Diagrama logicos usados pra ala do controle de processo, Manuais, Projetos, Pesquisas de Planejamento e Controle de Produção

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CONTROLE E

AUTOMAÇÃO DA

PRODUÇÃO

Rodrigo Rodrigues

Automação de processos

contínuos: sistemas

supervisores

Objetivos de aprendizagem

Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados:

 Diferenciar indústrias de processos contínuos das de produção

discreta.

 Comparar controle contínuo e controle discreto.

 Identificar um sistema supervisório do tipo Scada.

Introdução

Neste texto, você aprenderá um pouco mais sobre a operação de

processo contínuo, produção de lotes e processos de fabricação dis-

cretos. Verá as diferenças entre controle contínuo e controle discreto

e, ainda, saberá como funciona um sistema supervisório, em especial

o sistema Scada.

Indústrias de processos e indústrias

de produção discreta

É possível dividir as indústrias e suas operações de produção em duas cate-

gorias básicas: indústrias de processos e indústrias de produção discreta. As

indústrias de processos desenvolvem suas operações de produção em mon-

tantes de materiais, porque esses materiais tendem a ser líquidos, gases, pós

e similares; por outro lado, as indústrias de produção discreta operam em

quantidades de materiais, pois os materiais tendem a ser peças discretas e pro-

dutos. Nessas duas categorias de indústria, os tipos de operações de unidade

executados nos materiais são diferentes, como você pode verificar na Tabela 1

(GROOVER, 2011).

Nível Nível de automação nas indústrias de processos

Nível de automação nas indústrias de produção discreta

5 Nível corporativo – sistema de gerenciamento de informações, planejamento estratégico, geren- ciamento de alto nível da empresa

Nível corporativo – sistema de gerenciamento de informações, planejamento estratégico, geren- ciamento de alto nível da empresa 4 Nível de fábrica – agendamento, rastreamento de materiais, mo- nitoramento de equipamentos

Nível de fábrica ou produção

• agendamento, rastreamento de material em processo, rotea- mento de peças pelas máquinas, utilização das máquinas 3 Nível de controle supervisório – con- trole e coordenação de várias ope- rações de unidade interconectadas que compõem o processo total

Célula de manufatura ou nível de sistema – controle e coorde- nação de grupos de máquinas e equipamentos de suporte trabalhando de modo sincroni- zado, incluindo os equipamentos de tratamento de material 2 Nível de controle regulatório – con- trole das operações de unidades

Nível de máquina – máquinas de produção e estações de trabalho para a produção dis- creta de peças e produtos 1 Nível de dispositivo – sensores e atuadores compreendendo as malhas de controle básicos para as operações de unidades

Nível de dispositivo – sensores e atuadores para completar as ações de controle de máquina

Tabela 2. Níveis de automação em indústrias de processos e indústrias de produção discreta

Controle contínuo versus controle discreto

As indústrias de processos, utilizam sistemas de controle industrial que

tendem a enfatizar o controle de variáveis e parâmetros contínuos. No en-

tanto, as indústrias de produção produzem peças discretas e produtos, e seus

controladores tendem a enfatizar variáveis e parâmetros discretos. Do mesmo

Automação de processos contínuos: sistemas supervisores 95

modo que há dois tipos básico de variáveis e parâmetros que caracterizam

operações de produção, há, também, dois tipos básicos de controle:

 Controle contínuo: variáveis e parâmetros são contínuos e analógicos.

 Controle discreto: as variáveis e parâmetros são discretos, na maioria

discretos binários.

Algumas diferenças entre controle contínuo e controle discreto são resu-

midas na Tabela 3.

Fator de comparação Controle contínuo nas indústrias de processos

Controle discreto nas indústrias de produção discreta

Medidas típicas de saída de produto

Medidas de peso, me- didas de volume de líquidos, medidas de volume de sólidos

Número de peças, número de produtos

Medidas típicas de qualidade

Consistência, concen- tração da solução, ausência de contami- nantes, conformidade com as especificações

Dimensões, acabamento superficial, aparência, ausência de defeitos, confiabilidade do produto

Variáveis e parâ- metros típicos

Temperatura, vazão, pressão

Posição, velocidade, aceleração, força Sensores típicos Medidores de fluxo, termopares, sen- sores de pressão

Interruptores de fim-de- -curso, sensores fotoe- létricos, extensômetros, sensores piezoelétricos Atuadores típicos Válvulas, aquece- dores, bombas

Interruptores, mo- tores, pistões Constantes típicas de tempo de processo

Segundos, minutos, horas Menos de um segundo

Tabela 3. Comparação entre controle contínuo e controle discreto

O que ocorre, na prática, é que a maioria das operações nas indústrias de

processo e de produção discreta inclui tanto variáveis e parâmetros contínuos

como discretos. Assim, muitos controladores industriais são projetados com

capacidade de receber, operar e transmitir os dois tipos de sinais e dados.

96 Controle e automação da produção

As peças são montadas sequencialmente, por meio uma série de estações

em linha de montagem. As montagens e ajustes são executados por máquinas

automatizadas e operações manuais. No processamento em lote, não há mo-

vimento de material do produto de uma seção do processo a outra. Primei-

ramente, é recebida em um lote, uma quantidade definida de cada uma das

entradas para o processo e, depois, é realizada uma operação no lote para se

obter o produto. O uso do processo em lote normalmente destina-se a pro-

dutos como: alimentos, bebidas, tintas e produtos farmacêuticos. Veja na Fi-

gura 2 um exemplo de um processo em lote.

Figura 2. Processo em lote. Fonte: Petruzella (2013, p. 291).

Material de entrada 2

Material de entrada 1

Lote misturado

Lote aquecido Aquecedor

Motor do misturador

Medidor de vazão

Lote armazenado

Material de entrada 3

Três ingredientes são misturados, aquecidos e depois armazenados. As

receitas são imprescindíveis para uma produção em lote, e cada lote pode ter

características diferentes de acordo com o projeto.

98 Controle e automação da produção

Controle de sistemas com atuadores lógicos

Muitos sistemas contínuos são controlados com atuadores lógicos. Sistemas

de climatização como aquecimento, ventilação e condicionamento de ar, são

exemplos comuns. O “ set-point ” do sistema é feito por um termostato. O con-

trolador mantém a temperatura dentro de uma faixa com uma diferença de

graus aceitável. Se a temperatura cair abaixo do limite mínimo, o aquecedor

é ligado. Se aumentar acima do limite máximo, ele desliga automaticamente,

e assim, sucessivamente.

Controlador em lógica ladder para um atuador lógico

A Figura 3 mostra a temperatura sendo lida e armazenada em N7:0 e a saída

que aciona o aquecimento é conectada em O:000/0. O controlador irá manter

a temperatura entre 72 e 74 graus.

Figura 3. Lógica ladder para atuador lógico.

Controle de sistemas com atuadores contínuos

Você já sabe que, quando um sistema usa o valor de saída para controle ele

é chamado de sistema de controle com realimentação. Quando a saída é sub-

traída da entrada, o sistema tem uma realimentação negativa. Esse sistema

é desejável, pois, em geral, é mais estável e irá reduzir os erros do sistema.

Observe na Figura 4 um sistema de controle com realimentação, que compara

a saída real com aquela desejada obtendo um erro. Um controlador pode usar

o erro para acionar um atuador com intuito de minimizar este erro.

Automação de processos contínuos: sistemas supervisores 99

motor, ou outra informação do processo. Nesse tipo de visualização, é utili-

zada uma extensa informação de cores e textos, podendo-se também dispor

de elementos animados graficamente. Do mesmo modo, para a demonstração

do sistema supervisório, também são utilizados gráficos, sinalizando quando

uma lâmpada está ligada ou desligada.

Características do software supervisório

O software de supervisão está localizado no controle do processo das redes

de comunicação. Ele adquire dados diretamente dos CLPs (Controladores

Lógicos Programáveis) para o computador, pela sua organização e gerencia-

mento dos dados. Poderá ser configurado para taxas de varredura em diversos

CLPs ou entre pontos de um mesmo CLP. O software deve permitir que se de-

senvolvam estratégias de controle utilizando funções avançadas, por exemplo,

por meio de módulos dedicados para implementação de funções matemáticas

e lógicas. Com esses módulos, você consegue desenvolver software aplicativo

de supervisão para o controle das funções do processo. Após a aquisição dos

dados, eles podem ser manipulados de modo a gerar valores para parâmetros

de controle como “ set-points ”. Os dados são armazenados em arquivos de

dados padronizados, ou apenas utilizados para realização de uma tarefa, po-

dendo ser acessados por programas de usuários para realização de cálculos,

alteração de parâmetros e de seus próprios valores.

Para o desenvolvimento de aplicativos de supervisão e controle de processos

nas mais diversas áreas, é necessário um Hardware , para uma via de comuni-

cação, que pode ser uma porta serial, uma placa de rede, ou outros; um software ,

pois é necessário que o driver do equipamento esteja sendo executado simulta-

neamente com o software de desenvolvimento. Alguns softwares utilizados para

a análise de funcionamento de um sistema supervisório são: Elipse Windows,

SCADA (Sistemas de Controle Supervisório e Aquisição de Dados ou Supervi-

sory Control & Data Aquisition Systems) e o DCS (Sistemas de Controle Dis-

tribuído ou Distributed Control Systems). Neste texto, vamos falar do SCADA.

Sistemas SCADA

O Controle Supervisório e Aquisição de Dados (Supervisory Control and Data

Acquisition) ou SCADA é uma tecnologia utilizada para o gerenciamento e

controle em unidades industriais nas quais os elementos do processo encon-

Automação de processos contínuos: sistemas supervisores 101

tram-se distribuídos ao longo de grandes distâncias, de modo que ele possa

rastrear e monitorar essas informações do processo. Tais informações são ini-

cialmente coletadas por meio de equipamentos de aquisição de dados, seguido

da manipulação e análise desses dados e posteriormente são apresentadas ao

usuário onde são visualizadas por intermédio de quadros sinóticos animados,

com indicações instantâneas das variáveis de processo do cliente. Os dados

podem ser analisados dentro do supervisório por meio de tabelas e gráficos de

tendência ou fora dele pelos softwares comerciais comuns como Acess, Excel,

etc. Além dessas funções, o sistema supervisório pode executar ações com

base em parâmetros pré-informados. A troca de dados em um chão de fábrica

(planta) com um computador de supervisão permite o registro de dados, uma

mostra dos dados, tendências, baixas (download) de receitas, ajustes de parâ-

metros selecionados e avaliação de produção de dados em geral. A Figura 5

ilustra um exemplo de software supervisório.

Figura 5. Supervisório de controle e aquisição de dados (SCADA). Fonte: Petruzella (2013, p. 314).

Alarme

Controle a relé CLP

Saídas analógicas Controle de processo PID

Impressora

Tabelas e gráficos

Cópias em disco rígido Planilha

Temperatura termopar e resistência dos detectores de temperatura Pressão Posição Força Deformação Velocidade

Fontes de sinal

Interface do sistema

Cargas na saída

Computador

102 Controle e automação da produção

3. Observe a imagem abaixo e assinale a alternativa correta:

Montagem por máquina automatizada

Montagem manual

Verificações e ajustes

Motor montado

Bloco do motor a) Representa um processo em lote. b) Nesse processo as matérias- -primas entram por um lado do sistema e saem como produtos acabados do outro lado. c) Não há movimento de material do produto de uma seção do processo a outra. d) Esse processo normalmente destina-se a produtos como: alimentos, bebidas, tintas e pro- dutos farmacêuticos. e) A fabricação contínua é caracteri- zada pela produção individual ou de unidade separada.

4. Com relação aos sistemas supervi- sórios, analise as afirmações abaixo, assinalando V, se verdadeiras, ou F, se falsas. ( ) Um sistema supervisório é um programa que representa o com- portamento de um processo por meio de figuras e gráficos; ( ) O software de supervisão está localizado no controle do pro- cesso das redes de comunicação. Ele adquire dados diretamente dos CLPs (Controladores Lógicos

Programáveis) para o computador, pela sua organização e gerencia- mento dos dados; ( ) Não há troca de dados entre o chão de fábrica (planta) e o com- putador de supervisão o que não permite o registro de dados. A ordem correta de preenchimento dos parênteses, de cima para baixo, é: a) V – V – V. b) V – V – F. c) V – F – V. d) V – F – F. e) F – V – V.

5. Analise as assertivas a seguir: I. SCADA é uma tecnologia utilizada para o gerenciamento e controle em unidades industriais nas quais os elementos do processo encon- tram-se distribuídos ao longo de grandes distâncias. II. Em geral, da mesma forma que um sistema de controle distribuído, o sistema SCADA normalmente não é um sistema que coordena, mas controla o processo em tempo real.

104 Controle e automação da produção

GROOVER, M. P. Automação industrial e sistemas de manufatura. 3. ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2011.

PETRUZELLA, F. D. Controladores lógicos programáveis. 4. ed. São Paulo: AMGH, 2013.

III. A grande vantagem de um sis- tema SCADA é que os dados são armazenados automaticamente em uma forma que pode ser retornada para análise mais tarde, sem erro ou para um trabalho adicional.

Quais estão corretas? a) Apenas I. b) Apenas II. c) Apenas I e II. d) Apenas I e III. e) I, II e III.

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