1-Apresentacao Introducao a Engenharia de Automacao_final

1ESP 1009 Princpios de Automao Industrial

CLPs uma abordagem introdutria automao industrial

Prof. Dr. Geomar Machado Martins

Depto. Eletromecnica e Sistemas de Potncia

CT - UFSM

2ROTEIRO Histrico e definio de automao A automao em nossas vidas A automao no meio produtivo Caractersticas e Conceitos da Automao Componentes bsicos das automao Aspectos da automao Arquitetura da Automao Industrial Razes para Automao Industrial Variedades de Automao Tendncias da automao

3Definio de automao Etimologia: Da palavra Automation (1960)

Participao do computador no controle automtico industrial.

Definio atual. Qualquer sistema, apoiado em computadores,

que substitui o trabalho humano, em favor da segurana das pessoas, da qualidade dos produtos, rapidez da produo ou da reduo de custos, assim aperfeioando os complexos objetivos das indstrias, dos servios ou bem estar (Moraes e Castrucci, 2007).

4A automao em nossas vidas Objetivo: Facilitar nossas vidas Automao no dia-a-dia

Em casa: Lavando roupa Esquentando leite Abrindo o porto Lavando loua

Na rua: Sacando dinheiro Dirigindo pelas ruas Fazendo compras

No lazer: Comprando um refrigerante Caminhando numa esteira Assistindo um filme Jogando um videogame

5 No trabalho:

Registrando o ponto

Programando um rob

Recebendo matria-prima

Estocando produto acabado

Fazendo controle de qualidade

Controlando temperatura de uma tanque de gua

Controlando a temperatura do escritrio

Acionando o sistema de combate incndio

6A automao no meio produtivo

Objetivos:Facilitar os processos produtivos Componentes bsicos

Sensoriamento Comparao e controle Atuao

Automao industrial = sistema otimizado Menor custo Maior quantidade Menor tempo Maior qualidade (preciso)

7 Qualidade = garantir uma produo com as mesmas caractersticas e alta produtividade

Automao no meio ambiente Cumprimento de novas normas

Sistemas de controle de efluentes

Sistemas de controle de gases

8A automao no meio produtivo

Automao nas indstrias Importncia para sobrevivncia das indstrias.

Garante a competio no mercado globalizado

Substitui o Homem Tarefas repetitivas

Ambientes perigosos

Ambientes insalubres

Grande esforo fsico

9 Transforma a estrutura da fora de trabalhoQualitativamenteQuantitativamenteExige treinamentoQualificao da fora de trabalhoMelhoria das condies de trabalho

A automao no meio produtivo

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Viso Histrica

3500-3200 a.C. utilizao da roda 600 a.C. uso do arado (Mesopotamia) novo sistema senhorial

650 estribo (china) atividades militares da antigidade

1080 moinhos dgua (Inglaterra) energia gerao de empregos: metais, elevao de agua, serrarias, britagem de minerais

1768 mquina vapor exodo rural, aglomeraes urbanas 1a. Revoluo Industrial

1785 tear mecnico (Inglaterra) 1as industrias

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Viso Histrica 1811-1816 combate mecanizao

1850 - Atividades tercirias ganham espao

Sociedade agrcola baseada na produo de bens de consumo artesanais perde espao para um novo modelo (industrial, consumo, mercado capitais)

Fatores de Produo: Capital x Trabalho

Grfico Ocupao de mo-de-obra

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Viso Histrica Desdobramentos sociais:

Surgimento do proletariado urbano (classe operria)

vivendo em cortios com salrios irrisrios e longas jornadas de trabalho, e a inexistncia de leis trabalhistas.

Uso da mo-de-obra infantil e feminina nas fbricas.

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Viso Histrica Desdobramentos sociais:

O agravamento dos problemas scio-econmicos com o desemprego e a fome, foram acompanhados de outros problemas, como a prostituio e o alcoolismo.

Surgem os primeiros sindicatos

Polarizao entre burguesia e proletariado

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Viso Histrica Brasil (e America Latina): 1785 alvar rgio proibe instalao de fbricas

1844 a indstria textil impulsionada pelo caf

1850 crise econmica abala a indstria textil

1880 crise na lavoura e baixos preos

Consequncias: atraso no nvel de industrializao.1872 70% de analfabetos.

70%20%13%1965

75%30%17%1950

80%80%73%1820

80%80%73%1750

America LatinaEuropa CentralEUAPerodoTabela Distribuio populao ativa segundo a atividade primria

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Viso Histrica Brasil 1888 libertao da escravatura

1889 proclamao da republica novos investimentos

1914/1918 I Guerra Mundial industrializao do sul

1939/1945 impulso decisivo, controle das importaes

1937 Constituio formao do trabalhador industrial

1942 criao do SENAi

1946 criao do SENAC

1955/1960 governo JK polticas protecionistas

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Viso atual Brasil Mercado cresce em torno de 25% do 1o.S/2007 x 1o.S/2006

Exportaes chegaram a US$ 132 milhes em 2007.

Mercado em expanso, ao contrrio das telecom. (-20,8%)

Fonte: Revista Abinee Agosto/2007

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Aspectos positivos da automao

um processo de evoluo tecnolgica irreversvel

Liberta o ser humano de tarefas montonas, insalubres e de risco

Melhoria na qualidade de vida, no conforto e maior integrao social

Enriquecimento com menor custo do produto e ou aumento de produtividade

Criao de empregos diretos e indiretos

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Aspectos negativos da automao

Por ser irreversvel torna-se imprevisvel A alta qualificao profissional provoca uma poltica de emprego de afunilamento

Crescimento populacional desordenado provoca desigualdades sociais at um limite

Novas tecnologias trazem riscos ao setor da produo

Somente grandes empresas tem acesso imediato s novas tecnologias

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Desafio a ser vencido

Inserir o homem no contexto da automao sem traumatismo, sem desemprego, tendo somente um saldo positivo.

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Caractersticas e Conceitos da Automao

Sistemas automatizadosSistemas automatizadosComplexos ou simplesComplexos ou simples

Subsistemas comuns Subsistemas comuns de simples entendimentode simples entendimento

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Componentes bsicos da automao Sensores

Atuadores

Redes

IHM (Interface Homem mquina)

Controlador (CLP, PC, especfico)

Supervisrios

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CLP

Sensores atuadores

IHM

REDES

PCSUPERVISRIOS

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Tipos de controle na automao

Controle Dinmico

Automao Industrial de Controle de processos (automao contnua)

Controle Lgico

Automao Industrial de manufatura (automao discreta)

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Controle dinmico

Utiliza medidas das sadas do sistema a fim de melhorar o seu desempenho operacional, atravs de realimentao.

Incalculvel poder tecnolgico Aperfeioamento de processos

Velocidade

Preciso

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Exemplo de aplicao:

Controle de temperatura de um aqurio

Objetivo: manter a gua em torno de 25C

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Controle dinmico

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Controle lgico

Utiliza sinais sempre discretos em amplitude, geralmente binrios e operaes no lineares.

Circuitos (eltricos, hidrulicos, pneumticos etc)

Variveis binrias ( 0 ou 1) Circuitos de Redes lgicas:

combinatrias seqenciais

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Controle Lgico

Redes lgicas combinatrias (sem memrias nem temporizaes)

Projeto com lgebra booleana

Descrever, analisar e simplificar com auxlio de Tabelas da verdade e Diagramas de rels

Redes lgicas seqenciais (memria, temporizadorese entrada de sinais)

Teoria dos autmatos

Redes de Petri

Cadeias de Markov

Simulao em computador

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Exemplo de aplicao:

Prensa de alavanca

Botes de segurana

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Cadeia de comando

Entrada de sinais

Processamentode sinais

Converso de sinais

Sada de sinais

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Computadores especializados (Controladores Programveis)

Controle lgico Controle dinmico Simples reprogramaes

Computadores de Processo

Coletar informaes do processo para criar um modelo matemtico

Sintetizar leis de controle timo Simular desempenhos Implantar leis de controle Facilitar interfaces com supervisores

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Aspectos da automao no contexto econmico industrial

Implantao de sistemas interligados por redes de comunicao

(Auxiliar a superviso de problemas) Sistemas supervisrios

Interfaces homem-mquina (IHM)

Controladores programveis

Controle baseado em PC

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Aspectos da automao

Necessidades da indstria: Maior nvel de qualidade

Flexibilidade

Menores custos

Menores perdas de materiais

Menor custo de capital

Maior controle das informaes do processo

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Aspectos da automao

Principal componente: CLPs (controladores lgicos programveis) - 1968

Memria programvel para instrues

Energizao / desenergizao

Temporizao

Contagem

Sequenciamento

Operaes matemticas

Manipulao de dados

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Arquitetura da Automao Industrial

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Nvel 1: Cho de fbrica Mquinas, dispositivos, componentes

Ex.: Linhas e mquinas

CLPS, Comandos, mquinasMotores, Inversores, I/Os

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Nvel 2: Superviso Informaes dos nvel 1

IHMs

Ex.: Sala de superviso

Superviso e IHM

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Nvel 3: controle do processo produtivo

Banco de dados

ndices

Relatrios

CEP

Ex.: Avaliao e CQ em processo alimentcio

Controle do ProcessoControle do ProcessoProdutivoProdutivo

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Nvel 4: Planejamento do processo Controle de estoques

Logstica Ex.: Controle de suprimentos e estoques em funo da sazonalidade de uma indstria de tecidos

Planejamento Planejamento Do ProcessoDo Processo


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Nvel 5: Administrao dos recursos financeiros, vendas e RH.

GernciamentoGernciamento

GeralGeral

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Variedades da Automao

Segundo grau de complexidade e meios de realizao fsica

Automaes especializadas (menor complexidade)

Grandes sistemas de automao (maior complexidade)

Automaes Industriais de mbito local (mdia complexidade)

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Automaes especializadas (menor complexidade) Ex.: Interna aos aparelhos eletrnicos, telefones, eletrodomsticos, automveis.

Microprocessadores

Programao em linguagem de mquina

Memria ROM


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Grandes sistemas de automao (maior complexidade) Ex.: Controladores de vos nos aeroportos, controle metrovirio, sistemas militares.

Programao comercial e cientfica em software de tempo real

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Automaes Industriais e de servios de mbito local (mdia complexidade) Ex.: Transportadores, processos qumicos, trmicos, gerenciadores de energia e de edifcios.

CLPs isolados ou em redes

(...este o alvo de aplicao dos CLPs )


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TENDNCIAS DA AUTOMAO

Tecnologia Wireless

De lenta, cara e insegura tornou-se mais rpida e econmica

Chips de menor capacidade

residiro inteligncia diretamente em sensores e atuadores softwares sero parte do produto

Controles baseados em PLC ou PC sero obsoletos e caros

A propriedade da soluo tecnolgica ser medida em meses em vez de anos

Sistemas microeletromecnicos

miniaturizar sensores, atuadores, motores, engrenagens displays para equipamentos digitais

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Histrico dos PLCs Decada de 60 - aumento de competitividade na industria, melhoria

das linhas de produo

1968 Diviso Hydramatic (GM) define especificaes de projeto para um PLC.

1969 Bedford Associates (Modicon) desenvolve primeiro PLC, chamado MODICON 084.

Dick Morley considerado o pai do PLC.

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Histrico dos PLCs

1972 - PLCs incorporam funes de Temporizao e Contagem. 1973 - The "084" melhorado e re-introduzido como "184". A fora

de trabalho aumentou de 80 para 170 empregados e as vendas atingem US$5 million.So introduzidas: Operaes Aritmticas, manipulao de dados e comunicao com computadores.

1974 - Comunicao com Interfaces Homem-Mquina. 1975 - Modicon lana o "284", o primeiro controlador com um

microprocessador e controle distribudo e o "384, o primeiro PLC com algoritmos digitais para controle contnuo (PID). Maior capacidade de memria.

1979 - Companhia introduz Modbus, a primeira rede de comunicaes industrial, permitindo o interfaceamento de computadores e controladores. Graas a sua confiabilidade, Modbus se torna um padro industrial.

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Histrico dos PLCs

1979/1980 - Mdulos de I/O remotos, mdulos inteligentes e controle de posicionamento.

1981 - Comunicao em rede. 1982 - Aparecimento dos primeiros minis e micros PLCs. Anos 90s ocorre uma gradual reduo em novos protocolos e a

modernizao das camadas fisicas dos protocolos mais populares dos anos 80.

1993 introduzido o padro internacional IEC 1131-3 com a finalidade de unificar as linguagens de programao dos PLCs.

2000 - criada a Automao Web para superviso remota de processos com produo automatizada. A soluo integra PLCse outros componentes em uma arquitetura aberta usando a Ethernet e os protocolos Internet para conectar via Web.

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Fonte: http://www.plcdev.com/plc_timeline

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Vista de um quadro de comando atual com PLC

Histrico dos PLCs

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Caractersticas atuais dos PLCs Mdulos I/O de alta densidade, Mdulos remotos controlados por uma mesma CPU, Mdulos inteligentes coprocessados (controle PID, posicionamento de

eixos, transmisso de radio ou modem, leitura de codigo de barras, etc), Softwares de programao e integrao de aplicativos em Windows, Recursos de monitoramento de execuo de programa, diagnsticos e

deteo de falhas, Instrues avanadas para operaes complexas (ponto flutuante,

funes trigonomtricas), Tempo de varredura reduzido, Processamento paralelo (sistema de redundncia), Pequenos e micro PLCs com recursos de HD e SW de grandes PLCs, Conexo de diferentes PLCs em rede.

Constantes atualizaes dos produtos agregam valores e reduzem o custo das solues baseadas em PLCs, o que exige do profissional uma atualizao contnua por intermdio de contato com fabricantes e fornecedores, sendo a internet uma tima opo. (Georgini, M., Automao aplicada, editora rica, 2000.)

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Alguns Fabricantes Beck IPC GmbH

WEG TP02, TPW03, Clic02 Beckhoff

BoschRexroth

Bernecker&Rainer

Eckelmann

ELAU AG PacDrive MAx-4 sowie C200, C400, C600 und P600

Festo FEC Compact, FEC Standart Foxboro

GE Fanuc 90-70, 90-30, VersaMax, PacSystems Rx3i e Rx7i

HIMA A1, H41, H51 Honeywell FSC KEBA Kemro K2

Keylogix

Matsushita FP-Serie FP0/FP-Sigma/FP-M/FP1/FP2/FP10SH

Mayr Systeme primo-motion control Serie Mitsubishi MELSEC F1, F2, FX1N, FX2N, AxN,

AxS, QnA, QnAS, System Q Moeller PS4, PS416, X-System Omron

SAMSON, TROVIS 5171

BCM Linhas GP3000 e BCM2085B Dexter Sries DX100 e DX200 Horner Electric OCS, NX, LX, XLE, CScape Unitronics Jazz, M90, M91, Vision V120, V160,

V260, V280 Phoenix Contact RFC450/430 ETH, ILC 390/370

PN 2TX, ILC 350 ETH, ILC 200-Serie, S-MAX ACE Schmersal CPK 3011, CPK 3020, CPK 3101,

CPK 3005, CPK 3006, CPK 3001 HI Tecnologia ZAP500, ZAP900, MCI02-QC,

MIX600 Atos Sries MPC6006, MPC4004, Expert DX, Tico;

Altus Altus Srie Ponto - Srie Grano - Srie QUARK - Srie PX - AL-2000 TlmecaniqueModicon Premium - TSX 57

Modicon

Siemens SIMATIC S5 & S7, LOGO! Allen Bradley (Rockwell Automation) ControlLogix,

CompactLogix, RS Logix, GuardPLC ABB 07KT51 und 07KT97 , Advant SAIA-Burgess, PCDx VIPA Art of Automation

CoDeSys

MULTIPROG

AUTOMA, ATM250

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Caminhos alternativos

Desenvolver o prprio PLCPLC on a Chip Integrated Circuit

Fonte:

http://www.divelbiss.com/products/plc_solutions/plconachip/plconchip.asp

The PLC on a Chip Integrated Circuit is a completely

functional Programmable Logic Controller (PLC) in one chip.

Easy to embed into any product and programmable in ladder

logic, using Divelbiss EZ LADDER, the PLC on a Chip is a

cost-effective solution for adding functionality and features to

any product.

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Caminhos alternativos Trabalhar com sofware livre. Ex.: MatPLC

MatPLC is a PLC-like program for Linux, licensed under the GNU GPL. We take advantage of the fact that we have an underlyingoperating system and use its features to make the MatPLC modular. One module could be executing mnemonics. Another module is a PID loop. A different module handles I/O, or logs to a database. TheMatPLC then coordinates their workings to present a simple interface to the user.

(fonte: http://mat.sourceforge.net/)

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Caminhos alternativos Desenvolver novas aplicaes reduzindo custos. Ex.: Powerline Networking (Maxim)

Ideal for:

BroadbandIndustrial and Building AutomationMonitoring and ControlAutomatic Meter ReadingVoice and VoIPSecurity and SafetyLAN

Maxim's Two-Chip Powerline Networking Solution chipset with its

integrated, programmable technology, delivers a secure and robust, high-

speed data network using existing power lines.

Practically any electronic device connected to an electrical power line can

use this technology for data communication without additional wiring.

61Fonte: http://www.maxim-ic.com/products/powerline/

Caminhos alternativos Desenvolver novas aplicaes reduzindo custos. Ex.: Powerline Networking (Maxim)

Distncias: 800 m

Velocidades:

De 2 at 45 Mbit/s.

62Fonte: http://www.redex.com.br

Caminhos alternativos

Desenvolver novas aplicaes reduzindo custos. Ex.: Powerline Networking (Maxim)

No Brasil: Redex XP302 A/H

Modos Transmisso:

10 MHz, 20 MHz e 30 MHz

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Bibliografia Moraes e Castrucci, Engenharia de Automao Industrial, livro.

Editora LTC, So Paulo, 2007.

Revista ABINEE - N 42 - Agosto/2007 WEG Indstrias, Automao de Processos Industriais.

Apostila do Curso mdulo III. Jaragu do Sul, SC, 2006. Natale, Ferdinando, Automao Industrial. Livro, Ed. rica,

So Paulo, 2003. DEXTER, Curso de Automao Industrial. Apostila do Curso,

2001.

WEB: http://www.senaiformadores.com.br/Cursos/

WEB: http://www.amarcato.ufjf.br/eletrica/automacao/arquivos/Automacaocapitulo1.pdf

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Bibliografia

Carrilho, Eduardo, Material de aula da disciplina Automao de Sistemas e Instrumentao Industrial, Curso de engenharia eltrica no IME, So Paulo. Web: http://aquarius.ime.eb.br/~aecc/Automacao/index.html, acessada em maio de 2007.

Vianna, William S., Controlador Lgico Programvel. Apostila, CEFET-PR, 2000.

Universidade Catlica de Goias,Departamento de Engenharia Eltrica

LADDER Linguagem de programao para controlador programvel. Curso de Sistemas de Informao, Universidade do Contestado-UnC, SC.

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