Tipos de automação industrial: descubra quais são e confira exemplos

Neste artigo, exploramos quais são os 4 tipos de automação industrial no mercado e mostramos quais são as aplicações de cada um deles. Confira.

A automação industrial usa sistemas de controle, normalmente computadores ou robôs, para lidar com processos da manufatura e máquinas que liberam trabalhadores humanos para outras tarefas mais valiosas na linha de produção.

Esses sistemas podem operar equipamento industrial automaticamente e normalmente incluem loops de feedback e programas sensoriais que podem ajustar as condições de operação automaticamente para chegar aos valores desejados baseados em dados de tempo real.

Existem diversas maneiras de descrever os níveis do processo de automação industrial, mas o mais simples segue a pirâmide hierárquica de três níveis. Separamos este ponto de destaque antes de abordar os tipos de automação industrial para facilitar o entendimento sobre as camadas de tomada de decisão e uso da automação. Confira.

Nível de supervisão

No topo da hierarquia, o nível de supervisão normalmente consiste de computador Industrial, que está disponível como PC desktop, computador painel ou computador rack-mounted.

Esses computadores funcionam em sistemas operacionais padrão com softwares especiais, normalmente oferecidos pelos fornecedores do processo de controle industrial.

O principal propósito do software é a visualização de processos e parametrização. Uma internet industrial especial é usada para comunicação, que pode ser tanto Gigabit LAN ou qualquer topologia wireless (WLAN).

Sistemas MES

Os sistemas MES (manufacturing execution system), também conhecidos como sistemas de execução de manufatura, são sistemas computadorizados usados na fabricação para rastrear e documentar a transformação de matérias-primas em produtos acabados.

Eles auxiliam os gestores de produção na avaliação do desempenho da linha, indicando se o planejamento está sendo executado corretamente.

No eventual caso de erros ou situações inesperadas, as inconsistências são detectadas quase imediatamente, o que ajuda as equipes em um troubleshooting mais ágil para não comprometer a qualidade do produto.

Os sistemas MES são híbridos que conversam com softwares e hardwares, além de trabalharem com ERPs na administração de informações do planejamento e execução. Além disso, podem ser implantados de maneira modular, separando OEE (que já explicamos aqui), APS e Kanban.

Sistemas SCADA

Os sistemas SCADA, também conhecidos como sistemas de supervisão e aquisição de dados, fazem a coleta e monitoramento de dados e variáveis nos dispositivos de sistemas de controle. Eles são formados por componentes de software e hardware, como Unidades Terminais Remotas (RTUs) e Controladores Lógico Programáveis (CLPs).

Os sistemas SCADA atuam com protocolos de comunicação proprietários ou abertos, então podem se comunicar com hardwares e softwares de diferentes fabricantes.

Além disso, são acessíveis tecnologicamente, já que podem ser aplicados em computadores comuns com o uso de sistemas operacionais populares, como o Windows, também sendo modulares e aplicáveis em uma única máquina ou várias.

São formados, essencialmente, por sensores e atuadores, controladores, redes industriais e salas centrais e estações de controle.

Nível de controle

O nível de controle é o meio da hierarquia e essa é a área onde os programas relacionados à automação são executados. Para esse propósito de automação, normalmente, PLCs são usados, o que oferece capacidade de computação em tempo real.

Os PLCs normalmente são implementados usando microcontroladores 16-bit ou 32-bit e funcionam em sistemas operacionais próprios para atingir objetivos em tempo real. Os PLCs também são capazes de interagir com vários dispositivos I/O e podem comunicar através de vários protocolos, como MOdbus, Ethernet/IP, Profinet e CAN.

Antigamente, os PLCs eram utilizados para funções específicas, como controle de processo, controle de motion (com servo-motores e movimentos sincronizados), controle de segurança e outros mais.

Contudo, com a atualização da tecnologia e avanço no desenvolvimento desses sistemas, se tornaram os PACs (Programmable Automation Controller), os controladores programáveis de automação. Esses PACs são muito mais complexos, atuando de maneira multidisciplinar, e vêm substituindo os PLCs nas indústrias.

Nível de campo

O equipamento de terminal como sensores e atuadores é categorizado como nível de campo na hierarquia.

Os sensores de temperatura, sensores ópticos, sensores de pressão e atuadores como motores, válvulas e interruptores são conectados a um PLC através de field bus e comunicação entre os dispositivos de nível de campo e seu correspondente PLC é normalmente baseado em conexão ponto-a-ponto.

Tanto a conexão wireless quanto a conexão por fio são usadas para comunicação e, usando essa comunicação, o PLC pode diagnosticar e parametrizar vários componentes.

Além disso, os sistemas de processos para automação industrial também dependem de 2 grandes sistemas, eles são:

• Suprimento de energia industrial
• Segurança e proteção

Essas exigências de energia para diferentes sistemas em diferentes níveis de hierarquia podem ser muito diferentes. Por exemplo, um PLC normalmente funciona em 24V DC, enquanto motores pesados funcionam em AC de 1 fase ou 3 fases.

Por isso, uma grande variedade de fornecimento de energia é necessária para uma operação tranquila. Adicionalmente, é necessário implementar sistemas de segurança para os softwares usados no controle de PLC, já que eles podem ser facilmente modificados ou corrompidos.

Considerando todos os níveis acima e seus componentes correspondentes, um sistema de automação industrial tradicional terá a seguinte estrutura:

Como identificar o tipo de automação industrial certo para sua manufatura? Podemos determinar o sistema de automação certo através de:

• Condições de trabalho
• Pressões competitivas
• Exigências de trabalho
• Especificações de fabricação e montagem
• Custos de mão de obra

Existem 4 tipos de sistemas de automação específicos: automação fixa, automação programável, automação flexível e automação integrada.

Abaixo, veremos cada uma delas, bem como suas vantagens e desvantagens, para você poder determinar o que é melhor para sua empresa.

1. Automação fixa

Sistemas de automação fixos, também conhecidos como “hard automation”, são desenvolvidos para completar um grupo de tarefas específicas repetidamente.

Sistemas de automação fixa normalmente são usados para produção em massa ou sistemas de fluxo contínuo. Um exemplo é a linha de montagem em esteiras na indústria de manufatura automotiva, que move objetos com mínimo esforço, aumentando a eficiência.

Processos de montagem compatíveis com esses sistemas incluem a manufatura repetitiva que permite variações limitadas dentro do processo de montagem (empacotamento de comida ou usos na indústria têxtil).

Adotar um sistema de automação fixa como esteiras de montagem ajuda a gerar soluções de valor como custo no tempo e na mão de obra dentro das fábricas, diminui a pressão competitiva para os negócios, aumenta a margem de lucro e mantém sua empresa à frente dos concorrentes locais.

2. Automação programável

Sistemas de automação programável são controlados por comandos entregues por um programa de computador. Por conta disso, o processo de automação pode variar baseado nas instruções enviadas ao computador pelo código inserido.

A automação programável é normalmente usada em locais onde itens similares são produzidos usando os mesmos passos e ferramentas. Por exemplo, laminadores de papel ou metal usam os mesmos passos para criar diferente tipos de produtos.

Processos compatíveis com a automação programável incluem a fabricação repetitiva em longo período de tempo e em grandes lotes. Normalmente são aplicados na indústria automotiva e fabricação de máquinas.

Contudo, o custo inicial de implementação do equipamento de automação programável exige alto custo. Como os processos são contínuos e mudam pouco para o tipo de operação dessas máquinas, costumam reduzir o custo total de aquisição.

3. Automação Flexível

A automação flexível, também conhecida como “soft automation”, é conhecida por usar processos em lotes com variedade de produtos.

Cada peça do equipamento recebe instruções de um computador operado por humanos, então a mudança de código pode ser entregue ao sistema do equipamento de automação (como um robô), permitindo uma produção mais flexível.

A principal vantagem da automação flexível entre os tipos de automação industrial é que as mudanças de produto ocorrem rapidamente e automaticamente porque são feitas pelo sistema de controle, diminuindo o tempo gasto para reconfigurar o equipamento entre os lotes.

Todas as indústrias podem usar automação flexível, mas as mais comuns são a têxtil, processamento de alimentos ou fabricação de tintas; fabricação de oficina; produção em lotes em que a matéria-prima se move em esteiras (indústria farmacêutica e produção de tintas); processo de fabricação contínua como na indústria de bebida e alimentos, assim como a petroquímica.

4. Automação integrada

Os sistemas de automação integrada envolvem a automação completa de fábricas de produção com envolvimento humano mínimo. Os computadores podem ser usados para desenhar partes, testar designs completos e então fabricar os produtos.

A automação integrada pode ser usada no processo de fabricação contínua e criar lotes de produtos com acompanhamento humano remoto.

As tecnologias usadas nesse tipo de automação industrial incluem:

• Planejamento de processo assistido por computador
• Projeto e fabricação assistidos por computador
• Máquinas-ferramentas de controle numérico computadorizado
• Controle informatizado de produção e programação
• Sistemas automáticos de armazenamento e recuperação
• Sistemas de máquinas flexíveis
• Sistemas automatizados de manuseio de materiais, por ex.: robôs
• Correias transportadoras e guindastes automatizados

Existem diversos benefícios para a automação industrial dentro das fábricas, incluindo:

1. Menores custos operacionais. Sistemas de automação industrial reduzem os gastos com mão de obra em locais onde a mesma está escassa, reduzem desperdício e aumentam a produtividade;
2. Maior produtividade. Empresas podem contratar centenas de funcionários para turnos seguidos, mas essas pessoas ainda precisam de pausas, férias e descanso. Fábricas automatizadas podem operar 24/7;
3. Produtos de alta qualidade. Automação pode ajudar a reduzir a quantidade de erros associados ao trabalho humano na linha de montagem, já que operações manuais e monótonas podem gerar falhas. Essa modificação resulta numa maior qualidade de produtos saindo da linha de montagem;
4. Maior flexibilidade. Ao invés de treinar um trabalhador para uma nova tarefa, é possível configurar um robô para assumir a nova tarefa com rapidez;
5. Maior segurança. Robôs ou outros tipos de sistemas de automação podem manter as pessoas fora de tarefas perigosas, sujas ou pouco ergonômicas;
6. Coleta de dados mais eficiente. Dados coletados pela automação dão aos gestores acesso à informações sobre a produção que anteriormente não seriam tão claras, o que ajuda a tomar decisões mais assertivas.

Os cobots,robôs colaborativos desenvolvidos pela Universal Robots, são equipamentos de alta tecnologia desenvolvidos para automação em linha produtiva que assumem tarefas normalmente atribuídas a humanos, liberando-os de funções pouco ergonômicas, monótonas, sujas, perigosas ou apenas pouco eficientes.

Eles são flexíveis, fáceis de programar e implementar, leves e ocupam pouco espaço no chão de fábrica. Além disso, após apreciação de risco, podem ser usados sem células de segurança, o que reduz custo com equipamentos e mudanças no layout produtivo.

Também podem operar lado a lado de humanos, recebendo daí o título de colaborativos, já que são facilmente integrados a processos que possuem pessoas trabalhando junto.

Para saber mais sobre como os cobots podem se adaptar à sua indústria dentro de tarefas de automação distinta como paletização, parafusamento, soldagem, inspeção de qualidade, empacotamento e outras mais, preencha o formulário abaixo e fale com nossa equipe.