Introdução a automação

Introdução a automação

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VocŒ jÆ reparou que a automaçªo faz parte do dia-a-dia do homem moderno? Pela manhª, o rÆdio-relógio automaticamente dispara o alarme para acordÆ-lo e começa a dar as notícias do dia. Nessa mesma hora, alguØm esquenta o pªo para o cafØ da manhª numa torradeira elØtrica, ajustando o tempo de aquecimento. Na sala, uma criança liga o videocassete, que havia sido programado para gravar seu programa infantil predileto da semana anterior. Quando a casa esquenta pela incidŒncia dos raios solares, o ar condicionado insufla mais ar frio, mantendo a temperatura agradÆvel.

Esses simples fatos evidenciam como a automaçªo faz parte da vida cotidiana.

Conceito

Automaçªo Ø um sistema de equipamentos eletrônicos e/ou mecânicos que controlam seu próprio funcionamento, quase sem a intervençªo do homem.

Automaçªo Ø diferente de mecanizaçªo. A mecanizaçªo consiste simplesmente no uso de mÆquinas para realizar um trabalho, substituindo assim o esforço físico do homem. JÆ a automaçªo possibilita fazer um trabalho por meio de mÆquinas controladas automaticamente, capazes de se regularem sozinhas.

Desenvolvimento da automaçªo

As primeiras iniciativas do homem para mecanizar atividades manuais ocorreram na prØ-história. Invençıes como a roda, o moinho movido por vento ou força animal e as rodas d’Ægua demonstram a criatividade do homem para poupar esforço.

PorØm, a automaçªo só ganhou destaque na sociedade quando o sistema de produçªo agrÆrio e artesanal transformou-se em industrial, a partir da segunda metade do sØculo XVIII, inicialmente na Inglaterra.

Os sistemas inteiramente automÆticos surgiram no início do sØculo X.

Entretanto, bem antes disso foram inventados dispositivos simples e semiautomÆticos.

Introduçªo à automaçªo

Um problema

AULADevido à necessidade de aumentar a produçªo e a produtividade, surgiu uma sØrie de inovaçıes tecnológicas:

•mÆquinas modernas, capazes de produzir com maior precisªo e rapidez em relaçªo ao trabalho feito à mªo; •utilizaçªo de fontes alternativas de energia, como o vapor, inicialmente aplicado a mÆquinas em substituiçªo às energias hidrÆulica e muscular.

Por volta de 1788, James Watt desenvolveu um mecanismo de regulagem do fluxo de vapor em mÆquinas. Isto pode ser considerado um dos primeiros sistemas de controle com realimentaçªo. O regulador consistia num eixo vertical com dois braços próximos ao topo, tendo em cada extremidade uma bola pesada. Com isso, a mÆquina funcionava de modo a se regular sozinha, automaticamente, por meio de um laço de realimentaçªo.

A partir de 1870, tambØm a energia elØtrica passou a ser utilizada e a estimular indœstrias como a do aço, a química e a de mÆquinas-ferramenta. O setor de transportes progrediu bastante graças à expansªo das estradas de ferro e à indœstria naval.

No sØculo X, a tecnologia da automaçªo passou a contar com computadores, servomecanismos e controladores programÆveis.

Os computadores sªo o alicerce de toda a tecnologia da automaçªo contemporânea. Encontramos exemplos de sua aplicaçªo praticamente em todas as Æreas do conhecimento e da atividade humana.

Por exemplo, ao entrarmos num banco para retirar um simples extrato somos obrigados a interagir com um computador. Passamos o cartªo magnØtico, informamos nossa senha e em poucos segundos obtemos a movimentaçªo bancÆria impressa.

A origem do computador estÆ relacionada à necessidade de automatizar cÆlculos, evidenciada inicialmente no uso de Æbacos pelos babilônios, entre 2000 e 3000 a.C.

AULAO marco seguinte foi a invençªo da rØgua de cÆlculo e, posteriormente, da mÆquina aritmØtica, que efetuava somas e subtraçıes por transmissıes de engre-

nagens. George Boole desenvolveu a Ælgebra booleana, que contØm os princípios binÆrios, posteriormente aplicados às operaçıes internas de computadores.

Em 1880, Herman Hollerith criou um novo mØtodo, baseado na utilizaçªo de cartıes perfurados, para automatizar algumas tarefas de tabulaçªo do censo norte-americano. Os resultados do censo, que antes demoravam mais de dez anos para serem tabulados, foram obtidos em apenas seis semanas! O Œxito intensificou o uso desta mÆquina que, por sua vez, norteou a criaçªo da mÆquina IBM, bastante parecida com o computador.

Em 1946, foi desenvolvido o primeiro computador de grande porte, completamente eletrônico. O Eniac, como foi chamado, ocupava mais de 180 m† e pesava 30 toneladas. Funcionava com vÆlvulas e relŒs que consumiam 150.0 watts de potŒncia para realizar cerca de 5.0 cÆlculos aritmØticos por segundo.

Esta invençªo caracterizou o que seria a primeira geraçªo de computadores primeira geraçªo de computadores primeira geraçªo de computadores primeira geraçªo de computadores primeira geraçªo de computadores, que utilizava tecnologia de vÆlvulas eletrônicas.

A segunda geraçªo de computadores Ø marcada pelo uso de transistores (1952). Estes componentes nªo precisam se aquecer para funcionar, consomem menos energia e sªo mais confiÆveis. Seu tamanho era cem vezes menor que o de uma vÆlvula, permitindo que os computadores ocupassem muito menos espaço.

Com o desenvolvimento tecnológico, foi possível colocar milhares de transistores numa pastilha de silício de 1 cm†, o que resultou no circuitocircuitocircuitocircuitocircuito integradointegradointegradointegradointegrado (CI). Os CIs deram origem à terceira geraçªo de computadoresterceira geraçªo de computadoresterceira geraçªo de computadoresterceira geraçªo de computadoresterceira geraçªo de computadores, com reduçªo significativa de tamanho e aumento da capacidade de processamento.

Em 1975, surgiram os circuitos integrados em escala muito grande (VLSI).

Os chamados chipschipschipschipschips constituíram a quarta geraçªo de computadoresquarta geraçªo de computadoresquarta geraçªo de computadoresquarta geraçªo de computadoresquarta geraçªo de computadores. Foram entªo criados os computadores pessoais, de tamanho reduzido e baixo custo de fabricaçªo.

Para se ter idØia do nível de desenvolvimento desses computadores nos œltimos quarenta anos, enquanto o Eniac fazia apenas 5 mil cÆlculos por segundo, um chip atual faz 50 milhıes de cÆlculos no mesmo tempo.

Voltando a 1948, o americano John T. Parsons desenvolveu um mØtodo de emprego de cartıes perfurados com informaçıes para controlar os movimentos de uma mÆquina-ferramenta.

Demonstrado o invento, a Força AØrea patrocinou uma sØrie de projetos de pesquisa, coordenados pelo laboratório de servomecanismos do Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT). Poucos anos depois, o MIT desenvolveu um protótipo de uma fresadora com trŒs eixos dotados de servomecanismos de posiçªo.

A partir desta Øpoca, fabricantes de mÆquinas-ferramenta começaram a desenvolver projetos particulares.

AULAEssa atividade deu origem ao comando numØricocomando numØricocomando numØricocomando numØricocomando numØrico, que implementou uma forma programÆvel de automaçªo com processo controlado por nœmeros, letras ou símbolos.

Com esse equipamento, o MIT desenvolveu uma linguagem de programaçªo que auxilia a entrada de comandos de trajetórias de ferramentas na mÆquina. Trata-se da linguagem APT (do inglŒs, Automatically Programmed Tools, ou “Ferramentas Programadas Automaticamente”).

Os robôs (do tcheco robota, que significa “escravo, trabalho forçado”) substituíram a mªo-de-obra no transporte de materiais e em atividades perigosas. O robô programÆvel foi projetado em 1954 pelo americano George Devol, que mais tarde fundou a fÆbrica de robôs Unimation. Poucos anos depois, a GM instalou robôs em sua linha de produçªo para soldagem de carrocerias.

Ainda nos anos 50, surge a idØia da computaçªo grÆfica interativacomputaçªo grÆfica interativacomputaçªo grÆfica interativacomputaçªo grÆfica interativacomputaçªo grÆfica interativa: forma de entrada de dados por meio de símbolos grÆficos com respostas em tempo real. O MIT produziu figuras simples por meio da interface de tubo de raios catódicos (idŒntico ao tubo de imagem de um televisor) com um computador. Em 1959, a GM começou a explorar a computaçªo grÆfica.

A dØcada de 1960 foi o período mais crítico das pesquisas na Ærea de computaçªo grÆfica interativa. Na Øpoca, o grande passo da pesquisa foi o desenvolvimento do sistema sketchpad, que tornou possível criar desenhos e alteraçıes de objetos de maneira interativa, num tubo de raios catódicos.

No início dos anos 60, o termo CADCADCADCADCAD (do inglŒs Computer Aided Design ou “Projeto Auxiliado por Computador”) começou a ser utilizado para indicar os sistemas grÆficos orientados para projetos.

Nos anos 70, as pesquisas desenvolvidas na dØcada anterior começaram a dar frutos. Setores governamentais e industriais passaram a reconhecer a importância da computaçªo grÆfica como forma de aumentar a produtividade.

Na dØcada de 1980, as pesquisas visaram à integraçªo e/ou automatizaçªo dos diversos elementos de projeto e manufatura com o objetivo de criar a fÆbrica do futuro. O foco das pesquisas foi expandir os sistemas CAD/CAMCAD/CAMCAD/CAMCAD/CAMCAD/CAM (Projeto e Manufatura Auxiliados por Computador). Desenvolveu-se tambØm o modelamento geomØtrico tridimensional com mais aplicaçıes de engenharia

(CAECAECAECAECAE – Engenharia Auxiliada por Computador). Alguns exemplos dessas aplicaçıes sªo a anÆlise e simulaçªo de mecanismos, o projeto e anÆlise de injeçªo de moldes e a aplicaçªo do mØtodo dos elementos finitos.

Hoje, os conceitos de integraçªo total do ambiente produtivo com o uso dos sistemas de comunicaçªo de dados e novas tØcnicas de gerenciamento estªo se disseminando rapidamente. O CIMCIMCIMCIMCIM (Manufatura Integrada por Computador) jÆ Ø uma realidade.

AULAComponentes da automaçªo

A maioria dos sistemas modernos de automaçªo, como os utilizados nas indœstrias automobilística e petroquímica e nos supermercados, Ø extremamente complexa e requer muitos ciclos de realimentaçªo.

Cada sistema de automaçªo compıe-se de cinco elementos:

•acionamentoacionamentoacionamentoacionamentoacionamento: provŒ o sistema de energia para atingir determinado objetivo. É o caso dos motores elØtricos, pistıes hidrÆulicos etc.;

•sensoriamentosensoriamentosensoriamentosensoriamentosensoriamento: mede o desempenho do sistema de automaçªo ou uma propriedade particular de algum de seus componentes. Exemplos: termopares para mediçªo de temperatura e encoders para mediçªo de velocidade;

•controlecontrolecontrolecontrolecontrole: utiliza a informaçªo dos sensores para regular o acionamento.

Por exemplo, para manter o nível de Ægua num reservatório, usamos um controlador de fluxo que abre ou fecha uma vÆlvula, de acordo com o consumo. Mesmo um robô requer um controlador, para acionar o motor elØtrico que o movimenta;

•comparadorcomparadorcomparadorcomparadorcomparador ou elemento de decisªo elemento de decisªo elemento de decisªo elemento de decisªo elemento de decisªo: compara os valores medidos com valores preestabelecidos e toma a decisªo de quando atuar no sistema. Como exemplos, podemos citar os termostatos e os programas de computadores;

•programasprogramasprogramasprogramasprogramas: contŒm informaçıes de processo e permitem controlar as interaçıes entre os diversos componentes.

Classificaçªo

A automaçªo pode ser classificada de acordo com suas diversas Æreas de aplicaçªo. Por exemplo: automaçªo bancÆria, comercial, industrial, agrícola, de comunicaçıes, transportes. A automaçªo industrial pode ser desdobrada em automaçªo de planejamento, de projeto, de produçªo. Essa automaçªo pode ser classificada tambØm quanto ao grau de flexibilidade.

A flexibilidade de um sistema de automaçªo depende do tipo e da quantidade do produto desejado. Isto significa que quanto mais variados forem os produtos e menor a sua quantidade, mais flexível serÆ o sistema de automaçªo.

O quadro a seguir apresenta uma classificaçªo de tipos de processo e de produçªo e respectivos sistemas de produçªo.

Programas: também chamados softwares, são conjuntos de instruções lógicas, seqüencialmente organizadas.

Indicam ao controlador ou ao computador o que fazer.

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Aplicaçıes da automaçªo

Para fixar os conceitos atØ aqui explicados, damos a seguir o exemplo de um sistema automÆtico de controle de fluxo de pessoas em academias de ginÆstica.

Este sistema tem um leitor óptico laser e um computador digital de alto desempenho. Quando um associado quer utilizar a academia, passa um cartªo pessoal, com um código de barras, pelo leitor óptico (elemento sensor). O dado de entrada Ø convertido em sinais elØtricos e enviado ao computador. O cliente Ø identificado (programa). Caso sua situaçªo esteja em ordem (pagamento de mensalidades, exame mØdico etc.), o computador envia um sinal para liberaçªo da catraca (elemento de acionamento) e em seguida registra a ocorrŒncia num banco de dados, para consultas posteriores.

Outras aplicaçıes

O desenvolvimento de elementos sensores cada vez mais poderosos e o baixo custo do hardware computacional vŒm possibilitando aplicar a automaçªo numa vasta gama de equipamentos e sistemas. Por exemplo:

Produtos de consumoProdutos de consumoProdutos de consumoProdutos de consumoProdutos de consumo •Eletroeletrônicos, como videocassetes, televisores e microcomputadores.

•Carros com sistemas de injeçªo microprocessada, que aumentam o desempenho e reduzem o consumo de combustível.

Indœstrias mecânicasIndœstrias mecânicasIndœstrias mecânicasIndœstrias mecânicasIndœstrias mecânicas •Robôs controlados por computador.

•CAD/CAM, que integra ambientes de projeto e manufatura.

BancosBancosBancosBancosBancos • Caixas automÆticos.

Processo de fluxo contínuoProduçªo em massa (seriada)

Sistema de produçªo contínua de grandes quantidades de produto, normalmente pó ou líquido. Exemplo: refinarias e indœstrias químicas. Sistema de produçªo de um produto com pouca variaçªo. Exemplo: automóveis e eletrodomØsticos. Sistema de produçªo de uma quantidade mØdia de um produto que pode ser repetido periodicamente. Exemplo: livros e roupas. Sistema de produçªo freqüente de cada tipo de produto, em pouca quantidade. Exemplo: protótipos, ferramentas e dispositivos.

Produçªo em lotes

Produçªo individualizada (ferramentaria)

AULA ComunicaçıesComunicaçıesComunicaçıesComunicaçıesComunicaçıes •Chaveamento de chamadas telefônicas.

•Comunicaçıes via satØlite.

•Telefonia celular.

• Correios.

TransportesTransportesTransportesTransportesTransportes •Controle de trÆfego de veículos.

•Sistemas de radar.

• Pilotos automÆticos.

•Sistemas automÆticos de segurança.

MedicinaMedicinaMedicinaMedicinaMedicina •Diagnóstico e exames.

O impacto da automaçªo na sociedade

O processo de automaçªo em diversos setores da atividade humana trouxe uma sØrie de benefícios à sociedade.

A automaçªo geralmente reduz custos e aumenta a produtividade do trabalho. Este aumento possibilita mais tempo livre e melhor salÆrio para a maioria dos trabalhadores.

AlØm disso, a automaçªo pode livrar os trabalhadores de atividades monótonas, repetitivas ou mesmo perigosas. O esquadrªo antibomba da polícia americana, por exemplo, dispıe de robôs para detectar e desarmar bombas e reduzir riscos de acidentes com explosıes inesperadas.

Apesar dos benefícios, o aumento da automaçªo vem causando tambØm sØrios problemas para os trabalhadores:

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