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Sistemas de AutomaçãoIntrodução

Walter Fetter [email protected]

Universidade Federal do Rio Grande do Sul

Escola de Engenharia

Departamento de Engenharia Elétrica

Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica

Copyright (c) Walter Fetter Lages – p.1

Introdução

• Sistemas de Automação Industrial• Descentralização• Distribuição da Inteligência• Evolução das Arquiteturas• Barramentos Industriais• Sistemas Integrados de Automação


Introdução

• Engenharia de Automação• Engineering is concerned with understanding

and controlling the materials and force of thenature for the benefit of humankind(Dorf andBishop)

• Componentes• Canal de medição: grandezas físicas,

químicas são convertidas em uma grandeza’padrão’, em geral grandeza elétrica(transdução + condicionamento de sinais +transmissão)

• Canal de atuação: sinais elétricos sãoconvertidos em grandezas mecânicas


Histórico

• Século XVIII Revolução Industrial• Trabalho muscular passou a ser substituído

pelo trabalho das máquinas• Automação visava aumento da produtividade• Fontes de energia

• Vapor• Energia elétrica


Histórico

• Século XX• Mecanismos automáticos fixos• Linhas de montagem para produção em massa

(Ford)• Após a 2a Guerra Mundial

• Máquinas e comando numérico namanufatura

• Sistemas de controle na indústria deprocessos


Histórico

• Sistemas de controle na indústria de processos• 1959: sistema de controle por computador

para uma planta da Texaco• 26 malhas de vazão, 72 de temperatura, 3

de pressão• Determinava referências de tensão para

instrumentação analógica


Histórico

• 1962• ICI

• Toda a instrumentação analógica foisubstituída por um computador

• Aquisição de 224 variáveis e controle de129 válvulas

• Década de 70: microprocessadores


Histórico

• Década de 80• Barateamento do hardware• Alta competitividade a nível mundial• Novos requisitos: qualidade, custo, uso

racional da energia e matéria-prima• Utilização do computador em todos os setores

de uma indústria, desde o nível do processoaté o nível de gestão ou administração daempresa


Histórico

• Década de 80• Planejamento da produção, de equipamentos e

materiais a curto, médio e longo prazo=⇒

CAP (Computer-Aided Planing/Production)• Projeto de produtos=⇒ CAD

(Computer-Aided Design) fabricação assistida=⇒ CAM (Computer-Aided Manufacturing)


Histórico

• Década 90• Instrumentos/componentes inteligentes• Fieldbus• Sistemas distribuídos abertos• Substituição SDCDs monolíticos• Integração chão-de-fábrica com redes locais

de sistemas comerciais


Conceitos Básicos

• Processo : totalidade de atividades concorrentesde um sistema, através das quais matéria, energiae informação são transformadas, transportadas ouarmazenadas.

• Processo Técnico: processo cujas grandezaspodem ser adquiridas e cujas atividades podemser influenciadas usando dispositivostecnológicos


Classificação de Processos Técnicos

• Diversas classificações são possíveis• Contínuos e discretos no tempo• Produção, distribuição, armazenamento

(segundo a atividade principal)• Homogêneos, heterogêneos (segundo os

objetos processados)


Modelagem

• Diferentes técnicas de modelagem para diferentesprocessos:• Discretos no tempo : máquinas de estado,

redes de Petri, equações a diferenças, funçãode transferência discreta, espaço de estados

• Contínuos no tempo: equações diferenciais,pólos/zeros, função de transferência, espaçode estados


Tipos de Processamento

• Controle• Monitoração• Supervisão• Visualização• Simulação• Diagnóstico de falhas• Alarmes


Programação

• Programação em linguagem Assembly• Elevados custos de desenvolvimento,

manutenção e extensão• Programação em linguagem de alto nível

• Procedurais• Orientadas a objeto

• Programação de Controladores Programáveis(norma IEC 1131)• relés (ladder)• Blocos funcionais• Lista de instruções• Dagrama de sequenciamento


Sistema de Automação Industrial


Controle Analógico


Controle Digital


Arquitetura Centralizada


Controle Centralizado


Controle Centralizado

• Consistência dos dados• Altos custos cabeamento• Disponibilidade do sistema = disponibilidade do

computador central• Dificulta ampliações do sistema -> complexidade


Controle Central com Back-up


SDCD


SDCD

• Redução dos custos com fiação, instalação emanutenção

• Distribuição do controle• Comunicação entre unidade de controle via

protocolos proprietários• Comunicação sensores/atuadores e unidades de

controle via protocolo analógico (4 a 20 mA),transmissão apenas de 1 variável medida


Barramentos Industriais



• Barramento• Digital• Serial• Multidrop• Bi-direcional• Para a comunicação com o nível mais baixo

de controle e dispositivos de instrumentação.• Barramento para chão-de-fábrica


Tipos de Dispositivos

• Sensores/Atuadores com capacidade decomunicação via barramento digital (execução deprotocolo)• E/S distribuída

• Sensores/Atuadores com capacidade deprocessamento local• Dispositivos inteligentes


Instrumento Inteligente


Protocolos


Protocolos

• Grande número de protocolos disponíveiscomercialmente

• Protocolos proprietários vs. Abertos• Normas regionais, nacionais, continentais,

internacionais• Associações para divulgação dos protocolos

• PNO• Foundation Fieldbus• CiA


Sistemas Integrados de Automação

• Possibilidade de utilização do computador emtodos o setores de uma indústria, desde o nível doprocesso até o nível de gestão e administração deuma empresa• Integração entre planejamento da produção

(CAP)• Projeto de produtos (CAD)• Fabricação assistida (CAM)• Controle direto• Orçamentos• Marketing• Contabilidade


Pirâmide de Automação


Conexões Lógicas


Vantagens

• Sistemas abertos• Padronização leva a um aumento no número

de fornecedores e tende a aumentar a vida útildo protocolo

• Capacidade de Expansão e Reconfiguração• Facilitam o atendimento de novas condições

de processo e/ou produção• Manutenção Proativa

• Minimizar tempos de parada -> redução dosprazos de entrega e preços


Vantagens

• Conectividade• Facilidade de acesso às informações

• Flexibilidade• Rápida resposta à novas demandas do

mercado• Confiabilidade

• Auto-diagnose, detecção e identificaçãoimediata de defeitos, fácil implementação deredundância

• Simplifica implementação de sistemasredundantes

• InteroperabilidadeCopyright (c) Walter Fetter Lages – p.37

Ponto de vista das Empresas

• Sistemas informatizados para gestão• Sistemas de automação (SCADA, CLP, SDCD,...)• E a integração entre os dois?

• Informática e automação só são atividade fimnas empresas do ramo

• Nas outras, são atividades meio que devemauxiliar a empresa a atingir seus objetivos eser mais competitiva

• É necessárioa haver uma união de esforços


Reais Dificuldades

• Falta visão integrada da empresa• Os projetos refletem esta falta de visão• Os sistemas não estão preparados para integração• Faltam padrões para facilitar a integração• Justificativa econômica tradicional• Falta experiência neste tipo de integração


Benefícios da Integração

• Maior integração entre os processos da empresa• Maior agilidade para responder a mudanças• Maior coerência das informações• Redução dos erros


Motivadores

• Geralmente são aspectos ligados a decisões denegócio (top-down)

• Available to Promise• Reduzir prazos de entrega• Melhor utilização dos recursos• Agilidade na produção• Maior poder de decisão no chão de fábrica• Supply Chain Management• Reconciliação de dados


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