Para resolver os problemas de automação, as indústrias usam as tecnologias em constante mudança nos sistemas de controle em busca de processos de fabricação ou produção cada vez mais eficientes.
Estes sistemas de controle precisam ser de alta qualidade e confiabilidade. As novas tendências em automação industrial lidam com os mais recentes dispositivos e protocolos de comunicação para controlar dispositivos de campo como válvulas de controle e outros elementos.
Alguns dos dispositivos ou instrumentos inteligentes usados na indústria automatizada têm a capacidade de monitorar os processos e também os recursos de comunicação sem fazer interface com outros dispositivos de controle no nível de campo, como os PLCs.
O que é automação industrial?
A automação industrial é o uso de vários dispositivos de controle, como PC's / PLCs / DCS, usados para gerir várias operações de uma indústria sem intervenção significativa de seres humanos e garantir o controle automático de desempenho do processo.
Nas indústrias, as estratégias de automação usam um conjunto de tecnologias que são implementadas para obter o funcionamento ou a produção desejada, tornando o sistema ainda mais essencial para as indústrias.
A automação industrial envolve o uso de estratégias de controle avançadas como controles em cascata, modernos dispositivos de controle de hardware como PLCs, sensores e outros instrumentos para detectar as variáveis de controle, equipamentos de condicionamento de sinal para conectar os sinais aos dispositivos de controle, drives e outros dispositivos de controle final.
A história da automação
Em 1913, a Ford Motor Company introduziu uma linha de montagem de produção de automóveis que é considerada um dos tipos pioneiros de automação na indústria de manufatura.
Antes disso, um carro era construído por uma equipe de trabalhadores qualificados e não qualificados. A automação de produção melhorou as taxas de produção da Ford e aumentou seus lucros.
A linha de montagem e a produção de carros de massa foram as primeiras desse tipo no mundo. Ela reduziu o tempo de montagem do carro de 12 horas por carro para cerca de uma hora e meia por carro.
Avanço da automação no século 20
Durante a década de 1930, o Japão foi líder no desenvolvimento de componentes que facilitavam a automação da fabricação industrial. Surge também o primeiro micro interruptor, relés de proteção e um temporizador elétrico altamente preciso.
Entre 1939 e 1945, durante a Segunda Guerra Mundial, a automação foi muito utilizada em aviões de combate, embarcações de desembarque, navios de guerra e tanques.
O Japão se rendeu às forças americanas e aliadas em 1945 e um programa de reconstrução industrial foi iniciado.
O programa contava com tecnologias novas e superiores, em oposição aos métodos de fabricação antiquados que estavam sendo usados pelo resto do mundo. Assim, o Japão se tornou o líder mundial em automação industrial.
Empresas automobilísticas como Honda, Toyota e Nissan poderiam produzir inúmeros carros de alta qualidade e confiáveis. Eles ofereceram recursos padrão que foram classificados como extras por outros fabricantes de automóveis, bem como preços competitivos que desencadearam o sucesso da indústria automobilística japonesa.
Para que serve a Indústria Automatizada?
Para reduzir a verificação periódica ou manual
Em algumas aplicações críticas, a verificação periódica da variável de processo é necessária para realizar operações industriais.
O equipamento de automação reduz as operações periódicas ou manuais e estabelece as condições de trabalho automáticas.
Para aumentar a produtividade
Automatizar a manufatura e outros processos aumenta a taxa de produção, produzindo em maiores quantidades mesmo com uma mão de obra limitada.
Para reduzir o custo de produção
Usando as máquinas automáticas e equipamentos, a intervenção humana para controlar os processos cai abruptamente.
Isso reduz o investimento no custo da mão-de-obra, portanto, o custo de produção.
Para melhorar a qualidade do produto
Garantir o mesmo padrão em todos os produtos dificilmente é possível apenas com esforços humanos.
Com equipamentos de automação, é possível obter uma qualidade de produto confiável e uniforme usando dispositivos de controle de hardware em tempo real.
Para aumentar a flexibilidade
Usando vários equipamentos de automação, os processos são tratados de maneira simplificada sem obter nenhum ambiente complexo, particularmente em processos de fabricação.
Para melhorar a segurança e simplificar os processos
A complexidade de operar os equipamentos ou processos é reduzida com automação industrial.
Ela altera a posição do operador como operador para a função de supervisão.
Estrutura de Automação Industrial
A estrutura da automação industrial contém vários níveis de operação. Estes incluem nível de sensor, nível de controle de automação (unidade, célula, controles de processo), nível de supervisão e nível de empresa.
A formação em pirâmide indica que, conforme você vai até a ponta, a informação é agregada e enquanto descendo, é dissolvida. Isso significa que obteremos as informações detalhadas de uma variável específica na parte inferior.
O nível de sensor também é chamado de camada de processamento.
Ele utiliza os sensores e atuadores para obter os valores das variáveis do processo de maneira contínua ou periódica. Estes atuam como olhos e braços dos processos industriais. Alguns destes instrumentos incluem instrumentos pneumáticos, instrumentos inteligentes, etc.
O nível de controle de automação (ou camada de controle) usa dispositivos de controle industrial como PC's / PLCs / DCS, etc. Este nível utiliza os vários processadores incorporados, algoritmos PID para controlar o processo.
Nível de supervisão ou camada SCADA obtém muitas informações de canal e armazena os dados no banco de dados do sistema.
Depois, esses dados de vários dispositivos de controle são exibidos nas HMIs (Interface Homem-Máquina). O nível de supervisão também dá alarmes para indicar os níveis das variáveis de processo e controle. Ele usa um software especial para obter os dados e protocolos de comunicação para interagir com os dispositivos de campo.
O nível corporativo executa as tarefas como agendamento, pedidos e vendas, planejamento de produtos, etc.
Tipos de Automações Industriais
Os sistemas de automação são classificados em quatro tipos básicos, baseados na flexibilidade e nível de integração nos processos de fabricação. Esses são descritos abaixo.
1. Automação Fixa
As seqüências de operações a serem realizadas são fixadas pela configuração do equipamento. É usado em produção de alto volume com equipamentos dedicados.
Exemplos desse sistema de automação fixa (link p/ satélite) são linhas de montagem automatizadas e linhas de transferência de máquinas.
2. Automação Programável
As seqüências de operações podem ser modificadas, alterando o programa. Tudo varia com base nas diferentes configurações do produto. Também novos programas podem ser inseridos nos dispositivos programáveis para os novos produtos.
Este tipo de sistema é utilizado em processos de lotes, laminadores de aço, robôs industriais, etc.
3. Automação Flexível
É a extensão da automação programável. Isso oferece uma flexibilidade maior para lidar com variações de design de produto.
Os operadores podem dar comandos na forma de códigos no programa de computador, se quiserem alterar a sequência do processo.
Equipamentos de nível inferior recebem instruções para operar no nível do campo sem perder o tempo de produção. Este tipo de automação é usado na fabricação de máquinas CNC multiuso, veículos guiados automaticamente, etc.
4. Automação Integrada
Neste tipo, o sistema total é totalmente automatizado sob controle do computador. Desde o processo de design até o despacho, todo o sistema é completamente automatizado. Até o equipamento é manuseado pelos robôs.
Este sistema é usado em sistemas de manufatura integrada por computador.
Equipamentos de Automação
Sensores e Atuadores
Um sensor detecta as várias variáveis do processo e as converte em sinais elétricos ou ópticos. Esses sensores incluem temperatura, pressão, velocidade, fluxo, etc...
Os atuadores convertem os sinais elétricos nos meios mecânicos para obter controle sobre os processos. Estes incluem os relés, ímãs, servomotores, etc...
Alguns dos sensores e atuadores têm a capacidade de se comunicar com os barramentos de comunicação de campo industrial que vêm sob os dispositivos inteligentes.
Computadores industriais
Controladores lógicos programáveis (PLCs) também chamados de computadores industriais podem ser programados para executar certas funções de controle.
Consiste em uma CPU ou processador, módulos de E / S (analógicos e digitais) para conectar os vários dispositivos de entrada / saída e módulos de relés. Estes podem ser modulares, que são do tipo fixo ou tipos integrados para estender os módulos com base nas entradas disponíveis.
Juntamente com os PLCs, os PCs convencionais são usados para controlar o processo online ou alterando os programas. Os PLCs vêm com software dedicado para programar a estratégia de controle.
HMI (interface homem-máquina)
HMI oferece as facilidades como, exibir as informações em telas de computador e outros monitores, registrando os resultados no banco de dados, dando sinal de alarme, etc.
Ele usa tecnologias como SCADA (Supervisory Control e Data Acquisition) e outras tecnologias baseadas em sistemas visuais.
Sistema de comunicação
Nas indústrias, muitos sensores, atuadores, controladores de PC e outros dispositivos de controle são distribuídos geograficamente e interagem entre si através de vários barramentos de dados. Existem três tipos de barramentos usados na automação industrial, ou seja, barramento de fábrica, barramento de processo e barramento de campo.
O barramento de campo interage entre os instrumentos de campo e os dispositivos de controle.
O barramento de processo conecta os computadores de nível de supervisão aos dispositivos de controle, como os PLCs.
O barramento de fábrica conecta o nível superior da organização ao nível de supervisão
6 motivos para investir em automação industrial
1- Melhorar as condições dos seus empregados
Os humanos em geral não gostam de tarefas banais e repetitivas. Rapidamente se enjoam e deixam de dedicar a devida atenção para a atividade em questão. No entanto, computadores podem resolver tudo sem pestanejar.
Se as tarefas da sua empresa hoje são muito repetitivas, claramente existe um potencial para automação do processo.
2- Evitar prejuízos com danos de materiais
Os seres humanos estão sujeitos ao erro devido vários fatores externos. Isso faz parte do que é “ser humano”.
Porém esses erros podem estar custando muito dinheiro para você e sua empresa.
Pequenos desvios podem gerar peças danificadas, matérias primas de má qualidade e até mesmo uma linha de produção completamente parada.
3- Aumentar a eficiência
Você consegue garantir que terá sempre o mesmo nível de excelência que vem desempenhando nos últimos anos?
Não, a variação humana existe e influencia diretamente nesse ponto.
Por outro lado, a automação dos processos permite um cenário constante e com cada vez mais potencial de melhoria.
4- Otimizar as métricas
Informações são uma verdadeira mina de ouro. Com elas você pode elevar seu desempenho para outro nível.
“Se alterar algo no começo do processo, o que vai mudar? Por que existem mais problemas agora do que antes?”
Por meio da coleta de dados, você pode facilmente chegar à resposta dessas perguntas.
A correlação de dados de processo associados a registros de aprovação / reprovação fornece insights importante, em vez de adivinhar “o que está causando isso?”.
5- Elaborar as melhorias corretas no processo
Os sistemas automatizados agora coletam dados confiáveis. O banco de dados fornece uma coleção pesquisável.
O que vem depois?
Equipado com grandes quantidades de dados confiáveis, os engenheiros aproveitam ao máximo essa informação.
Em vez de apenas mudar para buscar “melhoria contínua”, faça mudanças com melhores informações.
6- Economize dinheiro
Por que fazer essas medições? Por que registrar esses dados? Por que gastar o dinheiro agora?
Simples.
Investir na automação industrial gera economia de custos tornando os processos mais regulares e coletando dados para tomar decisões confiantes.
Qual é o futuro da automação industrial?
Embora a automação industrial na fabricação não seja bem vista por alguns poucos opinantes (usando uma alegação infundada de que isso levará ao desemprego em massa), seu futuro parece muito brilhante.
Os robôs industriais do futuro serão multifuncionais, para que a mesma máquina possa ser usada em vários processos diferentes.
Eles terão muitas capacidades associadas a trabalhadores humanos, como a capacidade de tomar decisões e trabalhar de forma autônoma.
Eles também terão recursos de auto diagnóstico e manutenção preventiva.
Graças à automação industrial de manufatura, a fábrica do futuro será mais eficiente na utilização de energia, matéria-prima e recursos humanos.
Além disso, ao contrário da crença popular, a experiência até agora mostrou que a automação não causará desemprego em massa.
Pelo contrário, o uso em massa de robôs criará mais empregos. Humanos e robôs trabalharão juntos para criar um espaço de trabalho mais eficiente e produtivo.
