Conceitos de Automação e Controle - Módulo 1

Módulo 1 Conceitos de Automação e Controle Conceitos de Automação e Controle Módulo 1 Conceitos de Automação e Controle Conceitos de Automação e Controle Conceitos Automação Automação de Procedimentos Automatização Controle por Realimentação Controle por Realimentação Mecanização Robotização Controle Regulatório Controle Servo Conceitos Automação de Procedimentos Controle por Realimentação Controle por Realimentação Automação Automação Sistema pelo qual os mecanismos controlam seu próprio funcionamento interferência do homem Automático Que se move regula ou opera a si mesmo Automático Que se move regula ou opera a si mesmo Automatização ato ou efeito de automatizar Autômato Imitação dos movimentos humanos Automação Sistema pelo qual os mecanismos controlam seu próprio funcionamento quase sem a Que se move regula ou opera a si mesmo Que se move regula ou opera a si mesmo ato ou efeito de automatizar Imitação dos movimentos humanos Controle Domínio governo Controle em processos contínuos de processo igual ao valor desejado referência Controle em processos por batelada Controle em processos por batelada variável de processo igual ao valor de referência e eventos físicos sincronizados início Controle Avançado Determinar e manter referências setpoints ótimas Controle Controle em processos contínuos Manter a variável de processo igual ao valor desejado referência Controle em processos por batelada Manter a Controle em processos por batelada Manter a variável de processo igual ao valor de referência e eventos físicos sincronizados início meio e fim Determinar e manter referências Conceitos Mecanização Efeito de mecanizar Executar por máquinas ou mecanismos Robotização Mecanismo multitarefa programável Robotização Mecanismo multitarefa programável para realização de movimentos repetitivos Conceitos Efeito de mecanizar Executar por máquinas ou mecanismos Mecanismo multitarefa programável Mecanismo multitarefa programável para realização de movimentos repetitivos Controle Realimentação negativa Sistema de controle em malha fechada que permite a saída ser comparada com a entrada com o objetivo de determinar uma ação de controle Regulatório Sistema de controle em malha fechada no qual a referência valor desejado não altera durante um longo período de referência valor desejado não altera durante um longo período de tempo Tem como objetivo a eliminação de distúrbios variação do distúrbio perturbação de carga Servomecanismos Sistema de controle em malha fechada cuja saída deve seguir o valor de entrada de referência variação de setpoint Controle Sistema de controle em malha fechada que permite a saída ser comparada com a entrada com o objetivo de Sistema de controle em malha fechada no qual a referência valor desejado não altera durante um longo período de referência valor desejado não altera durante um longo período de tempo Tem como objetivo a eliminação de distúrbios variação do perturbação de carga Sistema de controle em malha fechada cuja saída deve seguir o valor de entrada de referência valor desejado Objetivos da Automação Qualidade Segurança Segurança Eficiência Conforto Lucro Objetivos da Automação Áreas de Atuação Projeto Conceitual Detalhamento de Projeto Fabricação Fabricação Montagem Start Up Operação Otimização Manutenção Áreas de Atuação Detalhamento de Projeto Automação Realização de processo ou procedimento sem assistência humana Processo Operação de produção executada sobre uma unidade de trabalho 3200 aC Roda 1000 aC Came 600 aC Guincho 650 d C Moinhos de Vento 1405dC Parafuso 2ª Rev Industrial Eletricidade Petróleo 1870 1946 Computador 1948 Transistor 1961 1969 PLC 1405dC Parafuso 1ª Rev Industrial 1765 Máquina a vapor barco locomotiva controlador centrífugo Conceito de Automação fonte de energia controle realimentado programação 1969 PLC 1971 Micro processador 3ª Rev Industrial Computadores 1978 PC 1984 RAM 1955 FORTRAN 1985 Windows 1995 JAVA Realização de processo ou procedimento sem assistência humana Operação de produção executada sobre uma unidade de trabalho 2ª Rev Industrial Eletricidade Petróleo 1870 1946 Computador 1948 Transistor 1961 Robo Industrial 1969 PLC 1969 PLC 1971 Micro processador 3ª Rev Industrial Computadores 1978 PC 1984 RAM 1955 FORTRAN 1985 Windows 1995 JAVA Evolução da Automação 270 ac Bóia reguladora para relógio de água 1588 Alimentador automático de moinho 1624 Sistema de controle automático de temperatura de fornalhas 1745 Catavento direcionador para moinhos de vento 1745 Catavento direcionador para moinhos de vento 1774 Regulador centrífugo para turbinas a vapor 1840 Dispositivo de realimentação para direcionamento de telescópio 1883 Invenção do controlador de damper de fornalha Evolução da Automação 270 ac Bóia reguladora para relógio de água 1588 Alimentador automático de moinho 1624 Sistema de controle automático de temperatura de fornalhas 1745 Catavento direcionador para moinhos de vento 1745 Catavento direcionador para moinhos de vento 1774 Regulador centrífugo para turbinas a vapor 1840 Dispositivo de realimentação para direcionamento de telescópio 1883 Invenção do controlador de damper de fornalha Evolução da Automação 1888 Regulador de pressão constante para bomba 1928 Amplificador operacional pneumático 1948 Primeiro transmissor de pressão diferencial pneumático 1964 Primeiro sistema de controle de caldeiras automatizado 1968 Primeiro Controlador Lógico Programável 1968 Primeiro Controlador Lógico Programável 1969 Primeiro transmissor de pressão eletrônico 1973 Robô industrial Unimation Dovel Evolução da Automação cont 1888 Regulador de pressão constante para bomba 1928 Amplificador operacional pneumático 1948 Primeiro transmissor de pressão diferencial pneumático 1964 Primeiro sistema de controle de caldeiras automatizado 1968 Primeiro Controlador Lógico Programável GM 1968 Primeiro Controlador Lógico Programável GM 1969 Primeiro transmissor de pressão eletrônico Dovel Evolução da Automação 1975 Primeiro Sistema Digital de Controle Distribuido TDC 2000 1984 Primeiro sistema supervisório de controle e aquisição de dados utilizando PC SCADA 1984 Primeiro sistema supervisório de controle e aquisição de dados utilizando PC SCADA 1987 Estudos de padronização de Field Bus 1994 Primeira planta utilizando Field Bus 2005 Uso de protocolos estatísticos para controle de processos Evolução da Automação cont 1975 Primeiro Sistema Digital de Controle Distribuido HoneyWell 1984 Primeiro sistema supervisório de controle e aquisição de dados 1984 Primeiro sistema supervisório de controle e aquisição de dados 1987 Estudos de padronização de Field Bus 1994 Primeira planta utilizando Field Bus 2005 Uso de protocolos estatísticos para controle de processos 2012 Indústria 40 CPS Sistemas CiberFísicos IoT Internet das Coisas Evolução da Automação IoT Internet das Coisas IA Inteligência Artificial Big Data Analytics Machine Learning Sistemas Colaborativos Evolução da Automação cont Só se controla aquilo que se mede Medir sensor Comparar referência referência Atuar algoritmo Só se controla aquilo que se mede Exemplo de processo industrial Exemplo de processo industrial Avanços Tecnológicos Telemetria Pneumática Sala de Controle Centralizada Controladores Eletrônicos Analógicos e tempos de respostas maiores distâncias de transmissão Sistemas digitais e Microprocessadores flexibilidade uso de monitores de vídeo interação entre malhas Sistemas digitais e Microprocessadores flexibilidade uso de monitores de vídeo interação entre malhas controle avançado Redes de Computadores Custo e complexidade de instalação manutenção confiabilidade expansibilidade transmissão de dados Avanços Tecnológicos Sala de Controle Centralizada Controladores Eletrônicos Analógicos Maior precisão menor tamanho e tempos de respostas maiores distâncias de transmissão Sistemas digitais e Microprocessadores reconfiguração flexibilidade uso de monitores de vídeo interação entre malhas Sistemas digitais e Microprocessadores reconfiguração flexibilidade uso de monitores de vídeo interação entre malhas Custo e complexidade de instalação manutenção confiabilidade expansibilidade transmissão de dados Conceitos básicos Componentes de um Sistema de Automação 1 Energia eletricidade 2 Sistema de Controle feedback 3 Programação algoritmo Energia é utilizada para manipular a variável de processo e também Unidade Controladora Sinais de Controle Coleta de dados e processamento Programa de Instruções Ações sobre o processo Conjunto de etapas Programa de Instruções Ações sobre o processo Conjunto de etapas Programa de Ciclo de Trabalho Etapa Passo a Passo 1 Carregar 2 Executar 3 Descarregar Parâmetros do Processo Set Point valor desejado da variável do processo As variáveis de Processo podem ser Contínuas ou Discretas Interação com o Operador Interface Humano Máquina Componentes de um Sistema de Automação 2 Sistema de Controle feedback é utilizada para manipular a variável de processo e também Unidade Controladora Sinais de Controle Coleta de dados e processamento Ações sobre o processo Conjunto de etapas Ações sobre o processo Conjunto de etapas Passo a Passo Set Point valor desejado da variável do processo As variáveis de Processo podem ser Contínuas ou Discretas Interação com o Operador Interface Humano Máquina Malha Aberta X Malha Fechada Só utilizar MA quando 1 As ações são simples algoritmo 2 Atuador confiável 3 Efeito dos distúrbios desprezíveis Sistemas de Segurança Objetivo Proteger a vida o meio ambiente e o patrimônio Objetivo Proteger a vida o meio ambiente e o patrimônio Ações de proteção 1 Parada total do sistema 2 Alarmes 3 Redução da velocidade de produção 4 Medidas de correção para recuperar a segurança Exemplos de sensores Fotoelétricos de temperatura detectores de calor e fumaça gases tapetes sensíveis a pressão sistemas de visão ultrassom entre outros Malha Aberta X Malha Fechada Sistemas de Segurança Objetivo Proteger a vida o meio ambiente e o patrimônio Objetivo Proteger a vida o meio ambiente e o patrimônio Medidas de correção para recuperar a segurança Exemplos de sensores Fotoelétricos de temperatura detectores de calor e fumaça gases tapetes sensíveis a pressão sistemas de visão ultrassom entre outros Manutenção e Diagnóstico de Reparo 1 Monitoração da condição Se falhou 2 Disgnóstico da falha o que falhou 3 Recomendação de procedimento de reparo Como reparar Detecção e Recuperação de Erros 3 tipos de erro 1 Aleatório características do processo Ex Greve 2 Sistemáticos variação da carga Ex Qualidade da matéria prima 2 Sistemáticos variação da carga Ex Qualidade da matéria prima 3 Aberrações falha de equipamentohumana Ex Decisão operador válvula Recuperação Ajuste no final do Ciclo Ajuste durante o Ciclo Paralização do processo e correção sem intervenção humana Paralização do processo e solicitação de auxílio intervenção humana 1 Monitoração da condição Se falhou da falha o que falhou 3 Recomendação de procedimento de reparo Como reparar 1 Aleatório características do processo Ex Greve Covid Blackout 2 Sistemáticos variação da carga Ex Qualidade da matéria prima 2 Sistemáticos variação da carga Ex Qualidade da matéria prima 3 Aberrações falha de equipamentohumana Ex Decisão operador válvula AxB Paralização do processo e correção sem intervenção humana Paralização do processo e solicitação de auxílio intervenção humana Níveis de Automação Nível 5 Sistema de Informação Corporativo Empresa Nível 4 Sistema de Produção Fábrica Nível 3 Grupo de Máquinas CélulaSistema Nível 2 Máquina IndividualMáquina ou equipamento Nível 1 Dispositivo Sensores e Atuadores Níveis de Automação Sistema de Informação Corporativo Empresa Sistema de Produção Fábrica Grupo de Máquinas CélulaSistema Máquina IndividualMáquina ou equipamento Dispositivo Sensores e Atuadores Tipos de Industrias Processo Contínua Ações por válvulas variáveis contínuas Produção Discreta Ações mecânicas quantidade Controle Contínuo x Controle Discreto Obs Com o advento de computadores industriais todos os sistemas de controle são discretos Estratégias de Controle Estratégias de Controle Controle regulatório Controle Preditivo Otimização em estado Estacionário Controle Adaptativo Estratégias de busca em tempo real identificaçãoadaptação Sistemas de Aprendizagem Sistemas Especialistas Inteligência Artificial Redes Neurais Processo Contínua Ações por válvulas variáveis contínuas Produção Discreta Ações mecânicas quantidade Controle Contínuo x Controle Discreto Obs Com o advento de computadores industriais todos os sistemas de controle são discretos Otimização em estado Estacionário Estratégias de busca em tempo real identificaçãoadaptação Controle de Processo por Computador 1ª aplicação em refinaria do Texas em 1959 DDC Controle Digital Direto 1962 Inglaterra CN Robos PLC 1970 SDCD 1975 Formas de Controle por Computador Monitoramento de Processo por computador Monitoramento de Processo por computador Controle Digital Direto Comando Numérico Robótica Controle Supervisório Sistemas de Controle Distribuído Controladores Programáveis Integração de dados de fábrica com informação empresarial ERP Enterprise Resource Planning Controle de Processo por Computador 1ª aplicação em refinaria do Texas em 1959 Inglaterra Recursos do Controle por Computador Intertravamentos Sistemas de Interrupção Tratamento de Excessões Monitoramento de Processo por computador Monitoramento de Processo por computador Integração de dados de fábrica com informação empresarial Planning Avaliação Automação e Controle Estudo de Caso Deverá ser elaborado um estudo de caso para um Sistema de Automação e Controle de um processo industrial contendo no mínimo 4 malhas de controle O trabalho deverá conter Arquivo 1 PDF Contendo 1 página de rosto título do trabalho nomes dos componentes do grupo e referências de consulta e bibliográficas mais 5 slides com títulos e ou legendas conforme sequência abaixo Elaboração dos Slides Slide 1 A descrição do processo industrial caracterizando as variáveis de processo set point variáveis manipuladas e distúrbios Utilizar a representação por Fluxograma de Engenharia PFD Process Flow Diagram ou PID Piping and Instrumentation Diagram Slide 2 A arquitetura de automação utilizada e seus principais equipamentos Utilizar a representação por Diagrama Funcional ou Esquema Simplificado Slide 3 O funcionamento de 2 malhas de controle contendo os sensores e atuadores e a estratégia de controle utilizada Utilizar Diagrama em Blocos Slide 4 O sistema de intertravamento contendo alarmes e acionamentos para situações de operação especiais Utilizar a representação por Diagrama Logico ou equivalente Slide 5 Apresentação de um exemplo de tela de supervisão utilizada para monitorização e controle do processo industrial Utilizar a tela do Sistema Supervisório print screen