1 – O que é Automação Industrial

Automação industrial ajuda o operador humano a fazer uma tarefa específica. A automação industrial substitui o envolvimento humano com o uso de dispositivos como sensores, atuadores e controladores para realizar uma determinada tarefa.

A automação industrial vem evoluindo rapidamente nos últimos anos com uma oferta cada vez maior de produtos e serviços para melhorar os sistemas de automação.

Normalmente um investimento em automação industrial se paga em menos de 18 meses. Alguns projetos que trabalhamos chegaram a se pagar em menos de 6 meses, com uma aumento considerável da produtividade e consequente redução de custos.

2 – Automação Industrial no Brasil

A indústria brasileira vem sofrendo muito nos últimos tempos, principalmente pelo chamado custo Brasil, esta cada vez mais difícil ser competitivo fabricando qualquer coisa aqui em nosso país. O custo da mão de obra é caro e pouco qualificado. A burocracia e dificuldade de trabalhar no País fazem muitos empreendedores quebrarem e multinacionais deixarem o país.

Buscar medidas para reduzir custo é uma obrigação dos executivos da indústria, por uma simples questão de sobrevivência da empresa.

Muitas pessoas acham que tentando impedir automação estão protegendo empregos, porém a verdade é exatamente o contrário. Não podemos virar as costas para as novas tecnologias porque isso vai nos deixar ultrapassados. É muito comum a resistência a mudanças, lembro como falavam mal no começo do e-mail, celular, e a maioria dos avanços tecnológicos.

3 – Principais objetivos da automação industrial

– Reduzir custo: normalmente analisamos a taxa de retorno, ou seja, o valor do investimento comparado com os benefícios dessa automatização.

– Aumentar qualidade: podemos colocar diversos passos de verificação de processo para garantir a qualidade do produto ou serviço automatizado.

– Reduzir riscos de segurança: algumas automações podem ser puramente relacionadas com a melhoria das condições de segurança do trabalho.

4 – Hierarquia de um Sistema de Automação Industrial

Sistemas de automação industrial podem ser muito complexos por natureza, com muitos dispositivos trabalhando sincronizados com tecnologias de automação. A figura abaixo descreve uma maneira de ver os níveis hierárquicos de um sistema de automação industrial.

4.1 – Operacional

Os dispositivos que estão no ponto de atuação são os que realmente interagem com a aplicação de automação industrial, como por exemplo sensores e atuadores. Os componentes no ponto de atuação são os “olhos e braços” de um sistema de automação industrial. Aqui estão todos os sensores que enviam informações relevantes do processo para o cérebro do sistema.

Aqui também estão todos os atuadores e motores que realizam um movimento ou força a partir de um sinal elétrico do controlador, fazendo com que a máquina se mova e realize uma operação desejada. Alguns exemplos de dispositivos a nível operacional de um sistema de automação industrial são: motores, cilindros, compressores, válvulas, pistões e também dispositivos de detecção como sensor indutivo, sensor capacitivo, sensor de visão, sensor ultrassônico, etc.

4.2 – Controle

Nesse nível estão os dispositivos de automação industrial que recebem informação dos sensores e transdutores, processam essa informação e retornam comandos para outros dispositivos no nível operacional. Os dispositivos mais comuns são os CLP (controlador lógico programável) e computadores.

Os CLPs são os controladores mais usados em aplicações de automação industrial e são capazes de automatizar funções dependendo das entradas de sinais. Eles podem ser programados para automatizar uma grande variedade de processos. O CLP normalmente é especificado pelo número de entradas (inputs) e saídas (outputs) que possuem.

4.3 – Supervisão

Nesse nível os componentes são usados para facilitar o controle e intervenção na operação. Um dos dispositivos mais comuns é o uso de dispositivos de IHM (Interface homem máquina), que permitem a visualização de vários parâmetros do processo, ajuste de funções, análise de informações históricas da máquina e muito mais.

Cada dia se torna mais comum o uso de computadores que servem para controlar todo o sistema de automação de uma fábrica. Nele pode-se controlar todo o planejamento da produção para otimizar os recursos disponíveis no processo.

Também se torna cada vez mais comum o uso de redes de comunicação para integrar diferentes máquinas e sistemas dentro de uma fábrica. Aqui temos desde diversos protocolos de fieldbus como o uso, cada vez mais comum, de redes sem fio para conectar os diferentes sistemas de automação industrial. Alias, hoje em dia, é cada vez mais comum o nivel de supervisão remoto, longe da aplicação da solução de automação industrial.

5 – Tipos de sistema de Automação industrial

5.1 – Automação industrial fixa

Esse tipo de Automação é utilizado para operações repetitivas para atingir um elevada produtividade. Aqui uma máquina e criada para uma finalidade específica, sendo dedicada a aplicação que foi criada para maximizar a produtividade. Apesar de maximizar a produtividade, esse tipo de automação é muito difícil de mudar no caso de uma variação no produto ou processo.

5.2- Automação industrial programável

Nesse tipo de automação industrial, variáveis de processo e do produto podem ser alteradas no painel de controle do projeto de automação. Existem alguns tipos de automação industrial que tem pouca flexibilidade permitindo somente, por exemplo, algumas alterações de processo. E existem outros tipos de automação industrial que permitem uma completa mudança de parâmetros de controle.

6 – Entradas: Sensores, transdutores, botões

As entradas no sistema de automação industrial são muito importantes pois captam o que está acontecendo no sistema. Seja através de sensores ou dispositivos para intervenção do usuário

6.1 Sensores e transdutores

Existem uma infinidade de parâmetros que podem ser monitorados em um sistema de automação industrial, como por exemplo a posição de uma peça, temperatura, indicadores de nível, sensores de proximidade, contadores, entre muito outras coisas. Normalmente os sensores são divididos entre digitais e analógicos.

6.1.1 Sensores digitais

Esses sensores simplesmente emitem um sinal de aberto ou fechado (sim ou não), convertendo o sinal em um impulso elétrico. sensor indutivo, contator, sensor capacitivo, sensor fim de curso ou chaves de nível.

6.1.2 Sensores analógicos:

Esses sensores podem indicar a magnitude de uma medição. Eles fornecem um sinal contínuo proporcional ao valor da característica medida. Exemplos deste tipo são os transdutores de pressão do ar comprimido, sensores de temperatura, sensor ultrassônico para medição de distância ou nível e Micrômetro Laser para medições de diâmetro.

6.2 Entradas de interface com o usuário

As entradas relacionadas com interface do usuário podem ser os botões, chaves, pedais, entre outros. Na automação industrial, os elementos de entrada de ordem permitem que o operador ordene um comando ao sistema e podem ser classificados em 2 categorias:

Os Binários são a forma mais simples de dar o comando. Se o operador deseja acionar, ele pode apertar a botoeira e se deseja desligar, ele pode simplesmente apertar a botoeira novamente. Além de botoeiras, podem ser utilizados interruptores e comutadores.

Numéricos (ou alfanuméricos): Enquanto os binários são sim ou não, os numéricos permitem a entrada de qualquer tipo de informação através de números ou letras. Como exemplo podemos citar os potenciômetros e teclados numéricos.

7 – Saídas – motores, cilindros, sinalizadores

As saídas de um sistema de automação industrial são os elementos que recebem um sinal e executam uma função ou indicam uma situação.

7.1 Elementos de movimento ou força

A força ou movimento em um sistema de automação industrial pode ser provida por meio elétrico, pneumático ou hidráulico. Eles são os elementos final do sistema de automação industrial e respondem a um sinal de comando recebido. Um atuador converte a energia conectada nele em uma automação útil para o sistema.

Os atuadores mais utilizados em uma aplicação de automação são os cilindros pneumáticos e motores de corrente contínua (ou alternada). Na maioria das vezes comandados por CLPs ou controladores. Por exemplo, o CLP pode acionar uma válvula solenoide que libera o ar para fazer com que o cilindro pneumático seja atuado. Por outro lado, o CLP pode comandar um contator ou inversor de frequência de forma com que os motores sejam acionados.

7.1.1 Pneumática:

A pneumática usa o ar comprimido para exercer uma força ou movimento. A automação pneumática é normalmente mais simples, barata e segura que os outros tipos de automação. Leia nosso artigo falando especificamente de pneumática aqui.

Abaixo mostramos um vídeo de nosso canal do Youtube mostrando alguns exemplos de aplicações pneumáticas:

7.1.2 Elétrica:

O movimento ou força pode ser exercidos por um equipamento elétrico, como motores e atuadores elétricos. Eles têm normalmente um custo maior porém com uma melhor precisão. Os atuadores elétricos são adequados para movimentos angulares e de rotação, com ou sem controle de velocidade. Estes dispositivos devem ser alimentados com energia elétrica para funcionar e alguns exemplos são os motores de corrente contínua, motores de indução e servo motores.

7.1.3 Hidráulica:

A Hidráulica é utilizada quando se precisa de muita força, pois esse sistema permite a aplicação de forças muito maiores do que os sistemas anteriores. Ou quando uma máquina em marcha lenta necessita de um controle preciso. São chamados hidráulicos por serem alimentados com fluido (óleo hidráulico).

 

Abaixo um quadro simplificado comparando os 3 tipos de automação: pneumático, hidráulico e elétrico.

7.2 Elementos de saída de informação

Os elementos de saída de informação na automação industrial são responsáveis pela comunicação do sistema de controle com o operador. Em sua grande maioria são elementos visuais como sinalizadores e telas. Abaixo alguns exemplos:

Binários: Fornecem a informação de sim ou não, ligado ou desligado e alguns exemplos são os sinalizadores, alarmes ou sirenes.

Numéricos e alfanuméricos: Permitem a visualização de números e textos e são muito úteis para visualizar dados de processo como níveis, o que está ligado ou não, qual parte do processo não está com o desempenho adequado, etc. Alguns exemplos são os displays de de LCD, monitores e telas touchscreen, sendo que essas permitem tanto a visualização quanto a entrada de informação.

8 – Sistemas de controle para automação industrial

Os sistemas de controle para um projeto de automação industrial vêm evoluindo muito rapidamente nos últimos anos, com cada vez mais uso de tecnologias sem fio, processadores de alta capacidade, interfaces touchscreen e tecnologias mobile.

8.1 Controle estático com reles ou placas logicas

Consiste em interconectar reles com os dispositivos de entrada e saída de maneira que a lógica possa ser criada com combinações em série ou paralelo dos elementos para que então seja criado o automatismo. estes elementos podem ser reles, válvulas ou placas lógicas.

Esta foi a primeira solução adotada na automação industrial, mas com o passar do tempo foi sendo abandonada por apresentar inconvenientes como pouca flexibilidade para aceitar modificações ou adaptações futuras e também pelo fato de que este tipo de solução demandava grandes espaços para locação de painéis elétricos.

Em uma automação industrial mais simples com baixo custo, no entanto, esta solução ainda pode ser viável. Mesmo assim deve-se analisar bem, pois atualmente um CLP custa o equivalente a 20 reles ou 8 válvulas e ainda tem a vantagem de você poder programar ele da forma como quiser, deixando a solução bem enxuta.

8.2 Puramente pneumático

Existem sistemas de controle puramente pneumáticos, que não possuem nenhum tipo de interferência elétrica. A principal vantagem deste método é que ele não é afetado por interferências eletromagnéticas. Também temos aplicações em ambientes que precisam da automação industrial, mas o risco de explosão é alto. Imagine uma mina subterrânea que precisa de automação, mas que qualquer faísca poderia causar uma explosão. Neste caso, tudo pode ser implementado com a tecnologia pneumática, eliminando o risco de acidente.

Por outro lado, lógicas implementadas com tecnologia puramente pneumática necessitam de mais espaço, produzem ruídos no ambiente e demandam redes de ar comprimidos para manter o suprimento constante.

Na Figura abaixo podemos ver alguns elementos pneumáticos sendo que as válvulas e blocos e os cilindros podem compor lógicas.

8.3 Tecnologias Programadas

Como comentado anteriormente, o avanço dos microprocessadores nos últimos anos favoreceu fortemente a generalização das tecnologias programadas e a ampliação da automação industrial. O tipo mais comum de tecnologia programada é o uso de CLP (controlador lógico programa), mas é cada vez mais comum o uso de computadores para controlar um projeto de automação industrial.

8.3.1 CLPs (Controladores Lógicos Programáveis)

O CLP é considerado o cérebro da automação industrial por controlar os equipamentos e processos. Sua vantagem é que ele possui as características de um computador, mas a diferença de ter sido projetado especialmente para trabalhar em ambientes industriais dos mais limpos aos mais agressivos. Outra vantagem que ele possui é que a programação é mais intuitiva com a utilização da lógica Ladder (lógica de programação que reproduz os diagramas elétricos em blocos lógicos e blocos de função).

Como já mencionado, uma das características mais importantes para definir um CLP é o número de entradas e saídas (I/O – Input/Output).

As principais vantagens dos CLPs são:

• Flexibilidade e adaptação ao processo
• Tamanho reduzido
• Comunicação com diferentes dispositivos com placas de adaptação
• Possuem ferramentas de simulação e depuração
• Fornecem a possibilidade de modificações on-line e off-line
• Fácil instalação, programação e manutenção com a lógica de escada

8.3.2 Computadores

Um computador, como parte do comando de uma automação industrial apresenta a vantagem de ser altamente flexível a modificações de processo e por outro lado por não ter sido projetado especificamente para o ambiente industrial tem a desvantagem de ser frágil quando colocado na linha de produção. Por este motivo foram desenvolvidos os computadores industriais com maior robustez e que suportam ambientes agressivos. A única desvantagem atualmente que algumas empresas observam para não empregar os computadores industriais no controle é que o seu emprego exige equipes com conhecimentos de TI, automação e processos.

9- Os 3 maiores erros em projetos de automação industrial

Leia aqui nosso artigo sobre os 3 maiores erros em projetos de automação, que se resumem em:

• Uma análise equivocada do payback ou taxa de retorno
• Uma má definição de expectativas do cliente
• Pobre gerenciamento do projeto

10- Conclusão

A área de Automação Industrial oferece uma variedade de oportunidades para todos que trabalham na indústria brasileira. A informação sobre novas tecnologias de automação industrial é hoje, com a internet, disponível para todos.

Entre em contato com nossa empresa para uma assessoria em automação de seu processo industrial. Somos especialistas em projeto e venda de equipamentos para automação industrial e ficaremos feliz em ajudar. Te ajudamos a buscar oportunidades e calcular a taxa de retorno de qualquer investimento em automação industrial.