Automação Industrial (Telecurso 2000)

Automação Industrial (Telecurso 2000)

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Apresentaçªo

Neste módulo vocŒ tem uma visªo das diversas tecnologias relativas aos sistemas automatizados que sªo utilizados nas indœstrias.

De forma bastante simplificada, abordamos elementos da automaçªo que, aparentemente, parecem complexos e atØ mesmo assustadores, como robôs, mÆquinas CNC, sistemas CAD/CAM, inteligŒncia artificial, realidade virtual etc. No entanto, vocŒ verÆ que sªo assuntos de fÆcil entendimento, exigindo, apenas, seu estudo com atençªo.

Para favorecer uma aprendizagem rÆpida do conteœdo das aulas, o módulo se inicia com conceitos bÆsicos da automaçªo, como sistemas de acionamento, lógica digital, atuadores pneumÆticos e hidrÆulicos, motores e sensores. Gradativamente, esses conceitos vªo sendo ampliados e aprofundados para que vocŒ aprenda o que Ø essencial no uso da automaçªo em processos de produçªo industrial.

Mais importante do que conhecer as tecnologias, Ø vocŒ saber como e onde utilizÆ-las, tendo em vista o processo de modernizaçªo das indœstrias nacionais.

Ao final de cada unidade, vocŒ tem oportunidade de avaliar sua aprendizagem, fazendo os exercícios apresentados e conferindo suas respostas com as do gabarito,gabarito,gabarito,gabarito,gabarito, que se encontra no final do livro.

Boa sorte!

AutoresAutoresAutoresAutoresAutores Francisco Carlos D’Emílio Borges Augusto Lins de Albuquerque Neto SØrgio Luiz Rabelo de Almeida Sílvio Luiz Martins de Oliveira

TextoTextoTextoTextoTexto Nívia Gordo

ColaboraçªoColaboraçªoColaboraçªoColaboraçªoColaboraçªo Jóse Roberto Nunes do Espírito Santo

1AULA1 A U L A

VocŒ jÆ reparou que a automaçªo faz parte do dia-a-dia do homem moderno? Pela manhª, o rÆdio-relógio automaticamente dispara o alarme para acordÆ-lo e começa a dar as notícias do dia. Nessa mesma hora, alguØm esquenta o pªo para o cafØ da manhª numa torradeira elØtrica, ajustando o tempo de aquecimento. Na sala, uma criança liga o videocassete, que havia sido programado para gravar seu programa infantil predileto da semana anterior. Quando a casa esquenta pela incidŒncia dos raios solares, o ar condicionado insufla mais ar frio, mantendo a temperatura agradÆvel.

Esses simples fatos evidenciam como a automaçªo faz parte da vida cotidiana.

Conceito

Automaçªo Ø um sistema de equipamentos eletrônicos e/ou mecânicos que controlam seu próprio funcionamento, quase sem a intervençªo do homem.

Automaçªo Ø diferente de mecanizaçªo. A mecanizaçªo consiste simplesmente no uso de mÆquinas para realizar um trabalho, substituindo assim o esforço físico do homem. JÆ a automaçªo possibilita fazer um trabalho por meio de mÆquinas controladas automaticamente, capazes de se regularem sozinhas.

Desenvolvimento da automaçªo

As primeiras iniciativas do homem para mecanizar atividades manuais ocorreram na prØ-história. Invençıes como a roda, o moinho movido por vento ou força animal e as rodas d’Ægua demonstram a criatividade do homem para poupar esforço.

PorØm, a automaçªo só ganhou destaque na sociedade quando o sistema de produçªo agrÆrio e artesanal transformou-se em industrial, a partir da segunda metade do sØculo XVIII, inicialmente na Inglaterra.

Os sistemas inteiramente automÆticos surgiram no início do sØculo X.

Entretanto, bem antes disso foram inventados dispositivos simples e semiautomÆticos.

Introduçªo à automaçªo

Um problema

AULADevido à necessidade de aumentar a produçªo e a produtividade, surgiu uma sØrie de inovaçıes tecnológicas:

•mÆquinas modernas, capazes de produzir com maior precisªo e rapidez em relaçªo ao trabalho feito à mªo; •utilizaçªo de fontes alternativas de energia, como o vapor, inicialmente aplicado a mÆquinas em substituiçªo às energias hidrÆulica e muscular.

Por volta de 1788, James Watt desenvolveu um mecanismo de regulagem do fluxo de vapor em mÆquinas. Isto pode ser considerado um dos primeiros sistemas de controle com realimentaçªo. O regulador consistia num eixo vertical com dois braços próximos ao topo, tendo em cada extremidade uma bola pesada. Com isso, a mÆquina funcionava de modo a se regular sozinha, automaticamente, por meio de um laço de realimentaçªo.

A partir de 1870, tambØm a energia elØtrica passou a ser utilizada e a estimular indœstrias como a do aço, a química e a de mÆquinas-ferramenta. O setor de transportes progrediu bastante graças à expansªo das estradas de ferro e à indœstria naval.

No sØculo X, a tecnologia da automaçªo passou a contar com computadores, servomecanismos e controladores programÆveis.

Os computadores sªo o alicerce de toda a tecnologia da automaçªo contemporânea. Encontramos exemplos de sua aplicaçªo praticamente em todas as Æreas do conhecimento e da atividade humana.

Por exemplo, ao entrarmos num banco para retirar um simples extrato somos obrigados a interagir com um computador. Passamos o cartªo magnØtico, informamos nossa senha e em poucos segundos obtemos a movimentaçªo bancÆria impressa.

A origem do computador estÆ relacionada à necessidade de automatizar cÆlculos, evidenciada inicialmente no uso de Æbacos pelos babilônios, entre 2000 e 3000 a.C.

AULAO marco seguinte foi a invençªo da rØgua de cÆlculo e, posteriormente, da mÆquina aritmØtica, que efetuava somas e subtraçıes por transmissıes de engre-

nagens. George Boole desenvolveu a Ælgebra booleana, que contØm os princípios binÆrios, posteriormente aplicados às operaçıes internas de computadores.

Em 1880, Herman Hollerith criou um novo mØtodo, baseado na utilizaçªo de cartıes perfurados, para automatizar algumas tarefas de tabulaçªo do censo norte-americano. Os resultados do censo, que antes demoravam mais de dez anos para serem tabulados, foram obtidos em apenas seis semanas! O Œxito intensificou o uso desta mÆquina que, por sua vez, norteou a criaçªo da mÆquina IBM, bastante parecida com o computador.

Em 1946, foi desenvolvido o primeiro computador de grande porte, completamente eletrônico. O Eniac, como foi chamado, ocupava mais de 180 m† e pesava 30 toneladas. Funcionava com vÆlvulas e relŒs que consumiam 150.0 watts de potŒncia para realizar cerca de 5.0 cÆlculos aritmØticos por segundo.

Esta invençªo caracterizou o que seria a primeira geraçªo de computadores primeira geraçªo de computadores primeira geraçªo de computadores primeira geraçªo de computadores primeira geraçªo de computadores, que utilizava tecnologia de vÆlvulas eletrônicas.

A segunda geraçªo de computadores Ø marcada pelo uso de transistores (1952). Estes componentes nªo precisam se aquecer para funcionar, consomem menos energia e sªo mais confiÆveis. Seu tamanho era cem vezes menor que o de uma vÆlvula, permitindo que os computadores ocupassem muito menos espaço.

Com o desenvolvimento tecnológico, foi possível colocar milhares de transistores numa pastilha de silício de 1 cm†, o que resultou no circuitocircuitocircuitocircuitocircuito integradointegradointegradointegradointegrado (CI). Os CIs deram origem à terceira geraçªo de computadoresterceira geraçªo de computadoresterceira geraçªo de computadoresterceira geraçªo de computadoresterceira geraçªo de computadores, com reduçªo significativa de tamanho e aumento da capacidade de processamento.

Em 1975, surgiram os circuitos integrados em escala muito grande (VLSI).

Os chamados chipschipschipschipschips constituíram a quarta geraçªo de computadoresquarta geraçªo de computadoresquarta geraçªo de computadoresquarta geraçªo de computadoresquarta geraçªo de computadores. Foram entªo criados os computadores pessoais, de tamanho reduzido e baixo custo de fabricaçªo.

Para se ter idØia do nível de desenvolvimento desses computadores nos œltimos quarenta anos, enquanto o Eniac fazia apenas 5 mil cÆlculos por segundo, um chip atual faz 50 milhıes de cÆlculos no mesmo tempo.

Voltando a 1948, o americano John T. Parsons desenvolveu um mØtodo de emprego de cartıes perfurados com informaçıes para controlar os movimentos de uma mÆquina-ferramenta.

Demonstrado o invento, a Força AØrea patrocinou uma sØrie de projetos de pesquisa, coordenados pelo laboratório de servomecanismos do Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT). Poucos anos depois, o MIT desenvolveu um protótipo de uma fresadora com trŒs eixos dotados de servomecanismos de posiçªo.

A partir desta Øpoca, fabricantes de mÆquinas-ferramenta começaram a desenvolver projetos particulares.

AULAEssa atividade deu origem ao comando numØricocomando numØricocomando numØricocomando numØricocomando numØrico, que implementou uma forma programÆvel de automaçªo com processo controlado por nœmeros, letras ou símbolos.

Com esse equipamento, o MIT desenvolveu uma linguagem de programaçªo que auxilia a entrada de comandos de trajetórias de ferramentas na mÆquina. Trata-se da linguagem APT (do inglŒs, Automatically Programmed Tools, ou “Ferramentas Programadas Automaticamente”).

Os robôs (do tcheco robota, que significa “escravo, trabalho forçado”) substituíram a mªo-de-obra no transporte de materiais e em atividades perigosas. O robô programÆvel foi projetado em 1954 pelo americano George Devol, que mais tarde fundou a fÆbrica de robôs Unimation. Poucos anos depois, a GM instalou robôs em sua linha de produçªo para soldagem de carrocerias.

Ainda nos anos 50, surge a idØia da computaçªo grÆfica interativacomputaçªo grÆfica interativacomputaçªo grÆfica interativacomputaçªo grÆfica interativacomputaçªo grÆfica interativa: forma de entrada de dados por meio de símbolos grÆficos com respostas em tempo real. O MIT produziu figuras simples por meio da interface de tubo de raios catódicos (idŒntico ao tubo de imagem de um televisor) com um computador. Em 1959, a GM começou a explorar a computaçªo grÆfica.

A dØcada de 1960 foi o período mais crítico das pesquisas na Ærea de computaçªo grÆfica interativa. Na Øpoca, o grande passo da pesquisa foi o desenvolvimento do sistema sketchpad, que tornou possível criar desenhos e alteraçıes de objetos de maneira interativa, num tubo de raios catódicos.

No início dos anos 60, o termo CADCADCADCADCAD (do inglŒs Computer Aided Design ou “Projeto Auxiliado por Computador”) começou a ser utilizado para indicar os sistemas grÆficos orientados para projetos.

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