Sistemas Embarcados na Automação Industrial

Automação Industrial

Já faz um tempo que a automação industrial não utiliza mais sistemas pneumáticos para controle de processos, provando que os sistemas embarcados tomaram conta não somente da vida doméstica, mas também do chão de fábrica.

 

Seja numa fábrica de automóveis ou em uma plataforma de produção de petróleo, a cada dia o número de computadores embarcados na indústria cresce e traz grandes benefícios, tais como:

  • Qualidade do Produto Final;
  • Velocidade de Produção;
  • Segurança Operacional;
  • Menores Perdas de Produção;
  • Maior Preservação do Meio Ambiente.

 

Esses benefícios favorecem todos os envolvidos na atividade industrial, Investidores, colaboradores e a própria natureza.

 

Uma das grandes vantagens é, sem dúvida a capacidade de monitoração remota de processos e máquinas, pois se torna muito mais fácil acompanhar as informações até mesmo pela internet.

 

Os sistemas embarcados utilizados na automação industrial utilizam os mais diversos tipos de processadores, de microcontroladores 8-bits a poderosos ARM Cortex A ou i386, a escolha do processador mais adequado depende de características como performance, segurança, e é claro do custo do projeto. Também não é difícil encontrarmos FPGAs nesses equipamentos.

 

O desenvolvedor de sistemas embarcados para automação deve estar atento às particularidades impostas pelo ambiente industrial e suas características, já que existe uma grande diferença na hora de desenvolver equipamentos para o controle de máquinas e processos.

 

Como são aplicados em finalidades críticas, é desejável que esses sistemas embarcados possuam características como: 

  •  Programabilidade;
  •  Alta confiabilidade;
  •  Imunidade a ruídos e interferências;
  •  Isolação óptica de entradas e saídas;
  •  Detecção de falhas;
  •  Alta conectividade;
  •  Operação em Tempo Real;
  •  Operação em condições ambientais severas;
  •  Segurança intrínseca(Proteção em atmosfera explosiva);
  •  Redundância.

 

Vejamos os principais sistemas embarcados utilizados na automação industrial, que são encontrados no mercado.

  • Controlador Single Loop/Mult Loop;
  • CLP/PLC (Controlador Lógico Programável);
  • Soft PLC;
  • PAC (Controlador Programável de Automação);
  • CNC (Comando Numérico Computadorizado);
  • SDCD (Sistema de Controle Digital Distribuído);
  • Instrumentos Inteligentes;
  • PC Industrial;
  • IHM (Interface Homem-Máquina);
  • Computador de Vazão;
  • Analisadores Industriais;
  • Robótica Industrial;
  • Acionamentos Elétricos (Soft-Start, Inversor de Frequência e Servoacionamentos).

 

Essas e outras tecnologias têm aberto campo de trabalho para diversos profissionais como os de automação, TI, eletro-eletrônica, e até mesmo da mecânica já que as máquinas ferramenta como tornos e fresadoras podem ser comandados por computador e são largamente utilizadas nas indústrias de produção em massa.

 

 

CNC (Comando Numérico Computadorizado)

 

on 3

 

Os CNC  como são chamados, são computadores dedicados ao controle de eixos de máquinas a fim de controlar o deslocamento de suas partes móveis e executar movimentos previamente programados. Na figura acima vemos um centro de usinagem da empresa brasileira ROMI.  

 

 

CLP/PLC (Controlador Lógico Programável)

 

O CLP é um dos mais famosos controladores da indústria, executando controle de variáveis digitais e analógicas. Ele recebe sinais de diversos sensores e medidores, compara esses sinais com seu programa e com os valores de set-point introduzidos pelo usuário e aciona atuadores como motores e válvulas. Graças as suas capacidades de programação e também de aplicação em máquinas e processos, ele cumpre papel fundamental na automação industrial. Em breve farei uma série mais detalhada sobre esse importante equipamento. O CLP da figura é o Modicon M340 da Schneider Electric.

 

modicon m340

 

 

PAC (Controlador Programável de Automação)

 

O PAC tem sido um dos destaques na indústria moderna, pois reune as capacidades do CLPs com o poder de processamento dos PCs industriais.

 

APAX

 

O PAC acima é produzido pela empresa Advantech  e possui as seguintes características:

  • D510 Intel Atom 1,66 GHz;
  • Onboard 2 GB DDR2 DRAM;
  • Sistema redundante com dois controladores (mestre e escravo) para garantir o controle contínuo de I / O;
  • Expande I / O, ligando com módulos APAX-5000 E / S;
  • Suporta Windows WES7, WES2009 e Windows CE;
  • Fornece C / C + + e Biblioteca .NET para I / O controle e comunicação;
  • Suporta tarefas de controle em tempo real no Windows CE através ProConOS;
  • 2 x RS-232/422/485 (controle de fluxo automático);
  • 3 x 10/100/1000 Mbps LAN, 4 x USB 2.0.

 

 

PC Industrial

 

Com uma presença cada vez maior no chão de fábrica, o PC industrial é um dos equipamentos que se destacam. Sua construção difere dos computadores comuns pela robustez e confiabilidade que deve possuir para operar em aplicações críticas de alto desempenho.

 

Como sistema operacional podem ser utilizados o Windows ou o Linux.

 

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Computador de Vazão

 

Computador de vazão

 

O computador de vazão é um sistema embarcado dedicado a análise de informações de medição de vazão de líquidos e gases dos processos industriais, reunindo dados como:

  • Totalização da vazão(Cálculo do volume total);
  • Análise de perdas;
  • Medição fiscal;
  • Registro de dados;
  • Monitoração de alarmes.

 

A informação de vazão utilizada pelo computador é transmitida por medidores de vazão eletrônicos introduzidos nas tubulações a serem medidas. O computador apresentado é da empresa KROHNE, representado pela empresa brasileira CONAUT.

 

 

Instrumentos Inteligentes

 

Com a popularização dos microcontroladores, foi possível agregar certa "inteligência" aos instrumentos, tornando possível a utilização dos instrumentos não somente para fins de medição, mas também como parte de estratégias de controle avançadas.

 

Os instrumentos que operam nas redes Profibus PA, e Foundation Fieldbus são exemplos clássicos de instrumentos que realizam essas funções.

 

Abaixo vemos um transmissor de temperatura com a haste sensora acoplada em sua lateral. O transmissor é o instrumento que recebe o sinal do sensor, processa essa informação e envia para outro equipamento utilizado no processo como um CLP ou PC industrial.

 

O transmissor apresentado é fabricado pela empresa Emerson.

 

m644_01_prodImg 

 

Acionamentos Elétricos

 

Com grande importância na indústria moderna, temos os equipamentos que fazem o controle dos motores elétricos, esses equipamentos chamados também de DRIVERs, são largamente utilizados de forma autônoma ou agregado a algum CLP, são eles:

  • Inversor de Frequência;
  • Soft-Start;
  • Servo-Conversor.

 

O inversor de frequência permite o controle de vários parâmetros do motor como torque e velocidade.  Já o soft-start, como o próprio nome diz, permite apenas a partida suave dos motores elétricos afim de proteger a rede elétrica contra picos elevados de corrente elétrica. Na figura podemos conferir alguns inversores de frequência da empresa brasileira WEG.

 

CFW08

 

O servo-conversor trabalha em par com o servo-motor e é utilizado para acionamentos de grande precisão em eixos de máquinas como em CNC e robôs industriais.

 

 Servos

 

 

IHM

 

A maioria dos sistemas de automação requerem um meio para monitorar os dados durante a operação da máquina ou processo.

 

Uma IHM consiste em um equipamento microprocessado, capaz de se comunicar através de uma ou mais redes e apresentar os dados em seu display, permitindo ao usuário alterar e ler os valores em tempo real. Existem diversos tipos de IHM, inclusive podemos encontrar no mercado alguns modelos de CLP com IHM incorporada. Abaixo vemos um exemplo de IHM da Siemens.

 

IHM Siemens 2

  

Exemplo de CLP com IHM incorporada (Novus).

 

t2-xl_web

 

Em breve veremos outros exemplos de equipamentos e suas características, e como elas contribuem para o avanço da indústria em todo mundo.

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Carlos Márcio Freitas
Engenheiro eletricista trabalha a 13 anos com sistemas microprocessados para automação industrial e eletrônica automotiva (com certificação ASE), atualmente trabalha com automação na industria de óleo e gás.

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Michel R. S.
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Michel R. S.

Excelente a abordagem do texto.
Muito explicativo quanto a essas tecnologias envolvidas no ambiente idustrial, algumas que nem sequer ouvi falar ainda.
Agradeço e parabéns pelas informações prestadas contribuindo para o ganho de conhecimento.

José Morais
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José Morais

Ola a todos. vim deixar apenas uma dica "na verdade é mais um pedido". Acho que seria um ótimo assunto uma matéria sobre o uso e as proteções necessárias para se usar um microcontrolador dentro de uma indústria. Se tem classes especiais PIC ou AVR para essas aplicações, os cuidados que tem que ser tomados por causas das interferências de motores, inversores de frequência , reatores , temperaturas oscilantes , inveja , mau olhado dos operadores . Sei que o assunto é extenso mas acho que é a duvida de bastante gente. E por favor foco nos AVR "rsrsrs" .… Leia mais »

Matheus Quick
Visitante
Matheus Quick

bom

Emanuel Angelim Pereira
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Emanuel Angelim

Além da formação é claro, é necessário o CREA, para exercer o papel de Engenheiro, nessa área?

André Lima
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André Lima

Carlos, poderia me dizer que tipo de microcontroladores tem uso mais comum em CLPs?
Conheço uns modelos simples e já antigos da Siemens que utilizam microcontrolador com núcleo C51. Estou fazendo uma pesquisa sobre aplicação dos diversos microcontroladores existentes no mercado na indústria. Há bastante aplicação industrial para os PICs? Obrigado.

Geciane Cardoso
Visitante
Geciane Cardoso

oi Carlos Márcio eu quero uma ajudinha sua ,vou falar no meu TCC sobre sistemas embarcados nas industrias .Você pode me dar uma ajuda .

Marcelo Jo
Visitante
Marcelo Jo

ótimo post Carlos. Tenho aprendido bastante com vc! Parabéns!

Emerson Gomes
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Emerson Gomes

Péssimo texto, da a entender quem quem escreveu não conhece nada de automação de processos, dizer que a automação industrial não utiliza mais sistemas pneumáticos para controle de processos, sendo a pneumática e hidráulica sempre são tudo dentro de um processo de automação de uma fabrica, afinal os sistemas embarcados monitoram e comandam estas funções, num sistema seja ele de malha aberta ou fechada. A contradição já começa quando nos exemplos mostra uma fresadora CNC, que usa sistema embarcado e também necessita de pneumática.

Felipe Lavratti
Visitante
Felipe Lavratti

Obrigado Emerson por apresentar seu ponto de vista, cuidado para não confundir a palavra Atuadores com Controladores. Saudações.

Carlos Márcio Freitas
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Carlos Márcio Freitas

Olá Emerson, na automação não se utiliza mais sinal pneumático de 3 a 15 PSI como sinal nos instrumentos, pois esse sinal foi utilizado por muitas indústrias nas décadas de 70 e 80, quando nos referimos a sistemas pneumáticos não nos referimos aos atuadores e acionamentos pneumáticos como cilindros, motores e válvulas direcionais, mas somente ao sinal de instrumentação que foi substituído pelo 4-20ma , redes HART, PROFIBUS e FOUNDATION FIELDBUS. O equipamento da primeira foto é um centro de usinagem Discovery 1250 da ROMI ele não utiliza sinal pneumático 3-15 PSI para comunicação com os instrumentos. Espero ter tirado… Leia mais »

Emerson Gomes
Visitante
Emerson Gomes

Muito bom, só acho que poderia ter uma observação deixando claro ao ponto exato que se referi para que outras pessoas também não venhaa confundir. Mas parabéns pelo texto.

Lucas Trado Pinto
Visitante
Lucas Trado Pinto

Emerson Gomes, primeiramente aprenda a escrever, para após isto criticar às pessoas, leia, estude e Culture-se para expor sua opinião sabiamente e culturalmente, no mais ótimo texto Carlos Márcio Freitas, continue nos oferecendo textos como este, parabéns !

André Castelan
Visitante

Excelente post Carlos!!!