Automação Industrial: Conceitos, Aplicações e Componentes Essenciais

Introdução A palavra automação está diretamente ligada ao controle automático ou seja ações que não dependem da intervenção humana Este conceito é discutível pois a mão do homem sempre será necessária pois sem ela não seria possível a construção e implementação dos processos automáticos Atualmente a automação industrial é muito aplicada para melhorar a produtividade e qualidade nos processos considerados repetitivos A automação industrial pode ser entendida como uma tecnologia integradora de três áreas a eletrônica responsável pelo hardware a mecânica na forma de dispositivos mecânicos atuadores e a informática responsável pelo software que irá controlar todo o sistema Desse modo para efetivar projetos nesta área exigese uma grande gama de conhecimentos impondo uma formação muito ampla e diversificada dos projetistas ou então um trabalho de equipe muito bem coordenado com perfis interdisciplinares Os sistemas automatizados podem ser aplicados em simples máquina ou em toda indústria como é o caso das usinas de cana e açúcar A diferença está no número de elementos monitorados e controlados denominados de pontos Estes podem ser simples válvulas ou servomotores cuja eletrônica de controle é bem complexa De uma forma geral o processo sob controle tem o diagrama semelhante ao mostrado na figura abaixo onde os citados pontos correspondem tanto aos atuadores quanto aos sensores Os sensores são os elementos que fornecem informações sobre o sistema correspondendo as entradas do controlador Esses podem indicar variáveis físicas tais como pressão e temperatura ou simples estados tal como um fimdecurso posicionado em um cilindro pneumático Os atuadores são os dispositivos responsáveis pela realização de trabalho no processo ao qual está se aplicando a automação Podem ser magnéticos hidráulicos pneumáticos elétricos ou de acionamento misto O controlador é o elemento responsável pelo acionamento dos atuadores levando em conta o estado das entradas sensores e as instruções do programa inserido em sua memória Neste curso esses elemento será denominado de Controlador Lógico Programável CLP Automação é diferente de mecanização A mecanização consiste simplesmente no uso de máquinas para realizar um trabalho substituindo assim o esforço físico do homem Já a automação possibilita fazer um trabalho por meio de máquinas controladas automaticamente capazes de se regularem sozinhas Componentes da automação A maioria dos sistemas modernos de automação como os utilizados nas indústrias automobilística siderúrgica petroquímica e nos supermercados é extremamente complexa e requer muitos ciclos de realimentação Cada sistema de automação compõese de cinco elementos Acionamento Provê o sistema de energia para atingir determinado objetivo É o caso dos motores elétricos pistões hidráulicos etc Sensoriamento Mede o desempenho do sistema de automação ou uma propriedade particular de algum de seus componentes Exemplos Termopares para medição de temperatura e encoders para medição de velocidade Controle Utiliza a informação dos sensores para regular o acionamento Exemplo Para manter o nível de água num reservatório usamos um controlador de fluxo que abre ou fecha uma válvula de acordo com o consumo Mesmo um robô requer um controlador para acionar o motor elétrico que o movimenta Comparador ou elemento de decisão Compara os valores medidos com valores preestabelecidos e toma a decisão de quando atuar no sistema Exemplos Termostatos e programas de computadores Programas Contêm informações de processo e permitem controlar as interações entre os diversos componentes Revisão de comandos elétricos Ressaltando a importância dos motores em sistemas automatizados descrevese abaixo os conceitos de comandos necessários a manobra dos mesmos Um dos pontos fundamentais para o entendimento dos comandos elétricos é a noção de que os objetivos principais dos elementos em um painel elétrico são a proteger o operador b propiciar uma lógica de comando Partindo do princípio da proteção do operador mostrase na figura abaixo uma seqüência genérica dos elementos necessários a partida e manobra de motores onde são encontrados os seguintes elementos Seccionamento só pode ser operado sem carga Usado durante a manutenção e verificação do circuito Proteção contra correntes de curtocircuito destinase a proteção dos condutores do circuito terminal Proteção contra correntes de sobrecarga para proteger as bobinas do enrolamento do motor Dispositivos de manobra destinamse a ligar e desligar o motor de forma segura ou seja sem que haja o contato do operador no circuito de potência onde circula a maior corrente REDE ELÉTRICA SECCIONAMENTO PROTEÇÃO CONTRA CURTOCIRCUITO PROTEÇÃO CONTRA SOBRECARGA DISPOSITIVO DE MANOBRA MOTOR Em comandos elétricos e automação trabalharseá bastante com um elemento simples que é o contato A partir do mesmo é que se forma toda lógica de um circuito e também é ele quem dá ou não a condução de corrente Basicamente existem dois tipos de contatos listados a seguir Contato Normalmente Aberto NA não há passagem de corrente elétrica na posição de repouso como pode ser observado na figura abaixo Desta forma a carga não estará acionada Contato Normalmente Fechado NF há passagem de corrente elétrica na posição de repouso como pode ser observado na figura abaixo Desta forma a carga estará acionada Carga Carga SÍMBOLO DESCRIÇÃO SÍMBOLO DESCRIÇÃO Botoeira NA Botoeira NF Botoeira NA com retorno por mola Botoeira NF com retorno por mola Contatos tripolares NA ex contator de potência Fusível Acionamento eletromagnético ex bobina do contator Contato normalmente aberto NA Relé térmico Contato normalmente fechado NF Disjuntor com elementos térmicos e magnéticos proteção contra correntes de curto e sobrecarga Acionamento temporizado na ligação Símbolos NA NF NA NF RELÉ Temporizado Ton no fechamento no abertura Toff no abertura no fechamento Um sistema automático pode ser dividido em dois blocos principais Os elementos de comando e os atuadores Os atuadores são os componentes do sistema automático que que transformam a energia em trabalho Os elementos de comando são os componentes que formam o comando propriamente dito Válvulas pneumáticas Válvulas eletropneumáticas Fins de curso Reles CLP Contatores Botoeiras elétricas Sensores em geral Elementos de Comando Atuadores Motores elétricos Motores pneumáticos Motores hidráulicos Cilindros pneumáticos Cilindros hidráulicos O comando constitui um conjunto de componentes que recebe as informações de entrada processaas e enviaas como informações de saída Um comando pode ser realizado em malha aberta onde as variáveis de entrada fornecem informações para o comando que as processa segundo sua construção interna e libera informações de saída para os elementos comandados atuadoresNeste tipo de comando se ocorrer uma perturbação que altere o comportamento do sistema este não teria como avaliar se a instrução foi executada corretamente O comando continuaria a enviar as informações de saída baseado somente nas informações de entrada No comando em em malha fechada a variável controlada deve estar em torno de um valor previamente estabelecido Neste tipo as informações de saída não dependem só da construção interna do comando mas também das informações vindas do elemento comandado as quais são comparadas com as informações de entrada e se for necessário é feita a correção Os elementos comandados são os atuadores Neste grupo estão atuadores com acionamento linear cilindros pneumáticos ou hidráulicos motores lineares atuadores com acionamento rotativo motores pneumáticos hidráulicos elétricos cilindros giratórios Circuito com contato selo Contato do botão de comando do desligamento Contato do botão de comando do ligamento Bobina de Saída Contato de Selo 1 Dado o circuito abaixo 1 Indique o circuito de potencia e comando 2 Descreva a simbologia do circuito 3 Explique o funcionamento do circuito 2 Montar o circuito elétrico de uma bomba separando circuito de potencia e comando conforme a descrição abaixo Desejase controlar o nível de uma caixa dágua entre um valor máximo e mínimo Existem para isto dois sensores de nível boias respectivamente S1 NF nível máximo e S2 NF nível mínimo Para enchermos esta caixa usamos uma bomba centrífuga que será ligada ou desligada pelo em função do nível da caixa Se o sensor S2 estiver aberto a bomba é ligada permanecendo assim até que o sensor S1 seja ativado Quando S1 é ativado a bomba é desligada permanecendo assim até que o sensor S2 abra novamente Este controle automático pode ser desligado manualmente por uma botão NA com trava retenção