longo prazo (ex.: a soldadura e a pintura com a conseqüente inalação de gazes) possam ser executadas com pouca ou mesmo nenhuma intervenção Humana. Por outro lado as tarefas menos perigosas mas extremamente repetitivas, podem conduzir a estados de cansaço, possível gerador de situações perigosas do ponto vista da segurança para não falar da qualidade do produto final.

A automação é um meio através do qual é possível atingir melhores níveis de qualidade. Hoje, qualidade não consiste apenas no controlo final do produto. A qualidade é ―produzida‖ através do controlo do processo produtivo, através de um apertado controlo dimensional das grandezas envolvidas e mesmo de sistemas de inspeção intercalares a funcionar em tempo real e portanto de uma forma automática. Deste modo, os padrões de qualidade são melhorados pelo incremento do controlo do processo, inevitavelmente, através da automação deste.

Principais objetivos da automação industrial são: - Diminuição dos custos;

- Maior produtividade;

- Maior flexibilidade;

- Melhor qualidade;

- Maior capacidade tecnológica;

- Integração.

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Tipos de Automação Fixa - Altos investimentos;

- Altas taxas de produção;

- Configuração rígida (alteração difícil);

- Operações simples;

- Equipamento específico (máquinas de colocar tampas da cerveja). Programada - Altos investimentos;

- Taxas médias de produção;

- Configuração semi-flexível (possibilidade de reprogramação);

- Equipamento genérico (máquina de controlo numérico). Flexível - Investimento muito elevado;

- Produção continua;

- Configuração flexível (alteração por software);

- Equipamento geral.

Componentes da Automação

A maioria dos sistemas modernos de automação, como os utilizados nas indústrias automobilística, petroquímica e nos supermercados, é extremamente complexa e requer muitos ciclos de repetitivos.

Cada sistema de automação compõe-se de cinco 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;

• Controle - utiliza a informação dos sensores para regular o acionamento.

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Por 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 - compara os valores medidos com valores preestabelecidos e toma a decisão de quando atuar no sistema. Como exemplos, podemos citar os termostatos e os programas de computadores;

• Programas - contêm informações de processo e permitem controlar as interações entre os diversos componentes.

Nota: Programas - também chamados softwares, são conjuntos de instruções lógicas, seqüencialmente organizadas. Indicam ao controlador ou ao computador o que fazer.

Fluxo de um possível sistema de controle

Aplicações da Automação

Produtos de consumo: Eletrônicos, como videocassetes, televisores e microcomputadores.

Bancos: Caixas automáticas, Leitores de código de barras, Controle de Acesso, Cofres, etc

Indústrias mecânicas: Robôs controlados por computador, CNC.

Comunicações: Automatização dos correios, endereçamento das mercadorias, Controle das antenas, controle do consumo de energia e da transmissão de dados.

Transportes: Controle do tráfego de veículos (radares, fluxo, sinalizadores, rastreamento), etc.

Medicina: Diagnóstico e exames, operações a distancia, treinamento de operações robotizadas, etc, etc.

Introdução aos Sistemas Digitais; Seleção entre duas únicas possibilidades - Verdadeiro e Falso.

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Um dispositivo digital tem um determinado número de possíveis valores perfeitamente definidos, ou estados. Podem existir no máximo dois estados únicos, como um interruptor de luz: ou está aceso ou apagado.

A eletrônica digital moderna está baseada fundamentalmente nos circuitos que tem dois valores únicos, por exemplo: ou passa corrente ou não passa.

Por exemplo, no nosso dia-a-dia a abertura ou fecho de uma torneira, não é mais que um sistema digital formado por dois estados (aberto = 0 ; fechado = 1).

Interruptor aberto = Torneira fechada

Interruptor fechado = Torneira aberta Estados lógicos – Digitais e Analógicos

Níveis Lógicos

Nos circuitos integrados digitais, os estados lógicos são geralmente representados através de tensões elétricas (corrente continua DC).

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A lógica binária está baseada em dois únicos estados (1 – verdadeiro e 0 - falso). 0 = não existe tensão (0 volts) 1 = existe tensão (+5 volts)

Freqüentemente utiliza-se a letra L (Low – Baixo = 0) e a letra H (High – Alto = 1) para indicar claramente o nível elétrico.

Tabela de Verdade

É uma maneira de representar todas as combinações possíveis de uma dada função. A contagem é feita sempre da esquerda para a direita.

Exemplo:

Exemplo – Acender/Apagar de uma Lâmpada.

Um circuito lógico recebe comandos de entrada e produz resultados na saída. No que respeita a nossa ação sobre o interruptor e o efeito sobre a lâmpada. O circuito recebe à entrada (input) a ação sobre o interruptor e produz à saída (output) o acender da lâmpada.

Nota: o primeiro digito é sempre zero, variando de coluna para coluna de 2n.

X – é valor que toma cada linha na função, podendo ser 0 ou 1.

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Tabela verdade

Podemos recolher numa tabela o comportamento lógico de um circuito digital. A figura mostra-nos a tabela, ou tabela de verdade, da lanterna. Denominamos (a) ao interruptor (entrada) e (B) à lâmpada (saída).

Estado Entrada

Entrada (A) Interruptor

Saída (B)

Lâmpada Estado saída

A primeira coluna junta os possíveis valores à entrada (quer dizer dois: 0 e 1) e a segunda os valores correspondentes à saída. Cada linha é um estado do circuito. Por exemplo, na primeira linha a entrada é zero (interruptor aberto) e por isso a saída tem que ser zero (lâmpada apagada).

Identificação lógica

Na prática, para a lanterna a saída repete a entrada. Podemos escrevê-la de uma forma formal com uma expressão lógica: B=a

Este fato quer dizer que seja qual for o valor da entrada (a), a saída (B) terá sempre o mesmo valor: trata-se de um caso de identidade.

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Portas lógicas

Nos computadores digitais, os números são representados de forma binária, já que, de uma forma geral, uma ação pode ter apenas dois estados diferentes:

Ligado/desligado - 0/1 - sim/não - aceso/apagado, etc.,. Função Lógica “Sim” Contacto normalmente aberto (NO)

Função Lógica “Não” Contacto normalmente fechado (NF)

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Função Lógica “E” Contacto normalmente aberto (NO)

Sensores. Introdução

Sensor = pode ser definido como sendo um transdutor que altera a sua característica física interna devido a um fenômeno físico externo — presença ou não de luz, som, gás, campo elétrico, campo magnético etc.

Transdutor = é todo dispositivo que recebe uma resposta de saída, da mesma espécie ou diferente, a qual reproduz certas características do sinal de entrada a partir de uma relação definida.

Todos os elementos sensores são denominados transdutores. Áreas de utilização Automação industrial: identificação de peças, medição, verificação de posição etc.

Automação bancária e de escritório: leitura de código de barras, tarja magnética, identificação de impressão digital.

Automação veicular: sensores de composição de gases do escapamento, sensores de temperatura, sensores de velocidade.

Automação residencial (domótica): sistemas de alarme, sensores para controle de temperatura ambiente, sensores de controle de luminosidade, sensores de detecção de vazamento de gás, sensores de presença para acendimento automático de lâmpadas etc.

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Principais tipos de sensores industriais

Proximidade: mecânicos, ópticos, indutivos e capacitivos.

Posição e velocidade: potenciômetros, LVDT, encoders absolutos e relativos e tacogeradores.

Força e pressão: células extensométricas (strain gauge).

Temperatura: analógicos (termopares).

Vibração e aceleração: acelerômetros.

Critérios para utilização de sensores

Sinal analógico: é aquele que assume um determinado valor compreendido dentro de uma escala. Entre alguns exemplos podemos citar: o valor da pressão indicado em um manômetro, o valor da tensão indicado em um voltímetro, o valor da temperatura indicado em um termômetro.

Sinal digital: é aquele que pode assumir um número finito de valores em uma determinada escala. Entre alguns exemplos podemos citar: um relógio digital e um contador.

Sinal binário: é um sinal digital que pode assumir somente dois valores na escala: 0 ou 1. Controle de processos

Discretos: os sensores podem ser utilizados para o controle de variáveis lógicas ou booleanas (sinais binários). Os mais empregados são os sensores de proximidade, utilizados geralmente para detecção de presença de objetos. Eles podem ser mecânicos, ópticos, indutivos e capacitivos.

Contínuos: é considerado uma das grandes áreas da Automação. Nesse processo, existem diferentes tipos de sensores capazes de medir as principais variáveis de controle, que podem ser classificadas como Medidas de Deslocamento, Velocidade, Pressão, Vazão e Temperatura (sinais analógicos ou binários).

Características

Linearidade: é o grau de proporcionalidade entre o sinal gerado e a grandeza física. Quanto maior a linearidade, mais fiel é a resposta do sensor ao estímulo.

Faixa de atuação: é o intervalo de valores da grandeza em que pode ser utilizado o sensor, sem causar sua destruição ou imprecisão na leitura.

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Características gerais dos sensores Acurácia: razão entre o valor real e o valor medido pelo sensor. Resolução: grandeza relacionada ao grau de precisão de leitura do sensor.

Repetibilidade: variação dos valores lidos quando uma mesma quantidade é medida várias vezes.

Faixa de operação: limites superiores e inferiores da variável a ser lida pelo sensor.

Sensibilidade e linearidade: índice associado a acurácia, resolução, repetibilidade e range.

Especificação de sensores para utilização em processos automatizados => baseiase dos graus e classes de proteção estabelecidos nas Normas de Proteção Internacional.

Classes de proteção => indicadas por um símbolo composto: a) duas letras – IP (International Protection) b) dois dígitos que definem o grau de proteção Exemplo:

Sensores utilizados como transdutores

Elementos de comando e sinalização no contexto da automação são considerados como sensores (por exemplo, entradas dos controladores programáveis industriais).

Elementos de comando: Botão (chaves mecânicas), Botão inversor ou comutador, Interruptor com trava, Chaves de fim de curso ou limit switch.

Elementos de sinalização: Lâmpada, Buzina, Cigarra. Sensores de proximidade Normalmente digitais (on/off).

Largamente utilizados em processos automatizados para detecção da presença ou ausência de um objeto.

Sensores mais empregados na automação de máquinas e equipamentos industriais são do tipo: chaves mecânicas de final de curso, capacitivos, indutivos, ópticos, magnéticos e ultrasônicos.

Sensores de proximidade ópticos

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Chaves de fim de curso - As chaves de fim de curso, como o próprio nome sugere, são aplicadas para detectar o fim do movimento de um mecanismo (como, por exemplo, uma junta robótica).

Princípio de funcionamento: baseado num circuito oscilador que gera uma onda convertida em luz pelo emissor. Quando um objeto é aproximado do sensor óptico, este objeto reflete a luz do emissor para o receptor. Um circuito eletrônico identifica essa variação e emite um sinal que poderá ser utilizado para inspeção e controle.

Elementos: Emissor - pode ser um LED (Diodo Emissor de Luz) ou uma lâmpada.

Receptor - é um componente fotossensível (sensível à luz) como fototransistor, fotodiodo, ou LDRs (resistores variáveis pela luz).

Principais características Não requerem contato mecânico para sensoriamento. Não apresentam partes móveis. Apresentam pequenas dimensões. Apresentam chaveamento seguro. São insensíveis a vibrações e choques. Apresentam muitas configurações disponíveis. Requerem sempre alinhamento.

Podem ser blindados para serem usados em ambientes com alto grau de luminosidade (setores de soldagem, por exemplo).

Normalmente exigem limpeza e isolamento de pó e umidade. Principais características

Capazes de detectar diferentes tipos de objetos. Existem três formas de um sensor ótico operar:

Reflexão: a luz é refletida no objeto e o sensor é acionado. Neste caso os objetos devem ser transparentes ou escuros.

Barreira: o objeto bloqueia a passagem da luz, e a saída do sensor é comutada.

Emissor-receptor: nesse modo, o emissor e o receptor estão montados separadamente, e, quando o raio de luz é interrompido por um objeto colocado entre os dois, cessando a propagação da luz entre eles, o sinal de saída do sensor é comutado e enviado ao circuito elétrico de comando.

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Características: Vários modelos: alimentação 12-30 VDC, 24-240 VAC. Sinal de saída: TTL 5V, relé de estado sólido etc. Detecção de aproximação de objetos, desde que não sejam transparentes. Distância de detecção variável, função da luminosidade do ambiente. Normalmente construídos em dois corpos distintos (emissor e receptor de luz).

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