O que é automação industrial? Tipos, níveis, vantagens

Neste artigo, veremos uma visão geral da Automação Industrial, quais são as vantagens e desvantagens da Automação Industrial, diferentes tipos de sistemas de automação, diferentes níveis em uma Aplicação de Automação Industrial típica e muito mais. Resumo IntroduçãoO que é Automação Industrial? Exemplo para Entender Automação IndustrialMotivação para Automação IndustrialNíveis de Processo de Automação IndustrialNível de ControleNível de ControleNível de CampoTipos de Sistemas de Automação IndustrialSistema de Automação Fixo Sistema de Automação ProgramávelSistema de Automação Flexível Sistema de Automação IntegradoVantagens e Desvantagens da Automação IndustrialVantagensDisvantagensIntrodução Desde o período da revolução industrial na Grã-Bretanha, sempre houve uma quantidade significativa de esforços de desenvolvimento na Grã-Bretanha para ajudar as pessoas em diferentes tarefas de produção. Um processo de produção industrial consiste em uma série de máquinas, através das quais uma combinação de matérias-primas passa atravesse e se transforme no produto final. Aqui, o termo "máquina" pode ser qualquer coisa como um motor, broca, correia transportadora, etc. que vêm sob dispositivos eletromecânicos ou máquinas químicas como fornos, secadores, sistemas de combustão química etc. Hoje, a automação industrial assumiu o processo de produção nas indústrias e é muito difícil imaginar uma linha de produção sem sistemas de automação. Existem vários fatores que levam à implementação de sistema de automação na produção industrial como exigência de produtos de alta qualidade, altas expectativas na confiabilidade do produto, produção em alto volume etc. O que é Automação Industrial? Automação Industrial é um processo de operação de máquinas e outros equipamentos industriais com ajuda de programação lógica digital e redução da intervenção humana na tomada de decisão e no processo de comando manual com a ajuda de equipamentos mecanizados. A definição acima definitivamente não é simples de entender, mas vamos tentar entender o que é uma automação industrial com a ajuda de um pequeno exemplo. Exemplo para compreender a automação industrialConsidere um processo de produção industrial manual, onde um operador observa a temperatura de um forno. Suponha que a tarefa seja atingir uma determinada temperatura e mantê-la por cerca de 30 minutos. Portanto, o operador deve primeiro ajustar a quantidade de combustível para o forno, controlando uma válvula para aumentar a temperatura até a quantidade desejada. Uma vez que a temperatura necessária seja atingida, ela deve ser mantida ajustando constantemente a válvula, ou seja, aumente ou diminua o combustível dependendo da temperatura pelos próximos 30 minutos. Agora, com a automação industrial, todo o processo é feito sem o auxílio de um operador. Primeiro, há um sensor de temperatura colocado próximo ao forno que informa a temperatura para um computador. Agora, há uma válvula motorizada, que também é controlada pelo computador, para o combustível a ser fornecido ao forno. Com base nas leituras de temperatura do sensor, o computador abrirá a válvula para permitir mais combustível no início. Quando a temperatura desejada é atingida, a válvula é desligada. Mas o computador pode abrir ou fechar a válvula, mesmo para permitir que uma quantidade mínima de combustível flua, com base nas leituras de temperatura. O cronômetro no computador indicará quando 30 minutos terminarem e o computador puder desligar completamente o sistema. O exemplo acima pode parecer vago, mas ajuda a entender como um sistema típico de automação industrial pode ser implementado. No exemplo acima, não há absolutamente nenhuma intervenção humana e toda a tarefa é totalmente realizada pelo sistema de automação. Motivação para Automação IndustrialO termo Automação foi cunhado por um Engenheiro da Ford Motor Company, que foi pioneiro em automação industrial e linha de montagem de manufatura . No início, o processo de produção industrial é baseado nos olhos, mãos e cérebro de um trabalhador, ao contrário dos modernos sensores, atuadores e computadores. Originalmente, a implementação da automação em um processo de produção está focada na substituição de um trabalhador humano por uma máquina independente. Inicialmente, essas máquinas independentes tinham que ser coordenadas por um supervisor humano para um processo de produção tranquilo. Mas com os desenvolvimentos tecnológicos em sistemas de controle analógico e digital, microprocessadores e PLCs (controladores lógicos programáveis) e vários sensores, tornou-se muito fácil sincronizar vários máquinas e processos independentes e alcançar a verdadeira automação industrial. Com o aumento da economia industrial, as estratégias de negócios para a automação industrial também mudaram ao longo do tempo. Hoje em dia, as motivações fundamentais para a implementação da automação industrial são: Aumentar a produção Reduzir os custos, especialmente os custos relacionados ao homem Melhorar a qualidade do produto Uso eficiente de matérias-primasReduzir o consumo de energiaAumentar os lucros das empresasHá algumas motivações secundárias para usar a automação no processo de produção industrial como fornecer um ambiente seguro para o operador, reduzir a poluição ambiental, etc. Níveis de processo de automação industrial Existem várias maneiras de descrever os níveis de um processo de automação industrial, mas a mais simples de todas é o seguinte triângulo hierárquico de representação de três níveis de um Aplicação típica de automação industrial. Nível de supervisorSentado no topo da hierarquia, o nível de supervisor geralmente consiste em um PC industrial, que geralmente está disponível como um PC de mesa ou um PC de painel ou um PC montado em rack. Esses PCs funcionam em sistemas operacionais padrão com um software especial, geralmente fornecido pelo fornecedor para controle de processos industriais. O objetivo principal do software é a visualização e parametrização do processo. Uma ethernet industrial especial é usada para comunicação, que pode ser Gigabit LAN ou qualquer topologia wireless (WLAN). Nível de ControleO Nível de Controle é o nível médio na hierarquia e este é o nível onde todos os programas relacionados à automação são executados. Para este propósito, geralmente, controladores lógicos programáveis ​​ou PLCs são usados, que fornecem capacidade de computação em tempo real. Os PLCs são geralmente implementados usando microcontroladores de 16 ou 32 bits e executados em um sistema operacional proprietário para atender aos requisitos de tempo real. Os CLPs também são capazes de fazer interface com vários dispositivos de E / S e podem se comunicar por meio de vários protocolos de comunicação, como CAN. Nível de campo Os equipamentos terminais como sensores e atuadores são categorizados em nível de campo na hierarquia. Os sensores como temperatura, óptica, pressão etc. e atuadores como motores, válvulas, interruptores, etc. têm interface com um PLC através de um barramento de campo e a comunicação entre um dispositivo de nível de campo e seu PLC correspondente é geralmente baseada em uma conexão ponto a ponto. Ambas as redes com fio e sem fio são usadas para comunicação e usando esta comunicação, o PLC pode também diagnosticar e parametrizar vários componentes. Além disso, um sistema de processo de automação industrial também requer dois sistemas principais. São eles: Fornecimento de energia industrial Segurança e proteção Os requisitos de energia de diferentes sistemas em diferentes níveis da hierarquia podem ser extremamente diferentes. Por exemplo, PLCs geralmente funcionam em 24 Vcc, enquanto motores pesados ​​funcionam em CA monofásico ou trifásico. Portanto, uma ampla gama de fonte de alimentação de entrada adequada é necessária para uma operação sem problemas. Além disso, deve haver segurança para o software que está sendo usado para controlar os PLCs, pois pode ser facilmente modificado ou corrompido. Considerando todos os níveis mencionados acima e seus componentes correspondentes, um Sistema de Automação Industrial típico terá a seguinte estrutura. Sistemas de automação industrialAgora que vimos um pouco sobre o layout de um sistema de automação industrial típico, vamos prosseguir com a discussão dos diferentes tipos de sistemas de automação industrial. Os sistemas de automação industrial são geralmente categorizados em quatro tipos.Sistema de automação fixoSistema de automação programávelSistema de automação flexívelSistema de automação integradoSistema de automação fixoEm um sistema de automação fixo, o equipamento de produção é fixado com um conjunto fixo de operações ou tarefas e raramente há alterações nessas operações. O Sistema de Automação Fixo é geralmente usado em processos de fluxo contínuo como transportadores e sistemas de produção em massa. Sistema de Automação Programável No Sistema de Automação Programável, a sequência de operações, bem como a configuração do maquinário, podem ser alteradas usando controles eletrônicos. Este sistema requer uma quantidade significativa de tempo e esforço para reprogramar as máquinas e geralmente usado na produção de processos em lote. Sistema de Automação Flexível Um Sistema de Automação Flexível é geralmente, sempre controlado por computadores e muitas vezes implementado onde o produto varia com frequência. As máquinas CNC são o exemplo de aposta deste sistema. O código fornecido pelo operador ao computador é exclusivo para um determinado trabalho e com base no código, a máquina adquire as ferramentas e equipamentos necessários para a produção. Sistema de Automação Integrado Um Sistema de Automação Integrado é um conjunto de máquinas, processos e dados independentes, todos trabalhando de forma síncrona sob o comando de um único sistema de controle para implementar um sistema de automação de um processo de produção. CAD (Computer Aided Design), CAM (Computer Aided Manufacturing), ferramentas e máquinas controladas por computador, robôs, guindastes e transportadores são todos integrados usando programação complexa e controle de produção. o trabalho pode ser facilmente substituído. Os operadores humanos podem evitar trabalhar em ambientes de produção perigosos com temperaturas extremas, poluição, elementos tóxicos ou substâncias radioativas. As tarefas que são difíceis para um operador humano típico podem ser facilmente realizadas. Essas tarefas incluem o levantamento de cargas pesadas e grandes, trabalhar com objetos extremamente pequenos etc. A produção é sempre mais rápida e o custo do produto é significativamente menor (quando comparado ao mesmo produto que é produzido com operação manual). integrado ao processo de produção para fornecer consistência e uniformidade. A economia da indústria pode ser significativamente melhorada, o que tem um impacto direto no padrão de vida. Desvantagens Perda de empregos. Uma vez que a maioria do trabalho é feito por máquinas, a necessidade de trabalho manual é muito menor. Todas as tarefas desejadas não podem ser automatizadas com a tecnologia atual. Por exemplo, é melhor deixar produtos com formatos e tamanhos irregulares para montagem manual. (Esta tendência parece estar mudando com computadores e algoritmos avançados). É viável usar a automação para determinados processos, ou seja,

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