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.
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| 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]
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| 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.
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.
