Memria da eletricidade Por Weruska Goeking

Da mquina a vapor aos softwares de automao

70 O Setor Eltrico / Maio de 2010

Entenda de que forma a automao foi includa como parte fundamental dos processos

industriais e sua influncia no desenvolvimento fabril

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O Setor Eltrico / Maio de 2010

Aautomaosurgiucomoocaminhoparaa

reduodaparticipaodamohumanasobre

osprocessosindustriais.Partindodesseconceito,

podemosdizerqueautilizaoemlargaescalado

moinhohidrulicoparafornecimentodefarinha,no

sculoX,foiumadasprimeirascriaeshumanas

comoobjetivodeautomatizarotrabalho,ainda

quedeformaarcaica.Essedesenvolvimentoda

mecanizaoteriaimpulsionadomaistardeo

surgimentodaautomao.

Adisseminaodomoinhohidrulicopela

EuropaOcidentallevouaumcrescimentoda

produodealimentosnuncaantesobservado.

Napoca,ummoinhoeracapazdesubstituiro

trabalhodedezavintehomens.Desdeentoo

homemtemdirecionadoseuconhecimentopara

odesenvolvimentodetecnologiasquedesonerem

suasatividadesbraais.Umexemploamquinaa

vapor,quecomeouaserutilizadaparamovimentar

equipamentosindustriaisem1775efezummartelo

de60quilosdar150golpesporminuto.

Anecessidadecadavezmaiordeproduzir

maisemelhorculminounaRevoluoIndustrial,

ocorridaapartirdasegundametadedosculoXVIII.

Grandemarcodasubstituiodotrabalhobraal

pormquinasqueexecutavamamesmatarefacom

maioreficinciaequalidade,aRevoluoacelerou

oprocessodetransformaoedesenvolvimentode

tecnologias.

MasfoicomaajudadoinventorJamesWatt

queamquinaavaporsetornoumaiseficiente,com

aimplantaodoreguladordevelocidade.Assim,

estavacriadoosistemaqueuniaastecnologias

pneumticaehidrulica.

AsmodificaesfeitasporWatttiveramtanta

importnciaparaoparquefabrildapocaque

levaramofilsofoalemoKarlMarxaconsiderara

mquinaavaporcomooitemmaisimportanteda

grandeindstria.Ascompanhiasdefabricaotxtil

foramasmaisbeneficiadas,masapenasAlemanha,

EstadosUnidoseInglaterraseequiparavamem

capacidadedeproduonesseprimeiroperododa

revoluoindustrial.

Asprimeirasmquinasmovidasaeletricidade

surgiramemmeadosdosculoXIX,graasaesforos

dediversospesquisadoresentreelesMichael

FaradayeAndr-MarieAmprequeestudaram

autilizaodaeletricidadeedomagnetismoem

conjunto,levandoaodesenvolvimentodemotores

que,conectadosasistemaseltricos,acionavam

71

alavancas.NofinaldosculoXIX,essetipodemotor

comeouaficarobsoletoedeulugarsmquinas

queusavamacorrenteeltricaemcirculaoem

condutoresparainteragircomocampomagntico

produzidoporimsoueletroms.

ASegundaGuerraMundial(1939-1945)tambm

contribuiuparaahistriadocontroleautomtico

aindaquecomobjetivosmenosnobrescom

odesenvolvimentodesistemasparaaplicaono

lanamentodemsseis.

Deacordocomoprofessordeautomao

industrialegestodeprojetosdaFundao

MunicipaldeEnsinodePiracicaba(Fumep),Marcelo

EurpedesdaSilva,adesvantagemdorelnapoca

eraanecessidadedefix-loemalgumpontoe

suatransioparaoutroslocaisdemandavamuito

trabalho,almdamanutenoconstantedos

equipamentos.

Evoluo

Oconceitodeautomaofoiinstitudonos

EstadosUnidosapenasem1946,nasfbricas

automotivase,atualmente,otermosignificaqualquer

sistemaqueutilizecomputaoequesubstitua

otrabalhohumanocomointuitodeaumentara

velocidadeeaqualidadedosprocessosprodutivos,

aseguranadosfuncionrios,almdeobtermaior

controle,planejamentoeflexibilidadedaproduo.

Acriao,em1947,dotransistorajudoua

impulsionarodesenvolvimentodaautomao,

poissetratavadeumcomponenteeletrnico

capazdecontrolarapassagemdacorrenteeltrica

emdeterminadossistemas.Otransistorabase

paraqualquerprocessadormoderno,explicao

especialistaemmanutenodesistemaseltricos

egerentetcnicodaAdimarco,MarceloPaulino.

Comousodotransistoredaeletrnica,foipossvel

odesenvolvimentodosprimeiroscomputadores

industriais.Emboraomicroprocessamentotenha

sidocomercializadoapenasapartirdosanos

1960,foinesseperodoquesurgiramosprimeiros

robsmecnicosaincorporarsistemasde

microprocessamentoeunirtecnologiasmecnicase

eltricas.

Atofinaldadcadade1960,asempresas

automobilsticasproduziamemmassa,comrapidez

equalidade,masnoofereciammuitasopes

paraosclientes,jquealinhadeproduonoera

flexvel.Asolicitaodeumcarrocomacessrios

especficosoucomumacordiferentedadisponvel

paraprontaentregapoderialevarmuitosmesespara

serproduzida,porexemplo.

Percebendoanecessidadedomercado,aGeneral

Motors(GM),nosEstadosUnidos,solicitouempresa

Allen-Bradleyqueconfeccionasseumprodutoque

conferisseversatilidadeproduo.Aempresa,

quejproduziacontatoresedispositivoseltricos,

desenvolveu,em1968,oequipamentochamado

ControladorLgicoProgramvel(CLP),quesubstituiu

osantigosrelsepermitiufazermodificaesrpidas

noprocessoprodutivo.

ComoCLP,asalteraeseramfeitasapenas

mudandosuaprogramao,enquantoqueos

sistemasarelsimplicavammodificaramontagem

dosequipamentose,muitasvezes,substituiros

hardwares.OCLPfoiintroduzidonaplantadaGM

em1969eosEstadosUnidoseaEuropaforamos

primeirosbeneficiadoscomatecnologiaques

chegouaoBrasilmaistarde,nosanos1980.

OsCLPssodispositivosdigitaisquepermitem

controlaroprocessofabrilgraasaumamemria

programvelquereneasinstruesquedevem

serrepassadasparaasmquinasresponsveis

pelaproduoindustrial.medidaqueoCLPfoi

incorporadonasindstrias,evoluiueadquiriunovas

funesehojecapazdeexecutarsequenciamento,

temporizao,contagem,energizao/desenergizao

emanipulaodedados,regulaoPID,lgicafuzzy,

entreoutrasfunes.OsCLPspodemserprogramados

pormeiodecomputadores,soadequadosparaos

ambientesindustriaismuitasvezesinspitose

possuemlinguagemamigvel.

Aautomaofoiaplicada,aprincpio,em

indstriasautomobilsticasepetroqumicas.De

lparacatecnologiasedisseminouparaoutras

reas,comoindstriasalimentcia,qumica,

petroqumica,siderrgica,automotivaeassociadas

(pneus,borracha,etc.).

Foitambmnadcadade1980quesurgiua

pirmidedaautomao.Essapirmidedivide

osnveisdosequipamentosenvolvidosnessa

tecnologiadeacordocomsuaatuaonaindstria

emostracomoasinformaessofiltradasdo

nvel1atchegaraoseutopo.Emcontrapartida,

asordensvindasdosnveisadministrativos(4e5)

sorepassadasparaonvel3,quegarantequeas

tarefassejamrealizadaspelosnveisoperacionais.

Atualmente,apirmidedaautomaobaseia-seno

modeloaseguir,queconstanolivroEngenhariade

AutomaoIndustrial,dosautoresCceroCoutode

MoraesePlniodeLauroCastrucci.

Memria da eletricidade 72 O Setor Eltrico / Maio de 2010

Nveis de pirmide

Administrao de recursos da empresa. Neste nvel encontram-se os softwares para gesto de vendas financeiras

Nivel 5:Gerenciamento corporativo Mainframe

Nivel 4:Gerenciamento de

planta

Workstation

Nivel 3:Superviso

Workstation,PC,IHM

Nivel 2:Controple

CLP,PC,CNC,SDCD

Nivel 1:Dispositivos de campo, sensores e atuadores

Sensoresdigitaiseanalgicos

Nvel responsvel pela programao e pelo planejamento da produo, realizando o controle e a logstica de suprimentos

Nvel onde se encontram os equipamentos que executam o controle automtico das atividades da planta

Nvel das mquinas dos dispositivos e dos componentes da planta

Permite a superviso do processo. Normalmente possui banco de dados com informaes relativas ao processo

Protocolos

EthernetMACTCP/IP

EthernetMACTCP/IP

ControlNetProfibus FMSFieldbus HSE

Fieldbus H1CAN

Profibus DP, PAHartAsl

LonWorksInterBus

A pirmide da automao, criada nos anos 1980 divide os nveis dos equipamentos envolvidos de acordo com sua atuao no processo industrial.

CLP: o Corao da automao

AsdiferenasentreoCLPutilizadohojeeospioneirosdadcada

de1960so:tamanhoreduzido,desempenhodemaisfunesemaior

capacidadedeprocessamentodedados.Atualmente,oCLPpodeat

executarfunesdeoutrosequipamentosdonvel1,casoelesvenham

afalhar.

ParacomplementaraatuaodoCLP,utilizadoosistemade

supervisoSupervisoryControlandDataAcquisition(SCADA),que

tambmfazpartedonvel2.Osistemaprodutivomostradoemuma

telaespecficapelaInterfaceHomem-Mquina(IHM),ouquandoas

informaessorepassadasdiretamenteparaumcomputadorSCADA

compondoosistemasupervisrio.

Entretanto,antesdodesenvolvimentodossistemassupervisrios,os

dadosdonvel1apareciamemquadrossinticos,emqueofuncionamento

adequadodasmquinaseramostradopormeiodeLedselmpadasque

sinalizavamaoperaodasmquinas.

Atualmente,emsubstituioaoCLPeaoScada,podeserutilizadoo

SistemaDigitaldeControleDistribudo(SDCD),quereneasfunestanto

dosoftwarequantodohardware.Foidesenvolvidoemmeadosdadcada

de1970pelasempresasHoneywelleYokogawaecapazdesuportarmais

informaeserealizarmaisprocessos,comosupervisionargrandesmalhas

complexasdecontrole,comoocasodaindstriadepetrleo.

Inicialmente,oSDCDeraespecialmenteaplicadoemindstriasde

processos,comoapetrolfera,comcustobemmaiselevadoqueoCLP,

que,porsuavez,eramaisutilizadoporempresasautomotivas.Hojeem

dia,noexisteessadistino,deformaqueosCLPsrealizammuitasdas

tarefasexecutadaspeloSDCD.

Achamadaindstriahbrida,porexemplo,podeempregartanto

SCDCquantooCLPnoprocesso,ouatmesmoosdoisconjuntamente,

poisjsocapazesdesecomunicar.

OutrasubstituioaoCLPsurgiuem2002comoProgrammable

AutomationControler(PAC),queexecutaaindamaisfunesqueo

primeiroecapazdetrocarinformaescomdiversosequipamentosda

pirmideeexecutarprogramascomplexos.Apropostadesseequipamento

realizarasmesmasfunesdeumSDCD,mascomopreoeasimplicidade

doCLP.

Aprincipaldiferenaentreapirmideatuale

autilizadanosanos1980queosnveis1e2no

estavamintegradosaosnveis4e5atravsdonvel

3.Assim,asinformaestcnicassobreaproduo

obtidasnosnveis1e2precisavamserexplanadas

paraosnveisadministrativospormeioderelatrios.

Domesmomodo,oscontroladoresdomesmo

nveldapirmidenotrocavamqualquertipo

deinformao,oquelimitavaosbenefciosda

automao,poisoscomputadoressexistiamno

nvel4datecnologia.Qualquernecessidadede

integraodedadosparaanliseouparamelhora

noprocessoprodutivoerafeitapormeiodelongos

relatrios.Issoperdurouatosanos1980,quando

surgiramasredesdecomunicao,ouseja,eraa

primeiravezqueosequipamentosdediversosnveis

daautomaopoderiamtrocardados.

Porm,mesmocomosurgimentodasredes

decomunicao,apenasosequipamentosdeuma

mesmamarcaconseguiamsecomunicar,poiscada

fabricantetinhaseuprpriosistema.Aintegraode

linguagensconhecidacomointeroperabilidade

ssurgiuem1993comapublicaodanormaIEC

61131-3,quepadronizouaprogramaodecontrole

industriale,posteriormente,comaintroduoda

ISA95,queopadrointernacionalparaintegrao

deempresasesistemasdecontrole.

Atualmente,almdaintegraoentreosnveis

operacionaiseadministrativos,jpossvelintegrar

diversaspirmides,ouseja,vriasindstriasdeum

mesmogrupo,porexemplo,podemsecomunicar.

aglobalizaodaintegraotrazidapela

automao,afirmaoprofessordocursodeMBAem

automaoindustrialnaUniversidadedeSoPaulo

(USP),MarcosYukioYamagushi.

Hojehcomunicaowireless,massutilizada

paratransmissodedadosentrecomputadores.De

acordocomYamagushi,aredewirelessHART(que

podeserutilizadaparacomunicaoentretodosos

equipamentosdaautomao),porexemplo,no

muitoaplicadaporque,apesardeserconfivel,muito

lenta.Paraseterideia,atransmissoviacabosentreo

CLPeaIHMlevamilissegundos,enquantoviawireless

HARTpodelevarat15segundos,diferenadetempo

que,emumprocessoindustrial,degranderelevncia.

Por que automao?

Asprincipaisvantagensdaautomaoconsistem

emproduzirmaisprodutos,emmenortempoecom

Memria da eletricidade 74 O Setor Eltrico / Maio de 2010

O Controlador Lgico Programvel (CLP) um dos equipamentos mais antigos e mais importantes utilizados na automao industrial

No incio do sculo XX, os rels temporizados, juntamente com os controles, j eram utilizados na indstria automobilstica Ford, cuja linha de produo automatizada levou produo em massa, que ficou conhecida como Fordismo.

O Setor Eltrico / Maio de 201075

maiorqualidade,comamenorintervenohumana

possvel.Tambmpossvelotimizarosprocessos

usandoosequipamentosresponsveispelaproduo,

deformaaobterseumelhorrendimentoediminuira

cargaemhorriosdeponta,quandoaenergiamais

cara,ediminuirosgastoscomaconcessionria.

Aintroduodaautomaofoimuito

importanteparaosprocessosprodutivosporque

seminimizouavariabilidadederesultadosque

eramuitoaltacomainterfernciadohomem.

Agoratemosrepetiodeprocessoscomqualidade

assegurada,afirmaocoordenadordoCentrode

PesquisaeCapacitaoTecnolgicaemAutomao

Industrial(EPUSP)convnioentreoDepartamento

deEnergiaeAutomaoEltricas(PEA)da

UniversidadedeSoPaulo(USP)eaRockwell,

CceroCoutodeMoraes.

Tambmemcasodecorteinesperadono

fornecimentodeenergia,aautomaotambm

podesertil.possvelfazerumaprogramao

doCLP(quedelegaasorientaesparaosdemais

equipamentoseconseguediagnosticarproblemas

mesmoantesdainterrupodaoperao)paraque

cargasvitaiscontinuemareceberalimentaopor

meiodegeradoresoufontesalternativas.

Contudo,osgeradoreslevamatdezsegundos

paraentraremoperaoealgunsprocessosno

podemsofrerqualquerinterrupodeenergia.

Nessescasos,aautomaosupervisionanobreaks

quegarantemofuncionamentodascargasatque

osgeradoresentrememoperao.Sistemascomo

essesforamdesenvolvidospararedesdeteleviso,

hospitais,centraisdeprocessamentosdedados,entre

outros.Muitosdelestrabalhamcomapossibilidade

defaltadeenergiadeumsegundoacadacincoanos

naalimentaodascargasconsideradasvitais,mas

essecritriodependedaespecificaodoprojeto.

Aautomaotambmpermitiuainclusode

prticasfabrisquevisammelhorarosprocessos,

comoprogramadoSixSigma.Asindstriasque

seguemessemodelodequalidadegarantemapenas

umdefeitoacadaumbilhodeprodutosfabricados,

padroestedequalidadeinseridonoBrasilh

aproximadamente15anos.

Amanutenooutroitemquepodeser

beneficiadocomaimplantaodeprocessos

automatizados,jque,comomonitoramento

completodasmquinaspossvelverificar

seufuncionamentoerealizarosprogramasde

manutenopreditiva.Antesdaautomaoas

manutenespredominanteseramacorretivaea

preventiva.Atmesmoestaltimafoimelhorada,

porque,antesdaautomao,asmquinaseram

paralisadasperiodicamenteetinhamsuaspeas

trocadas,mesmoqueaindanoapresentassem

problema.

Comonemtudosoflores,umadas

desvantagensdaautomaoque,aoimplement-

la,problemasrepentinospodemocorrere,muitas

vezes,seelesnoforemprevistos,aintervenodo

homempodenoserpermitida,levandoaerrose

outrasconsequnciaspiores.

Outraquestosemprelevantadaquandosefala

emautomaooeventualaumentododesemprego.

Deacordocomoengenheiroeletrnico,diretorde

treinamentoepresidenteeleitodaInstrumentation

SocietyofAutomation(ISASociedade

InternacionaldeAutomao),JorgeRamos,no

hdemissesemmassa,massimumamudana

noperfildavagadetrabalho.Aprogramao

humana,saatuaonomais,completa.

Porisso,anecessidadeconstantedeatualizao

dosprofissionaisenvolvidosnestareadeforma

queconsigamacompanharaevoluodasnovas

tecnologias.

oquepensaoprofessordoDepartamentode

EngenhariadeEnergiaeAutomaoEltricas(PEA),

daUSP,SrgioLuizPereira.Segundoele,preciso

tercuidadonaaplicaodatecnologiaparaqueela

tragabenefciosparatodasascamadasdasociedade.

Aautomaoumapoderosssimaferramentaeo

empregodelaquepodeserbomouruime,dentro

deumdesenvolvimentosustentvel,devehavera

inclusosocial.Issoporqueseelaforempregada

apenasparasubstituiodoserhumanoeoresultado

noforinvestidonelemesmoparaquepossaexercer

outrasatividadesmaisnobres,aautomaopode

levaraumdesemprego.Eesseaumentodeproduo

serrevertidoparaquem?,conclui.

Principais equipamentos

Onvel1dapirmidedaautomaoo

chamadochodefbrica,poisonvelem

queestoasmquinasdiretamenteresponsveis

pelaproduo.compostoprincipalmentepor

rels,sensoresdigitaiseanalgicos,inversoresde

frequncia,conversores,sistemasdepartidaeCentro

deControledeMotores(CCMs).

Onvel2responsvelpelocontroledetodosos

Memria da eletricidade 76 O Setor Eltrico / Maio de 2010

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Inversores de frequncia recebem orientaes do CLP e rapassam os comandos para as mquinas fabris

equipamentosdeautomaodonvel1eenglobaos

controladoresdigitais,dinmicoselgicos,comoos

CLPs,edesupervisoassociadaaoprocessofabril.

Essesequipamentostambmsoresponsveispor

repassaroscomandosdosnveissuperioresparaas

mquinasdaplantadafbrica(nvel1).SoosCLPs

quedelegamastarefasparaosequipamentosdo

nvel1.

Nonvel3dapirmide,podemserencontrados

osbancosdedadoscominformaessobrequalidade

daproduo,relatrioseestatsticas.Ossistemas

supervisriosconcentramasinformaespassadas

pelosequipamentosdosnveis1e2easrepassam

paraosnveisadministrativos(nveis4e5).

Onvel4responsvelpeloplanejamentoe

programaodaplantafabril,passandoastarefas

quedevemserrealizadasparaonvel3que,porsua

vez,distribuiotrabalhoparaosnveisinferiores.

Tambmonvelresponsvelpelocontrolee

logsticadesuprimentos.Jaadministraode

todososrecursosdaempresaestononvel5,onde

gerenciadotodoosistema.

Oscomputadoreslocalizadosnosnveis4e5

precisamseraltamenteconfiveisepossuirmuita

memriaparaoarmazenamentodedadosegrande

capacidadedeprocessamento.Devemcontarcom

redundnciademquinaedediscorgido,almde

restritoacessoparagarantiraseguranadetodoo

sistemadeautomao.

Asmaisrecentestecnologiasparaautomao

donvel3sooManufactoryExecutionSistem

(MES),sistemadegerenciamentodeoperaes,eo

EnterpriseResourcePlanning(ERP),programaque

realizaoplanejamentodenegcioselogstica.

Investimentos

DeacordocomocoordenadordoEPUSP,Ccero

Couto,paraarealizaodeumbomprojetode

automao,precisoqueaempresadeintegrao

responsvelpeloprojetoentendaperfeitamente

comoaindstriacontratantedesenvolveseu

processoprodutivo.Asespecificidadesdecada

parqueindustrialpedemsempresuasoluo

particular,mesmoqueacontratadatenhafeito

automaodeprocessossimilares.

Porisso,deextremaimportnciaquea

indstriacontratantedetalhetodooseuprocesso

demanufaturaeoqueeladesejaobtercom

aautomao.Umexemplodessecasoentrea

indstriaeaempresaresponsvelpelaautomao

deumafbricadeprodutosdelimpezaque

precisavareduziropreodeumsaboemppara

manter-secompetitivanomercado.Aautomao

foitotalmentedesenvolvidacomesseobjetivo:

minimizaroscustosdoprocessoefazeroproduto

chegaraoconsumidorfinalcomopreoalmejado

pelaindstria.

Onumerrioinvestidonatecnologiadepender

dotipoedaamplitudedaautomaonafbricae

oretornodoinvestimentoocorreentretrsecinco

anos.Aprincipalfontedesseretornoaquedano

custodefabricaodoprodutocomocrescente

aumentodaproduo.Comisso,aindstriapode

escolherentreaumentarsuamargemdelucrosobre

cadamercadoriaoubaixarseupreocomoaumento

dasvendas.

Amanutenodaautomaofeitaanualmente

e,em90%doscasos,pelosprpriosfuncionrios

daindstria,quesodevidamentetreinadospela

empresaresponsvelpelaautomatizao.Acadacinco

anosprecisotrocarosequipamentoseossoftwares

responsveispelaautomao,sendonecessriaa

atuaodaempresaqueimplantouatecnologia.

O Setor Eltrico / Maio de 201077

Energia Sadas / Entradas

Painel: Inversores e softstarters

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CLP

Ilustrao dos nveis 1 e 2 da automao industrial