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Sistemas de Automação Industrial

Trabalho referente a 3ª unidade da disciplina Introdução aos comandos automáticos
by

Guilherme Aoyama

on 11 February 2014

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Transcript of Sistemas de Automação Industrial

Automação
Sistemas de Automação Industrial
1. Conceito
Componentes
Alarme
Lógica
IHM
1.Humanos no controle
1. Introdução
A automação eletrônica possui vários componentes com partes e peças mecânicas. O funcionamento destes componentes sempre envolve movimento mecânico. As partes mecânicas da eletrônica são chamadas
também de peças móveis.
2. Chave
A chave é um componente eletromecânico usado para ligar, desligar ou direcionar a corrente elétrica, através de um acionamento mecânico manual ou automático
Conceito
Os tipos mais comuns de chaves manuais usadas em sistemas eletrônicos são os seguintes:
1. Chave liga-desliga (toggle)
2. Chave botoeira (push button)
3. Chaves Automáticas
São chaves cuja operação é determinada pela posição de algum dispositivo ou pelo valor de alguma quantidade física.
As principais chaves automáticas são: pressostato, termostato, chave de vazão, chave de nível e chave fim de curso.
3.1 Pressostato
Pressostato é uma chave automática comandada pela pressão.
3.2 Termostato
Termostato é uma chave automática comandada pela temperatura.
3.3 Chave de vazão
Chave de vazão é uma chave comandada pela vazão.
3.4 Chave de nível
Chave de vazão é uma chave comandada pelo nível.
3.5 Chave de fim de curso
A chave limite ou fim de curso é acionada automaticamente pelo movimento de alguma maquina ou dispositivo.
4. Solenóide
O solenóide (substantivo masculino!) é um dispositivo usado para transladar sinais elétricos ON/OFF em movimentos mecânicos ON/OFF.

Na escolha do solenóide para uma aplicação, devem ser considerados os seguintes fatores:
Automação é a substituição do trabalho humano ou animal por máquina, onde a operação da máquina ou de sistema há a mínima interferência do operador humano.

Automático significa ter um mecanismo de atuação própria, que faça uma ação requerida em tempo determinado ou em resposta a certas condições.

O conceito de automação inclui a idéia de usar a potência elétrica ou mecânica para acionar algum tipo de máquina. Deve-se acrescentar à máquina algum tipo de inteligência para que ela execute sua tarefa de modo mais eficiente e com vantagens econômicas e de segurança.
Vantagens
Nunca reclama

Nunca entra em greve

Não pede aumento de salário

Não precisa de férias

Não requer mordomias.
Limitações
Capacidade limitada de tomar decisões

Deve ser programada ou ajustada para controlar sua operação nas condições especificadas

Necessita de calibração periódica para garantir sua exatidão nominal

Requer manutenção eventual
2. Automação e mão de obra
A automação pode reduzir a mão de obra empregada, porém ela também e ainda requer operadores.

Muitas pessoas pensam que a automação significa perda de empregos, quando pode ocorrer o contrário, já que empresas não podem competir economicamente com outras por causa de sua baixa produtividade devida à falta de automação.

Automação pode significar ganho e estabilidade do emprego.
3. Sistemas de Automação
A aplicação de automação eletrônica nos processos industriais resultou em vários tipos de sistemas, que podem ser geralmente classificados como:

1. Máquinas com controle numérico
2. Controlador lógico programável
3. Sistema automático de armazenagem
4. Robótica
5. Sistemas flexíveis de manufatura.
Máquinas com controle numérico
Controlador lógico programável
Sistema automático de armazenagem
Robótica
Sistemas de manufatura flexível
Em uma máquiana ferramenta, as três coordenadas (x, y, z ou comprimento, largura e profundidade) devem ser especificadas para posicionar a ferramenta no local correto.

A produtividade pode triplicar e exige-se pouca habilidade do operador e um único operador pode supervisionar mais de uma máquina.
O controlador lógico programável é um equipamento eletrônico, digital, microprocessado, que pode:

Controlar um processo ou uma máquina

Ser programado ou reprogramado rapidamente e quando necessário

Ter memória para guardar o programa.

O programa é inserido no controlador através de microcomputador, teclado numérico portátil ou programador dedicado.
1. tamanho da carga mecânica a ser movida

2. distância do percurso (stroke)

3. ambiente de operação

4. tipo da ligação elétrica

5. tensão e tipo da corrente, ca ou cc

6. valor da corrente (manutenção e transitória)

7. vida útil, expressa em atuações por minuto
Em sistemas automáticos, um computador remoto controla empilhadeiras e prateleiras para receber, armazenar e recuperar itens de almoxarifado.

O controle da relação é exato e os itens podem ser usados ou despachados de acordo com os dados recebidos.
Aplicação de válvula solenóide
Um robô é um dispositivo controlado por um computador capaz de se movimentar em uma ou mais direções, fazendo uma sequência de operações.

As tarefas que os robôs fazem podem ser de usinagem, como furar, soldar, pegar e colocar, montar, inspecionar e pintar.
Os robôs estão aumentando em inteligência, com a adição dos sentidos de visão e audição e isto permite tarefas mais complexas a serem executadas por eles.
5. Relés
O relé é uma chave comandada por uma bobina. Ele é uma chave porque ele ligadesliga um circuito elétrico, permitindo a passagem da corrente elétrica como o resultado do fechamento de contato ou impedindo a passagem da corrente durante o estado de contato aberto.
Os relés controlam a corrente elétrica por meio de contatos que podem ser abertos ou fechados.
A incorporação de máquinas NC, robótica e computadores em uma linha de montagem automatizada resulta no que é chamado sistema de manufatura flexível.

É considerado flexível por causa das muitas mudanças que podem ser feitas com relativamente pouco investimento de tempo e dinheiro.

Flexibilidade para reagir a mudanças esperadas ou inesperadas no processo de fabricação
Aplicações
1. ligar e desligar correntes ou tensões em ambientes hostis, no espaço sideral ou em processos industriais onde a temperatura pode ser extremamente alta ou baixa e perigosa à saúde humana

2. monitorar altas correntes e tensões de modo automático ou manual e em condições perigosas

3. operar simultaneamente vários circuito ou equipamentos em altas velocidades
Tipos de Relés
Reed relé

Relé eletromecânico

Relé temporizado
4. Automação de Unidade de Producão
6. Proteção de Circuitos
Fusível
Disjuntor
A Petrobras possui centenas de unidades de produção, que são plataformas offshore (marítimas) e instalações terrestres, que são controladas e monitoradas por instrumentos ligados a computadores pessoais.
Os principais objetivos dos sistemas de instrumentação e controle são:
1. Prover segurança aos operadores, equipamentos e meio ambiente.

2. Garantir um controle do processo, onde os produtos finais estejam dentro das especificações estabelecidas pelo pessoal da qualidade.

3. Fazer medições precisas e exatas, para atender as exigências da Agência Nacional de Petróleo (ANP).

4. Estabelecer um padrão para a operação e manutenção.

5. Monitorar os dutos para detectar anormalidades, vazamentos e situações perigosas.
Conceito
A palavra lógica se refere a um sistema que obedece a um conjunto fixo de regras e sempre apresenta o mesmo conjunto de saídas para o mesmo conjunto de entradas, embora estas respostas possam ser modificadas por alguma condição interna, como o estado de uma saída de um temporizador ou contador.

O termo lógico está geralmente associado com o conceito de binário, que significa possuir um de apenas dois estados possíveis, tais como liga-desliga, aceso-apagado, alto-baixo, verdadeiro-falso, presente-ausente, maior-menor, igual-diferente ou 1-0.

A lógica nunca trabalha com "TALVEZ".
Conceituação e execução
5. Monitoração de dutos
As unidades terrestres e as plataformas marítimas são interligadas por dutos.

Por exigências legais e de normas de meio ambiente, é mandatório a implementação de um sistema para monitorar os dutos que interligam as unidades de produção e as plataformas à terra, para detectar facilmente vazamentos, reduzir os riscos de acidentes ambientais e ser integrado com os sistemas de parada de emergência.
Conceituação é a primeira fase que deve ser considerada para se ter um esquema de controle trabalhável envolvendo lógica binária, já a execução é a segunda fase.

Primeira fase: O que precisa ser feito para termina processo?
Segunda fase: Sabido o que deve ser feito, como fazer?

A primeira fase é comum a todo o equipamento e a segunda depende muito mais do equipamento específico usado.

Na primeira fase o objetivo é conceber esquemas de controle que envolvam um processo, lógica para controlar este processo e a interface de operação que permita ao operador intervir a qualquer momento no processo.

Na segunda fase o objetivo é envolver detalhes de execução ou instruções para um CLP.
A arquitetura básica para monitoração de dutos consiste de dois CLPs, cada um instalado em cada extremidade do duto, recebendo informações de vazão volumétrica instantânea, pressão estática, temperatura e densidade do fluido escoado. Os dois sistemas das extremidades do duto são interligados via rádio-modem, ou rede Internet.
Portas Lógicas
Portas lógicas são circuitos eletrônicos que operam com entradas e saídas booleanas, que podem assumir apenas os valores 1 ou 0. Eles podem ser microprocessados ou com contatos discretos de relés e chaves. As portas podem manipular apenas um sinal de entrada, exatamente dois ou podem ser extensivas, manipulando de dois até dezenas de entradas.

As portas lógicas básicas são:

AND
OR
OR EXCLUSIVO
INVERSOR ou NOT
NOR
NAND
Sentindo a planta
Painéis da sala de controle
Sentindo a planta
Painéis da sala de controle
2.Vídeo para interface
Estações de operação com vídeo
Estações de operação com vídeo
Desenvolvimento futuro
Desenvolvimento futuro
3.Explorando displays
Tela geral
Tela de grupo
Tela de detalhes do ponto
Tela geral
Tela de grupo
Tela de detalhas do ponto
4.Comunicação da informação
Analógico ou digital
Elementos do display
Analógico ou digital
Elementos do display
Valor numérico;
Indicador analógico (gráfico de barra ou medidor);
Indicador discreto;
Mímico (display gráfico do sistema);
Gráficos;
Tendência (trend);
Tabelas e listas;
Texto;
5.Animação de telas
Displays mímicos
Cor como uma dinâmica
Capacidades combinadas
Uso das cores
6.Informação Humana
Pensar e fazer
Olhando um ser humano como um
computador, pode-se identificar ações
diferentes dentro de seu cérebro, tais como:
Percepção
Conhecimento
Movimento
Armazenamento da imagem visual
Armazenamento da imagem auditiva
Memória de trabalho
Memória a longo prazo
Pensar e fazer
Porta AND

A porta AND tem duas ou mais entradas e uma única saída e opera de acordo com a seguinte definição: a saída de uma porta AND assume o status 1 se e somente se todas as entradas assumem 1.
Porta OR

A porta OR possui duas ou mais entradas e uma única saída. As entradas são designadas por A, B, ... N e a saída por L. As entradas podem assumir só 0 ou 1.
A expressão para o OR é: A + B = L
A saída de uma porta OR assume o estado booleano 1 se uma ou mais entradas assume o estado 1. A saída do OR é 1 se alguma das entradas for 1.
Porta OR EXCLUSIVO

O OR exclusivo é uma porta com duas entradas, cuja saída é 1 se e somente se os sinais de entrada forem diferentes. Quando as entradas forem iguais, a saída é zero.
Introdução
Possui como importante função proteger o processo.
O sistema de alarme é binário, pois o interesse é apenas saber se a variável está abaixo ou acima de determinado valor.
Similar ao controle liga-desliga ou de duas posições.
Porta NOT

A porta NOT ou inversora produz uma saída oposta da entrada. Esta porta é usada para inverter ou complementar uma função lógica. O inversor, diferente das outras portas lógicas que possuem duas ou mais entradas e uma saída, só possui uma entrada e uma saída. A saída é o inverso ou oposto da entrada.
Componentes
Chave automática de variável de processo.
Circuito lógico que recebe o sinal de saída de uma ou mais chaves de alarme.
Anunciador de alarme.
Pode incluir um dispositivo final para causar um desligamento automático do equipamento sob operação.
Intertravamento do processo
Possui como objetivo causar um conjunto previsível de operações quando os limites do processo forem excedidos.
Porta NAND

A porta NAND é a porta oposta à AND. Quando todas as entradas NAND são 1, a saída é zero. Em todas as outras configurações, a saída do NAND é 1.
Porta NOR

A porta NOR é a porta oposta a OR. Quando todas as entradas são 0, a saída é 1.
Sistemas de alarme de processo
Alarme indicador de status

Alarme com sensor compartilhado

Alarme para mostrar anormalidade

Alarme como backup do controle

Alarme com atuação automática
Tipos de importância de alarmes
Muito crítico

Pouco crítico

Não crítico

Informação de status

Análise de desligamento
Fluxo de um sinal de alarme
Segurança da planta
Há vários sistemas automáticos associados à planta para garantir sua operação correta e eficiente, além da segurança dos equipamentos e operadores envolvidos.

Podem-se perceber quatro níveis distintos de atividade da planta:

Medição e controle regulatório do processo

Alarme do processo

Desligamento de emergência

Monitoração e controle do fogo
Automação e segurança
Camadas de prevenção
Projetadas para evitar a ocorrência de perigo, em primeiro lugar.
Camadas de mitigação
Projetadas para conter ou diminuir as consequências do perigo, uma vez ele já tenha ocorrido.
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