A HISTÓRIA DO DESENVOLVIMENTO DA AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL

Autores:  MATHEUS DE MORAES E SILVA

                      RAMON BERNARDES ASSUNÇÃO

Resumo

Este artigo consiste em expor, o processo evolutivo da automação industrial, da origem dos primeiras máquinas sem operadores humanos até a automação presente nas indústrias atualmente. O salto do modelo de produção ocorrido após o surgimento dos Controladores Lógicos Programáveis(CLP), em que os microcontroladores veio substituir centenas de relés. O impacto social e trabalhista em virtude da substituição do homem por máquina, além do surgimento da automação no Brasil que é relativamente recente em comparação com outros países desenvolvidos.

Palavras-chave: Automação Industrial. Controladores Lógicos Programáveis. Processos Industriais.

Introdução

Atualmente a automação faz parte da nossa sociedade, permeando todos os sistemas de trabalho, sendo mais evidente na indústria. Ela permite que façamos mais e melhor, além de diminuir nossa participação em tarefas tediantes e repetitivas, nós livrando de serviços manuais cansativos e prejudiciais a saúde, poupando nossas energias para tarefas que exigem mais da nossa capacidade intelectiva.

A automação vem evoluindo de longas datas, se somando com conhecimentos antigos, e expandindo com as últimas conquistas da ciência. E ela está intimamente ligada ao desenvolvimento da humanidade.

Órgão hidráulico de Ctesíbio, segundo a descrição de Heron de Alexandria.

Desde a pré-história, o homem já procurava meios de automatizar suas tarefas, como moinhos de vento para moer trigo, rodas d’agua, e etc. Já na Grécia antiga, surgiu também as primeiras técnicas de controle com retroação, como o mecanismo regulador de bóia(entre 300 a.C. e 1 a.C.). Como exemplo temos o relógio d’água de Ktesibios. Um lampião de óleo inventado por Philon(250 a.C.) usava um regulador de bóia para manter constante o nível do óleo combústivel. E um dos grandes sábios dessa época Heron de Alexandria, que viveu no primeiro século depois de Cristo, publicou um livro, que se intitulava “Pneumatica’’, que mostrava algumas formas de mecanismos de nível de água usando regulador de bóia.[1]

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Com o advento da revolução industrial veio o grande salto no desenvolvimento de sistemas automáticos, e as primeiras inovações nos controladores automáticos, como a invenção do “regulador de esferas” de James Watt, desenvolvido em 1769 para controlar a velocidade de máquinas a vapor. [1]

“O dispositivo, inteiramente mecânico, media a velocidade do eixo de saída e utilizava o movimento das esferas devido à velocidade para controlar a válvula e portanto a quantidade de vapor que entrava na máquina. À medida que a velocidade aumenta, os pesos em forma de esfera se elevam e se afastam do eixo, fechando assim a válvula. As esferas móveis requerem potência da máquina para poder girar e por isso tornam a medida da velocidade menos precisa.“[1]

Primeiros passos da automação Industrial

Com as máquinas a vapor, surgiu também as indústrias especializadas, que começaram a usar a força do vapor, para movimentar as grandes com linhas de produção, onde cada individuo desenvolvia funções específicas, e permitiu o desenvolvimento de maquinarias para auxiliar o operário. Com o aumento da competitividade, veio a necessidade de reduzir os custos de produção, o que se percebia era que quanto mais mecanizado fosse o processo maior era a produtitividade, e menor era o custos produtivo. E ai surgiu um tipo de indústria que atendia a essa necessidade de ajudar e até mesmo substituir o componente humano por máquinas na indústria.

Com a descoberta da eletricidade e consequentemente do magnetismo, tornou-se mais amplo o leque de possibilidades, para criação de sistemas autonômos. Que cuminou no surgimento dos relés eletromecânicos, componente fundamental para automação das primeiras indústrias, em meados do século XX. Que posteriormente foi substituido pelos controladores lógicos programáveis(CLPs).

“As primeiras máquinas movidas a eletricidade surgiram em meados do século XIX, graças a esforços de diversos pesquisadores – entre eles Michael Faraday e André-Marie Ampère – que estudaram a utilização da eletricidade e do magnetismo em conjunto, levando ao desenvolvimento de motores que, conectados a sistemas elétricos, acionavam alavancas.” [2]

Com a criação do transistor em 1947, impulsionou o desenvolvimento da automação, e tornou-se a base dos microprocessadores modernos. Pois se tratava de um componente eletrônico que controlava a passagem de corrente, em sinais digitais(ligado-desligado), diferentemente das válvulas termiônicas que geravam sinais analógicos(sinal contínuo que varia em função do tempo).

Até 1960, as empresas automobilísticas tinham linhas produção fixas, que produzia com relativa eficiência modelos pré programáveis, mas quando se necessitava fazer algumas variações no modelo, como mudanças de cor, ou detalhes no painel, precisava-se alterar os circuitos de controle(a base de relés). O que fazia a produção destes modelos mais custosa, e excessivamente demorada.

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Para atender a essa necessidade de flexibilidade na produção, a General Motors(GM) percebeu que  precisava de um novo dispositivo que conferisse versatilidade a produção. Assim, surgiu o primeiro CLP, desenvolvido pela empresa Allen-Bradley, que revoluciou todas as industrias nos anos posteriores. [2]

“Com o CLP, as alterações eram feitas apenas mudando sua programação, enquanto que os sistemas a relés implicavam modificar a montagem dos equipamentos e, muitas vezes, substituir os hardwares. O CLP foi introduzido na planta da GM em 1969 e os Estados Unidos e a Europa foram os primeiros beneficiados com a tecnologia que só chegou ao Brasil mais tarde, nos anos 1980.”[2]

Em grandes plantas de processo industrial, é necessário a visualização e controle de processos, o que torna indispensável um sistema supervisório e também a aquisição de dados conhecidos em ambiente industrial como SCADA. Em um sistema automatizado, cabem aos controladores lógicos programáveis (CLP) a aquisição de informações dos sensores, os quais convertem sinais físicos, como nível de água, pressão, velocidade em sinais análogicos ou digitais, além de gerenciamento de atuadores, como partida e parada de motores ou fechamento de uma válvula, por exemplo.

“O PLC (programmable logic controller), também conhecido no Brasil como CLP(controlador lógico programável) ou CP(Controlador Programável), é um dispositivo físico, eletrônico, que possui uma memória interna programável capaz de armazenar sequências de instruções lógicas binárias, além de outros comandos.”[5]

 

PLC e suas expansões

            O CLP por meio de rede de comunicação , está interligado com o sistema de supervisão, o qual o operador se torna responsável  por comandar e monitoriamento das variáveis de processos, obtidas pelo controlador no chão-de-fábrica. Os tipos de variáveis dividem em analógicas e digitais, a qual a primeira assumem valores entre 4mA a 20mA, enquanto as variáveis digitais podem assumir  dois valores(0 ou 1) de acordo  com a lógica booleana.

            Um sistema de supervisão pode ser classificado de acordo com a complexidade, bem como o número de portas entradas/saídas e robustez. A Interface Homem-Máquina(IHM) é um hardware industrial, que consiste em sistemas utilizados diretamente  em ambiente industrial, com elevado grau de proteção (IP), com aplicação bastante especifíca de seu uso, e permite trabalhar em conjunto com o CLP e SCADA, que consiste em software industrial que é operado em computadores com a plataforma Windows®, o qual todo o seu gerenciamento é realizado em salas de controle ou remotamente através de uma rede de internet.

            As principais características de um sitema de supervisão consiste em compatibilidade com CLPs industriais, possibilidade em trocar dados com outros aplicativos e ferramentas, geração de relatórios completos, planejamento e execução de tarefas, além da própria programação realizada em linguagem de alto nível como C++ ou Visual Basic™ e principalmente a conectividade com a internet.

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Tipos de automação

            A automação rígida, trata-se de uma linha de produção fixa, sendo necessário a remodelagem de todo o sistema produtivo quando se deseja alterar o produto na linha de  produção, e este processo é economicamente viável para produção em larga escala de um determinado produto. Enquanto a automação flexível é empregada em linhas de produção que necessitam da fabricação de diversos produtos, no mesmo processo produtivo, porém com um volume inferior em relação a automação rígida.

            Por fim, a automação programável é empregada em pequenos volumes, que necessitam de constantes mudanças da linha de produção, e que demanda apenas a reprogramação dos equipamentos para a produção de um novo produto e/ou lote. 

Conclusão

         Portanto, notamos a incessante vontade do homem, de usar as forças da natureza para fazer seu trabalho, o que livra de tarefas monótonas. Aumentando a produtividade a níveis nunca atingiveis na nossa história evolutiva, se usasse somente a força muscular.

            A automação esteve em crescente evolução nas ultimas décadas, principalmente após o surgimento dos microprocessadores na década de 70. Que proporcionou versatilidade, e uma gama maior de comandos possíveis, permitindo aumento de produtividade e redução de custos, além de maior segurança para os operários, e diminuição de perdas materiais e gastos energéticos.

            As perspectivas futuras são fantásticas, onde muitos especialistas imaginam um futuro onde intervenção humana na indústria será mínima. Que mudará a dinâmica de mercado existente, a mão-de-obra livre criada pelos avanços tecnológicos irá nos oferecer uma explosão de investimentos, que acarretará uma transformação de nossas vidas e empregos de forma benéfica.


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Referências Bibliográficas

[1] DORF, Richard C.; Bishop, Robert. Sistemas de Controle Moderno. 8. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2001.

 

[2] GOEKING, Weruska. Da máquina a vapor aos softwares de automação. Disponível em:<http://www.osetoreletrico.com.br/web/a-revista/343-xxxx.html>. Acesso em: 13 jun. 2015..

 

[3] SILEVIRA, Leonardo et. Al. Um breve histórico conceitual da Automação Industrial e Redes para Automação Industrial. Disponível em: <http://www.dca.ufrn.br/~affonso/FTP/DCA447/trabalho1/trabalho1_13.pdf>.

Acesso em: 13 jun. 2015.

 

[4] MORAES, Cícero Couto de et. Al. Engenharia de Automação Industrial. 2. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2013.

[5] ROSÁRIO, João Maurício. Princípios de mecatrônica. 1. ed. São Paulo: Prentice Hall, 2005.

[6] LIBERALESSO, Alan. Sistema de controle para processos debateladas. Mecatrônica Atual, São Paulo: Saber, ano 6, nº39, dez. 2008.

[7]https://go.hotmart.com/S9837603K