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ESTE TRABALHO PERTENCE A MINHA AUTORIA E AUTORIZO UTILIZAÇÃO
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SENAI - CENTRO UNIVERSITÁRIO PARA O DESENVOLVIMENTO DO ALTO
VALE DO ITAJAÍ
CLEITON ROCHA
CONTROLE, AQUISIÇÃO DE DADOS E SUPERVISÃO
REMOTOS
Trabalho de Conclusão de Curso elaborado para o Curso de Tecnologia em Automação Industrial, do Senai - Centro Universitário para o Desenvolvimento do Alto Vale do Itajaí.
Orientador: Profº Dr. Fábio Alexandrini
RIO DO SUL
O seguinte trabalho é inteiramente dedicado aos meus familiares e a empresa Brasiltec automação industrial que sempre me ofereceu condições de aprendizado, acreditando em meu potencial.
AGRADECIMENTOS
Agradeço a meus familiares mais próximos por me apoiar e dar forças nos momentos mais difíceis que pensei em desistir por motivos maiores. Agradeço ao meu professor orientador Dr. Fábio Alexandrini, pelos conselhos, dicas e ensinamentos no desenvolvimento do meu trabalho de conclusão de curso. Agradeço a empresa Brasiltec Automação Industrial ltda, por acreditar em meu trabalho e me apoiar financeiramente na execução de novas soluções para o mercado industrial e até mesmo comercial, permitindo desta forma por em prática os conhecimentos adquiridos no decorrer do curso. Agradeço a todos os professores que ao longo deste curso contribuíram para meu aprendizado, com assuntos e temas de ampla importância no mundo da automação industrial. Agradeço ao Senai de Rio do Sul que desenvolveu este curso em parceria com a Universidade para o Desenvolvimento do Alto Vale do Itajaí, e me possibilitou usufruir de laboratórios de altíssima qualidade com equipamentos modernos e atualizados com o mercado atual. Agradeço a toda administração do Senai de Rio do Sul, incluindo coordenação, direção, financeiro e demais setores pelo empenho em proporcionar um ambiente agradável e funcional para que tudo esteja de acordo para um bom andamento do curso. Por fim agradeço a todas as pessoas que participaram direta ou indiretamente no sucesso de ter concluído um curso universitário.
LISTA DE QUADROS
LISTA DE FIGURAS
CRC Cyclic redundancy check ROM Read Only Memory ICMP Internet Control Message Protocol ARP Address Resolution Protocol RARP Reverse Address Resolution Protocol MTU Maximum Transfer Unit OSI Open Systems Interconnection IEEE Institute of Eletrical and Eletronic Engineers SMS Short message service GSM Global System for Mobile RPM Rotações por minuto
SUMARIO
Figura 1 – Evolução da automação industrial Fonte: Acervo do autor
1.1 OBJETIVOS
1.1.1 Objetivo Geral
Desenvolver um protótipo onde seja possível através de um software de supervisão monitorar e controlar equipamentos industriais utilizando tecnologias sem fio, como redes de internet, e redes GPRS. O objetivo é auxiliar as áreas de manutenção e administração na tomada de decisões, visando atuar o mais rapidamente sobre o processo de produção garantindo então, melhor resultado, ou seja, melhor qualidade e maior lucro.
1.1.2 Objetivos Específicos
- Levantar necessidades de mercado.
- Fazer orçamento para aplicação do sistema.
- Executar protótipo para testes de campo.
- Desenvolver testes locais, a fim de verificar os resultados planejados.
- (^) Permitir integração e comunicação entre dispositivos de fabricantes diferentes.
- Possibilitar controle, supervisão e aquisição de dados via INTERNET e GPRS.
1.2 JUSTIFICATIVA
Na área industrial são encontrados processos de transformação de matérias primas na fabricação de bens de consumo ou de produção. Os processos estão sendo cada vez mais automatizados, mas embora se note uma crescente utilização da automação, a presença humana tem sido indispensável para o planejamento e o controle, de forma direta ou indireta por meio de sistemas microprocessados, e também para a execução da manutenção e gestão dos processos operativos com qualidade e produtividade. O impacto das inovações tecnológicas força a elevação do nível de qualificação do trabalhador. O cenário atual mostra o aumento da demanda por profissionais qualificados, sendo que a mão de obra semiqualificada diminuirá em todas as áreas da indústria. Com o avanço da tecnologia e a necessidade de se reduzir custos, empresas dos mais diversos ramos e segmentos da indústria e comércio buscam automatizar seus processos de fabricação para que possibilite maior produtividade, maior lucratividade com o menor custo possível. No entanto, apenas automação local não permite integração entre os diversos setores da empresa, e é aí que surgiu a necessidade de supervisão e controle remoto de todos os equipamentos responsáveis pela automação de chão de fábrica. Desta forma à administração e fabricação estão sempre “linkados” com o mesmo objetivo. Permitindo controle e supervisão remota também é possível maior velocidade de atuação sobre uma mudança ou defeito no processo. O conceito deste projeto é extremamente viável, pois de certa forma irá acarretar no aumento da produtividade, permitindo maior controle, supervisão e administração de todo um sistema de processo de fabricação, ou prestação de um determinado serviço.
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Para elaboração do projeto foi necessário levantar dados técnicos referentes as tecnologias adotadas, tais como informações de controladores lógicos programáveis (CLP) suas arquiteturas e linguagens de programação. Informações sobre sistemas de aquisição e supervisão de dados com utilização de software supervisório e principalmente redes industriais com transmissão de dados remotamente.
2.1 AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
Segundo Moraes (2012), entende-se por automação qualquer sistema que esteja apoiado por computadores incluindo controladores ou não com finalidades de substituir o trabalho humano, visando aumentar a segurança e principalmente aumentar a produtividade reduzindo custos e melhorando a qualidade.
A automação envolve a implantação de sistemas interligados e assistidos por redes de comunicação, compreendendo sistemas supervisórios e interfaces homem máquina que possam auxiliar os operadores no exercício da supervisão e da análise dos problemas que porventura venham a ocorrer. (MORAES, 2012, p.12).
A vantagem da utilização de sistemas informatizados é a possibilidade de expansão do projeto de fácil acesso sem necessidade de muitas alterações de hardware. Nesta ideologia são de extrema importância os controladores lógicos programáveis que permitem de forma rápida modificações no processo produtivo e administrativo.
Quando se visita uma instalação automatizada é difícil distinguir as contribuições da engenharia, tanto a de controle dinâmico quanto a de controle lógico; o que se vê são computadores de interface homem máquina, cabos de sinal e de energia e componentes físicos do processo, tais como motores, válvulas, tubulações, tanques, veículos etc. A rigor, coexistem contribuições das duas especialidades de controle, assim como de outras engenharias. (MORAES, 2012, p.12).
2.1.1 Arquitetura da automação industrial
Figura 2 – Exemplo de arquitetura da automação industrial Fonte: (MORAES, 2012, p. 13)
Segundo Moraes (2012, p.13), a automação industrial envolve a execução de diversas funções dentro de um processo e que pode ser dividido em níveis. Estas funções podem ser expostas em uma pirâmide conforme ilustração da figura 2.
Nível 1: É o nível de chão de fábrica, onde estão os acionamentos, sensores e etc. Nível 2: É o nível dos controladores e IHMs. Nível 3: É o nível onde se faz o controle do processo produtivo da planta, é onde está o banco de dados com informações sobre a produção, qualidade e quantidade. Nível 4: É o nível responsável pelo planejamento da produção em função de diversos fatores. Nível 5: É o nível responsável pela administração da empresa, onde está os softwares para gestão de vendas e gestão financeira. (MORAES, 2012, p. 13)
2.2 CLP – DESCRIÇÃO TÉCNICA
De acordo com Moraes (2001, p.30), os CLPs, são freqüentemente definidos como miniaturas de computadores industriais que contem um hardware e um software que são utilizados para realizar as funções de controle. Um CLP consiste em duas seções básicas: a unidade central de processamento (CPU) e a interface de entradas e saídas do sistema. A CPU, que controla toda a atividade do CLP, pode ser dividida em processador e sistema de memória. O sistema de entradas e saídas são conectados fisicamente nos dispositivos de campo
2.2.2 CLP - tipos
Os Clps segundo Natale (2005), podem ser de vários tipos dependendo do modelo de aplicação. São classificados de acordo com o número de entradas e saídas que comportam.
O tamanho é normalmente usado para caracterizar um CLP, e é freqüentemente uma indicação de característica e tipo para a aplicação que irá acomodar. Pequenos, os CLPs sem módulos (também conhecidos como CLPs de I/O fixos), geralmente têm menos memória e acomodam um número menor de entradas e saídas na configuração fixa. Os CLPs modular, possuem bases ou racks que permitem a instalação de múltiplos módulos de entradas e saídas, e são utilizados em aplicações mais complexas (NATALE, 2005, p.18).
2.3 SISTEMAS SUPERVISÓRIOS
Segundo Moraes (2012), sistemas supervisórios são sistemas digitais que permitem monitorar e atuar sobre variáveis de processo. Estas variáveis são normalmente atualizadas continuamente e podem ser armazenadas em banco de dados para registro do processo. Em todos os processos existentes, há basicamente dois tipos básicos de variáveis:
- Digitais: quando as variáveis assumem apenas dois estados, se ligado ou desligado, se 0 ou 1, se aceso ou apagado.
- Analógicos: Quando as variáveis possuem mais de dois estados e estão dentro de uma determinada faixa. Por exemplo, uma variável temperatura que pode ter vários valores dentro de uma faixa de 0 à 100 graus. Os sistemas supervisórios são classificados de acordo com a complexidade do projeto e número de pontos monitorados e controlados. Os dois grandes grupos atualmente conhecidos são:
- IHM – Interface homem máquina
- SCADA – Software de supervisão controle e aquisição de dados
2.3.1 IHM – Interface Homem Máquina
Conforme Moraes (2012), IHM são sistemas normalmente utilizados em automação de chão de fábrica, geralmente caracterizado por um ambiente agressivo.
A aplicação de IHMs pode ir deste simples máquinas de lavar pratos até cabines (cockpits) das aeronaves e elicópteros. Neste último caso as IHMs são extremamente especializadas para atender a função a que se destinam. Assim a IHM está normalmente próxima à linha de produção, instalada na estação de trabalho, traduzindo os sinais vindos do CLP para sinais gráficos de fácil entendimento. (MORAES, 2012, p.118).
As IHMs vieram em substituição aos painéis sinóticos e display que no passado eram utilizados como sistemas de supervisão. Uma série de benefícios é possível neste caso, dentre elas podemos ressalta:
- Economia de fiação para conexão com o processo, pois normalmente são conectadas com CLPs através de comunicação serial.
- Redução de tempo de instalação
- Maior possibilidade de comandos
- Maior flexibilidade para alterações necessárias de campo
- Fácil operação
- Possibilidade de registros
- Permite geração de gráficos a partir dos dados do processo Uma IHM é um hardware industrial composto normalmente por uma tela de cristal liquido e um conjunto de teclas para navegação ou inserção de dados que utiliza um software proprietário para sua programação.” (MORAES, 2012, p.119).
2.3.2 SCADA - supervisão controle e aquisição de dados
Moraes (2012), diz que o sistema Scada foi criado para supervisão e controle de quantidades elevadas de variáveis de entradas e saídas digitais e analógicas distribuídas.
