O que é Automação Industrial? 6 benefícios dos projetos de automação para indústrias.




O que é Automação Industrial?

 

6 benefícios dos projetos de automação para indústrias.

 

Está na dúvida se deve automatizar processos? Conheça as etapas para usar a automação industrial na sua empresa

Em uma época de necessidade de renovação, gerir inovação se torna a chave para o sucesso. Desta forma, como ter inovação se não temos os indicadores necessários para saber como melhorar os processos? Consequentemente, cheio de tarefas operacionais, deixamos mais altos os custos de produção e operação. Este artigo foi feito para mostrar os benefícios da automação industrial e como aplicá-los em uma empresa. 

Através da automação, o mundo passou a ter excelentes resultados nas linhas de produção industrial e encontrou um meio de resolver esses problemas. No entanto, pequenos e médios empresários, em especial aqui no Brasil devido as dificuldades tecnológicas e altos custos de importação, se encontraram em uma encruzilhada.

Como investir em automação industrial sem ter que arcar com altos custos de equipamentos e mão de obra super especializada? Como tirar indicadores e estudar o melhor jeito de melhorar meus processos investindo de acordo com meu orçamento?


Sistemas embarcados como o Arduino foram uma revolução tecnológica nos últimos anos e, graças a esses pequenos e baratos computadores, conseguimos em boa parte substituir os caros CLP´s. Além de aposentar os Controladores Lógicos Programáveis, inventados para a indústria no começo da década de 60, os sistemas embarcados conseguiram os principais benefícios da automação:

6 Benefícios da Automação Industrial:

1.     Aumento de produtividade;

Através da automação muitos trabalhos manuais puderam ser feitos por maquinas. Além de trabalharem sozinhas, com maior precisão e velocidade, uma máquina nunca fica doente, certo?

2.      Melhoria de qualidade do produto final;

Já experimentou fazer a mesma tarefa repetidas vezes? Agora imagina um funcionário em uma linha de produção, fazendo por horas o mesmo trabalho? Ao longo do tempo ele vai ficando cansado e sua produtividade caindo e consequentemente começa a ficar descuidado. Uma máquina nunca fica cansada e nem descuidada, ela trabalha 24h por dia sem se preocupar com vida pessoal, sem ficar doente. Portanto, uma vez calibrada e programada ela irá manter aquela qualidade pelo tempo que funcionar.


3.      Redução de custos;

A redução de custos se deve principalmente ao menor desperdício de material e a menor quantidade de mão de obra para produzir. Uma máquina apenas precisa de revisão periódica e energia elétrica para funcionar, seus gastos são pontuais e seu custo benefício promovido pela quantidade produzida e velocidade de produção ajuda na diminuição dos custos por produto.


4.      Segurança aos empregados;

Através da automação industrial, é possível monitorar 24h por dia, 7 dias por semana, qualquer complexo industrial. Através de alertas sonoros ou luminosos e sensores em processos industriais, podemos monitorar e avisar sobre qualquer irregularidade. Isso pode ser feito desde problemas na produção até alertas de perigo aos funcionários, diminuindo riscos e fatalidades. Com esses processos, podemos verificar sobrecargas e aumentos de temperatura. Assim, garantimos velocidade de tomada de decisão diminuindo prejuízos e danos que não seriam evitados se um homem fizesse o mesmo trabalho.


5.      Competitividade;

Você tem maior produção, menor custo de produção, maior qualidade. Em um mundo no qual o consumidor preza cada vez mais pela qualidade, custo e cuidados ambientais, como mostra estudos, poder investir no que o consumidor procura sem gerar mais despesas a empresa é o caminho para ser competitivo em um mercado cada vez mais agressivo.


6.      Capacidade de monitoramento, controle e auxilio na tomada de decisão.

Como tomar decisões, diminuir riscos e garantir maior controle das operações da sua empresa, sem gastar com mão de obra supervisora e horas de auditoria?
O computador faz esse trabalho por você com sensores, sistemas de controle e alertas contínuos, a automação fornece as ferramentas para quem quer recolher indicadores e ter a chance de estudar como melhorar seus processos.

Exemplos de sucesso para automatização de fábricas:

Com o surgimento dos sistemas embarcados e com sua popularização nas últimas décadas, diversas soluções começaram a aparecer para a manutenção de maquinas que dependiam de peças caras e importadas, como demonstra o engenheiro Paul M Furley.





e para a criação de soluções para automação industrial em substituição as caras máquinas estrangeiras e seus softwares, como demonstra o projeto desenvolvido por esses dois alunos brasileiros utilizando plataformas open-Soure e de baixo custo.


Através de projetos como esses, pode-se desenvolver softwares e equipamentos personalizados (conheça boas práticas) para cada empresa de forma que através de equipamentos de baixo custo se crie soluções que fornecem aos usuários os 6 grandes benefícios da automação e os insumos necessários para seu desenvolvimento.




Uma outra solução, além de consultoria em automação industrial é o BPM (benefícios do mapeamento de processos), através dele você será capazes de identificar os gaps e gargalos em seu processos e junto  da automação melhorar a qualidade, tirar os indicadores necessários para a evolução do seu produto e tornar processos operacionais, repetitivos e lentos em processos rápidos e seguros com maior qualidade de produto final.



Gostou do artigo? Espero que tenha entendido o que é automação industrial.  Agora não deixe de comentar suas dúvidas sobre a automação em indústrias.



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A automação industrial no século XXI.



A automação industrial no século XXI
O processo de mecanização dos estabelecimentos industriais, inicializado durante a Revolução Industrial na Inglaterra, não se limitou apenas aos séculos XVIII e XIX. Com o passar dos anos, novas tecnologias foram desenvolvidas com a intenção de aumentar a quantidade e a qualidade dos itens produzidos, diminuindo ao máximo as perdas e maximizando a eficiência, por meio da introdução de máquinas nas linhas de montagem. O processo intensificado nos últimos anos, dentro das indústrias e fábricas, de aplicação de técnicas, softwares e sistemas específicos em um determinado equipamento é denominado: automação industrial.


A automação industrial pode ser empregada em máquinas e processos relacionados à indústria automobilística, química, de mineração, entre outras. Considerando as empresas relacionadas à produção de automóveis, as máquinas automatizadas atuam na execução de pinturas, realização de soldas e modelagem de chapas no formato desejado para os veículos.
Atualmente, a parte mais visível dos processos de automação está ligada ao emprego de robôs nas linhas de montagem e produção, ou seja, a aplicação da robótica. A utilização de sistemas compostos por transmissores de pressão, vazão, temperatura, entre outras variáveis, permitiu a instalação destas máquinas nas indústrias petroquímicas e farmacêuticas, nas quais exige-se um elevado nível de precisão.


+ O Profissional

O profissional relacionado a automação industrial é responsável por executar projetos de máquinas inteligentes, componentes robotizados e sistemas industriais de interação (redes industriais). Além de acompanhar o desempenho de equipamentos de linhas de produção automatizadas, desenvolver e instalar sistemas digitais, softwares e linguagens de programação, este tecnólogo atua na manutenção e conservação dos sistemas utilizados.

+ Benefícios da AutomaçãoIndustrial

  1. Aumento da produtividade: a aplicação de máquinas automatizadas permite o alcance de ciclos de produção mais rápidos, com maior eficiência e repetitividade.
  2. Redução de custos: vantagem intimamente relacionada ao item anterior. Por meio do aumento da produtividade e eficiência, é possível atingir um rápido retorno nos valores investidos. Além disso, a maioria dos sistemas automatizados são programados com o objetivo de proporcionar uma economia de energia elétrica e outros custos adicionais.
  3. Vantagem competitiva: a sobrevivência na economia global atual exige a capacidade da competitividade entre as empresas. Por meio da automação, as corporações adquirem a capacidade de ficar em sintonia com as concorrentes mais fortes existentes no mercado no quesito qualidade e preço do produto final.
  4. Precisão: é um dos principais benefícios relacionados à automatização de máquinas. Durante o processo de produção e/ou montagem, todas as variáveis são controladas pelo computador do sistema, de modo a aumentar a precisão das operações realizadas.

A automação industrial abriu uma vasta área para o desenvolvimento de tecnologias capazes de mecanizar completamente os sistemas de produção no interior de uma fábrica ou indústria. Em contrapartida, é evidente a influência desse processo na redução do número de empregos diretamente ligados às linhas de montagem e produção, as quais devem buscar a conciliação entre o profissional altamente qualificado e os equipamentos com elevados padrões de qualidade, de modo a impulsionar cada vez mais a produção, o lucro e a qualidade dos serviços e produtos oferecidos pelas fábricas e indústrias.

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O que é um soft starter ?



O que é um soft starter ?

Quando um motor trifásico entra em funcionamento, utilizando sua partida direta, há um aumento significativo no nível de corrente, que é denominada corrente de pico (Ip). Essa corrente pode ser bem elevada, chegando a ser 8 vezes maior que a corrente nominal do motor, podendo prejudicar equipamentos eletrônicos da instalação que sejam sensíveis a variações de tensão e até mesmo prejudicar as bobinas do motor. Assim a utilização de equipamentos diferenciados para controlar a partida pode ser a melhor escolha para a diminuição deste efeito.
Para a minimização desta corrente são utilizados métodos que fazem a partida indireta, sendo os principais a partida estrela/triângulo, compensação por autotransformador e a utilização de um soft starter. O último citado, é um equipamento eletrônico que é bastante versátil e elimina a aplicação das primeiras formas citadas, pois seus circuitos eletrônicos fazem o papel dos dois métodos. Veja na imagem a diferença entre modos de partida de motores:




O funcionamento de um soft starter, se da através de uma ponte tiristorizada (componentes semicondutores), que fazem o chaveamento da tensão para que ela possa ser disponibilizada para o motor de forma crescente, ou seja, irá aumentar gradativamente, garantindo uma partida suave e sem a presença da corrente de pico. Este chaveamento feito pela ponte é controlado através do sistema de controle e disparo, que é um modulo onde é possível realizar as programações desejadas por meio de parâmetros, que são identificados um a um pelo fabricante e disponibilizadas em um manual.
Abaixo o esquema simplificado da ponte e do sistema de controle de um soft starter:






Além da diminuição do Ip, este equipamento garante vários outros benefícios quanto ao trabalho do motor trifásico, Sendo eles:
·         O processo de desligamento também pode ser feito de forma decrescente.
·         Detecção de falta de fase do motor, e funcionamento com apenas duas fases.
·         Conjugado de partida;
·         Parada por corrente contínua;
·         Proteção contra sobrecarga;
·         Contenção do nível de corrente.
·         Economia de energia.
·         Proteção contra sobreaquecimento;

Estas características do soft starter são de grande ajuda quando é necessário impor certas definições diferenciadas para um processo.
Ex.: É possível se obter uma economia de energia, pelo fato de a maioria desses equipamentos possuírem um circuito que diminui a tensão para aqueles processos onde se utiliza apenas 50% da potência do motor, pois diminui a perda de energia por calor, como também utiliza apenas a energia necessária para tal atividade.
Este equipamento pode ser usado em diversas aplicações, aqui citamos algumas destas utilizações:
·         Bombas centrífugas (saneamento, irrigação, petróleo);
·         Ventiladores, exaustores e sopradores;
·         Compressores de ar e refrigeração;
·         Misturadores e aeradores;
·         Britadores e moedores;
·         Picadores de madeira;
·         Refinadores de papel.
Por ser um equipamento diferenciado, o preço de um soft starter varia de marca e tipo de utilização, no mercado há vários fabricantes como a Siemens, Danfoss, WEG, Schneider e outras marcas.
Com estas informações sabe-se que a utilização deste equipamento é muito interessante, visto que contribui com diversas características que além de prevenir contra picos de corrente garante várias funcionalidades, que se aliadas ao processo escolhido, fornecerão mais eficiência, confiabilidade e segurança.
Então já sabendo o que é um soft starter, divulgue este artigo interessante sobre este equipamento.


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Os Inversores de Frequência.



Os inversores de frequência

A maioria dos motores encontrados nas aplicações industriais tem alimentação trifásica. O controle da velocidade e torque desses motores diretamente a partir da rede de energia exige recursos que a tecnologia atual pode oferecer com vantagens. Um desses recursos é o inversor de freqüência que, além de possibilitar um controle preciso do torque e velocidade, proporciona muitas outras vantagens como o melhor aproveitamento da energia e o maior nível de segurança. Neste artigo veremos o que são os inversores de freqüência e como funcionam.

O que é um Inversor de Freqüência
Uma forma de se controlar com precisão torque e velocidade de um motor trifásico quer seja a partir de uma entrada de alimentação monofásica, quer seja a partir de uma entrada de alimentação trifásica é através de um inversor de freqüência.
Os inversores de freqüência possuem uma entrada ligada à rede de energia comum de alimentação e uma saída que é aplicada ao dispositivo que deve ser alimentado, no caso um motor trifásico, conforme mostra a figura 1.





Como o controle se faz variando a freqüência e a tensão circuitos com características especiais devem ser usados. Esses circuitos se baseiam em configurações complexas formadas por dispositivos semicondutores de potência, dispositivos lógicos de controle, sistemas de proteção e de monitoramento do funcionamento.
Para entendermos melhor como funciona um inversor típico será interessante partir de sua configuração básica, dada pelo diagrama de blocos da figura 2.




Os blocos básicos têm funções especificas e podem ter configurações levemente diferentes conforme as características elétricas finais desejadas e também a tecnologia usada pelo fabricante.

a) Retificador
Este bloco retifica a energia trifásica (alternada) disponível na entrada para a alimentação do inversor. A configuração mais comum é a de uma ponte de diodos em onda completa conforme mostra a figura 3.




Na saída temos um capacitor para realizar a filtragem da tensão contínua obtida.

b) Inversor de potência
Aqui é gerada a tensão trifásica de alimentação do motor usando a tensão contínua do bloco anterior. Conforme mostra o circuito simplificado da figura 4, são usados transistores (IGBTs) que chaveiam a tensão a partir dos sinais de gerador PWM (Modulação por Largura de Pulso).




Os sinais gerados são trens de pulsos, mas ao serem aplicados numa carga indutiva como um motor, o resultado é uma forma de onda aproximadamente senoidal.
As características do próprio enrolamento do motor se encarregam de fazer uma suavização da forma de onda que se torna quase que senoidal.

c) Controle
O bloco de controle gera os pulsos que atuam sobre os transistores de chaveamento. As formas de onda e freqüência do sinal gerado por este circuito vão determinar a velocidade e potência aplicada ao motor. Na figura 5 temos mostramos as formas de onda que encontramos neste circuito. Veja que sua aplicação numa carga indutiva resulta numa forma de onda aproximadamente senoidal.



d) Proteção contra Surtos
Sabemos que a tensão da rede de energia pode conter surtos e transientes. Para a proteção desses dispositivos e do próprio circuito são usados elementos como varistores, TVS e outros componentes do mesmo tipo.

e) Proteção Interna
Este bloco monitora as tensões presentes na saída do retificador. Diante de uma variação perigosa o circuito sinaliza o bloco de controle de modo que ele possa fazer a proteção, por exemplo, desligando a alimentação.

f) Driver
Este bloco gera os sinais que excitam os transistores de potência de saída.

g) Auto-Boost
Este bloco é monitora as condições de carga do motor determinando o nível de tensão que deve ser aplicado para se gerar o torque necessário à aplicação.

h) Programação
Trata-se de um painel que apresentam informações gerais como avisos de erro e onde é feita a programação do modo de funcionamento do motor.

i) Interface (I/O)
Através deste bloco o inversor se comunica com dispositivos externos, por exemplo, um computador ou ainda microprocessadores ligados à sensores.

j) Controle
Neste bloco são tomadas as decisões em função da programação, de sinais externos e de sinais internos como os de proteção.

Chaveamento
Para analisar como o circuito gera uma tensão senoidal trifásica a partir de sinais PWM tomemos como ponto de partida o circuito simplificado da figura 6.




Temos então 6 transistores funcionam como chaves numa configuração em ponte.
Na operação, os 6 transistores devem ser ligados 3 a 3 de tal forma a se obter 8 combinações que resultam em três formas de onda senoidais defasadas de 120 graus. Dessas 9 combinações existem três que são proibidas pois levam o circuito a uma condição de curto. São aquelas em que transistores que estão em série conduzem ao mesmo tempo.
Na figura 7 temos então os pontos de chaveamento e as formas de onda correspondentes.




Colocando isso numa tabela temos:
Tempo
V1
V2
V3
Transistores
1
0
+V
- V
T1, T2, T3
2
-V
+V
0
T2, T3, T4
3
-V
0
+V
T3, T4, T5
4
0
-V
+V
T4, T5, T6
5
+V
-V
0
T5, T6., T1
6
+V
0
-V
T6,  T1, T2

Observe que, se o chaveamento for feito da forma indicada serão gerados sinais defasados de 120 graus.

Controlando a Velocidade
Um inversor de freqüência possibilita o controle da velocidade de um motor trifásico através da freqüência da tensão gerada. A freqüência de operação de um inversor normalmente está entre 0,5 Hz e 400 Hz, dependendo do modelo e da marca.
Deve-se, entretanto notar que quando a velocidade de um motor é alterada pela variação da freqüência, seu torque também é modificado.
Para se manter o torque constante basta fazer com que a relação tensão/freqüência ou V/F seja constante.

V/F = constante.

Por exemplo, se a tensão aplicada num motor for de 200 V quando a freqüência for 100 Hz (V/F = 3), alterando a freqüência para 250 Hz, a tensão aplicada deve ser 400 V.
Na figura 8 temos a curva V/F de um inversor de freqüência comum.



A faixa de valores de tensão e freqüência em que deve operar um motor é programada no bloco de controle. Programar um inversor é dito "parametrizar" o inversor.

Inversores Escalares e Vetoriais
Conforme vimos, para manter o torque quando a velocidade varia basta ter a relação V/F constante. Os inversores que seguem este padrão de funcionamento são ditos escalares.
Entretanto, em aplicações AC de freqüência muito baixa não é possível manter o torque constante em rotações muito baixas, dada a própria curva de rendimento do motor.
Para estes motores é preciso haver uma compensação mais complexa da relação tensão/freqüência, que leve em conta outros fatores como a carga do motor. Para esta finalidade são preferidos os inversores que variam tanto a tensão como a freqüência mas segundo uma curva que leva em conta o rendimento do motor, principalmente nas baixas rotações. Estes inversores usam tacômetros ou encoders para sensoriar a velocidade do motor, obtendo assim uma informação adicional que é processada para se gerar as tensões e freqüências de controle.

Instalação de Inversores
Existem variações como o modo como cada inversor é instalado, mas a configuração geral é a mesma. A figura 9 mostra um exemplo prático.




Os principais cuidados na instalação são:
a) Sempre observar a ordem das ligações. Trocas de fios podem causar a queima do inversor.
b) Se existir uma interface de comunicação Rs232 ou RS485 o cabo de conexão de sinais deve ser o mais curto possível.
c) O aterramento do inversor deve ser feito com extremo cuidado. A resistência de aterramento deve ser menor do que 5 ? (norma IEC536).
d) A ventilação do inversor seja excelente.
e) Cabos de alimentação e interface devem passar por dutos separados.
f) A qualidade da energia fornecida ao circuito deve ser observada.
g) Se dispositivos de controle como PCs, PLCs ou CNCs forem usados, devem ter terra comum com o inversor de freqüência.
h) Se cargas fortemente indutivas fizerem parte da instalação, devem ser previstos supressores de transientes e surtos.

Parametrização
"Parametrizar" um inversor é programá-lo para uma determinada modalidade de operação.
O número de parâmetros a serem programados depende da marca e tipo, sendo os mais comuns em nosso mercado os da Siemens, ABB, WEG, Yaskawa, Allen Bradley, Metaltex, etc.
Para a programação normalmente fazemos o acionamento de um certo número de teclas numa seqüência que é determinada pelo fabricante. Damos a seguir um exemplo típico:
Primeiro parâmetro - acionar tecla para ativar a entrada do parâmetro. Usamos teclas de seta para localizar o valor do parâmetro o qual é mostrado no painel. Quando o valor é encontrado, pressionando-se a tecla de entrada o valor se fixa.
Segundo parâmetro - com um novo toque na tecla, habilita-se a entrada de novo parâmetro. Depois disso, novamente com as setas, localizamos seu valor e o fixamos.

Os principais parâmetros que encontramos nos inversores são:
* Parâmetro P009
Ajuste 0 - somente os parâmetros P001 a P009 podem ser alterados
Ajuste 1 - os parâmetros de P001 a P009 podem ser alterados e os demais podem ser somente lidos
Ajuste 2 - todos os parâmetros podem ser alterados exceto P009 que resseta ao ser desligado
Ajuste 3 - todos os parâmetros podem ser alterados

* Parâmetro P084
Programa-se a tensão nominal do motor.

* Parâmetro P083
Programa-se a corrente nominal do motor. Esse valor será usado pelo sistema de proteção contra sobrecarga.

* Parâmetro P003
Programa a freqüência mínima de saída, variando tipicamente entre 0 e 650 Hz.

* Parâmetro P013
Programa a freqüência máxima de saída. Pode variar entre 0 e 650 Hz.

* Parâmetro P031
Programa-se a freqüência do JOG. O JOG ou impulso é um recurso usado para fazer uma máquina funcionar em velocidades muito baixas, facilitando o posicionamento de peças antes de entrar em funcionamento normal. Um exemplo disso é a fixação de um rolo de papel na máquina antes dele fio começar a ser utilizado no processo.

* Parâmetro P002
Programa a rampa de aceleração, ou seja, o tempo que o motor leva para atingir a velocidade máxima, conforme mostra a figura 10. Pode variar entre 0 e 650 segundos.



 Parâmetro P003
Programa o tempo de parada.

* Parâmetro P076
Programa a freqüência do circuito PWM. Esta freqüência pode variar em alguns tipos de 2 em 2 kHz. Deve ser escolhido deve o menor valor possível para que seja evitada EMI. No entanto, o uso de freqüências muito baixas pode fazer com que ruídos audíveis sejam produzidos no circuito

Conclusão
O uso de inversores de freqüência torna-se cada vez mais comum, inclusive em aplicações que fogem à indústria como o controle de sistemas de ar condicionado, etc. Com eles, além do controle preciso dos motores temos um aproveitamento melhor da energia e muito mais segurança.


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