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SISTEMAS INDUSTRIAIS PROF. ME. BRUNO DE ALMEIDA LARÊDO Presidente da Mantenedora Ricardo Benedito Oliveira Reitor: Dr. Roberto Cezar de Oliveira Pró-Reitoria Acadêmica Gisele Colombari Gomes Diretora de Ensino Prof.a Dra. Gisele Caroline Novakowski PRODUÇÃO DE MATERIAIS Diagramação: Alan Michel Bariani Edson Dias Vieira Thiago Bruno Peraro Revisão Textual: Camila Cristiane Moreschi Danielly de Oliveira Nascimento Fernando Sachetti Bomfim Luana Luciano de Oliveira Patrícia Garcia Costa Produção Audiovisual: Adriano Vieira Marques Márcio Alexandre Júnior Lara Osmar da Conceição Calisto Gestão de Produção: Cristiane Alves© Direitos reservados à UNINGÁ - Reprodução Proibida. - Rodovia PR 317 (Av. Morangueira), n° 6114 33WWW.UNINGA.BR U N I D A D E 01 SUMÁRIO DA UNIDADE INTRODUÇÃO ................................................................................................................................................................5 1 CLASSIFICAÇÃO DAS INDÚSTRIAS..........................................................................................................................6 2 INDÚSTRIA DE BENS DE PRODUÇÃO .....................................................................................................................6 2.1 METALURGIA ..........................................................................................................................................................6 2.2 SIDERURGIA ........................................................................................................................................................... 7 2.3 PRODUÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA .................................................................................................................... 7 2.4 EXTRAÇÃO MINERAL ............................................................................................................................................8 2.5 PETROLÍFERA.........................................................................................................................................................8 3 INDÚSTRIA DE BENS INTERMEDIÁRIOS ...............................................................................................................9 3.1 AUTOMOBILÍSTICA ................................................................................................................................................9 3.2 TÊXTIL .....................................................................................................................................................................9 TIPOS DE INDÚSTRIAS ENSINO A DISTÂNCIA DISCIPLINA: SISTEMAS INDUSTRIAIS 44WWW.UNINGA.BR EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA 3.3 ALIMENTÍCIA ........................................................................................................................................................ 10 3.4 FERROVIÁRIA ........................................................................................................................................................ 10 4 INDÚSTRIA DE BENS DE CONSUMO ..................................................................................................................... 11 4.1 INDÚSTRIA DE BENS DURÁVEIS ......................................................................................................................... 11 4.2 INDÚSTRIA DE BENS NÃO DURÁVEIS ................................................................................................................ 11 4.3 INDÚSTRIA DE TECNOLOGIA DE PONTA ........................................................................................................... 12 4.3.1 INFORMÁTICA .................................................................................................................................................... 12 4.3.2 COMUNICAÇÕES ............................................................................................................................................... 12 4.3.3 AEROESPACIAL .................................................................................................................................................. 12 5 EVOLUÇÃO DOS SISTEMAS INDUSTRIAIS ............................................................................................................ 13 6 A REVOLUÇÃO INDUSTRIAL ................................................................................................................................... 13 6.1 PRIMEIRA REVOLUÇÃO INDUSTRIAL ................................................................................................................. 13 6.2 SEGUNDA REVOLUÇÃO INDUSTRIAL ................................................................................................................. 13 6.3 TERCEIRA REVOLUÇÃO INDUSTRIAL ................................................................................................................. 14 6.4 QUARTA REVOLUÇÃO INDUSTRIAL .................................................................................................................... 14 7 MODELOS DE PRODUÇÃO INDUSTRIAL ................................................................................................................ 15 7.1 TAYLORISMO .......................................................................................................................................................... 15 7.2 FORDISMO ............................................................................................................................................................. 16 7.3 TOYOTISMO ........................................................................................................................................................... 16 CONSIDERAÇÕES FINAIS ........................................................................................................................................... 19 5WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS IN DU ST RI AI S | U NI DA DE 1 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA INTRODUÇÃO A Unidade 1 apresenta o contexto histórico em torno dos Sistemas Industriais. No decorrer dela, é possível identificar fatores históricos que ilustram o modelo atual de produção industrial, bem como observar o caminho pelo qual os diversos setores estão percorrendo para manter seus negócios sempre competitivos e saudáveis. Com isso, pode-se analisar o impacto da Revolução Industrial no cenário atual de desenvolvimento de produtos e serviços. Um conjunto de métodos e procedimentos que tem a finalidade de tornar matérias- primas em produtos ou serviços para um público consumidor é o correto e mais adequado modo de definir o que é uma indústria. A classificação dessas indústrias é dada de acordo com o segmento econômico, do qual cada mercado é direcionado, como as indústrias de bens de produção, intermediários e consumo. Esse material, ainda, leva o aluno a conseguir identificar de forma clara o que são bens de consumo duráveis e não duráveis. A compreensão acerca da evolução dos sistemas de produção é importante para o entendimento correto dos Modelos de Produção industriais modernos. A Revolução Industrial é caracterizada em diversos momentos dos últimos 3 séculos e traz a discussão sobre os modelos produtivos Taylorista, Fordista e Toyotista, os quais, neste material, são retratados de maneira a caracterizar o surgimento de cada sistema, bem como de mostrar suas ferramentas de produção. A compreensão da Indústria 4.0 é assimilada mais ao fim da primeira Unidade, o seu significado tem origem no início da segunda década do século XXI, em 2011. O termo surgiu na Feira de Hannover na Alemanha e imprime negócios desenvolvidos até transformação digital na base de automação existente. Na prática, o controle de produção é feito via software e tanto o cliente quanto o fornecedor têm acesso às informações de produção e entrega de um produto ou serviço (DA QUINTINO, 2019). 6WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS IN DU ST RI AI S | U NI DA DE 1 EDUCAÇÃOde fácil entendimento pelo público em geral, com linguagem apropriada aos estudantes de automação. Trata-se de um conteúdo que foca em esclarecer as partes principais de um CLP, ilustrando cada seção com imagens e efeitos de destaque no dispositivo. O que é CLP: Quais as 3 principais partes do CLP. Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=RnYqTpuLWAA. https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788536518411 https://www.youtube.com/watch?v=RnYqTpuLWAA 41WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS IN DU ST RI AI S | U NI DA DE 3 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA CONSIDERAÇÕES FINAIS Esta unidade abordou o controlador lógico programável (CLP). A primeira parte dela foi destinada a apresentar o hardware do CLP. Abordam-se os bastidores, que são frames onde podem ser encaixados slots de diferentes finalidades, desde módulos de fonte de energia até extensões para interfaces de entrada e saída de variáveis. Ilustram-se exemplos, por meio de imagens que ajudam a compreender como são as estruturas que compõem o dispositivo. A segunda parte dela introduz as linguagens de programação utilizadas em CLPs, como as estruturas tabulares, textuais e gráficas. Enfatizou-se o caso das linguagens gráficas, pois são as mais comuns na indústria. Foram estudados casos das programações em Diagrama de Escada - Ladder Diagram (LD), o Diagrama de Blocos Funcionais - Function Block Diagram (FBD) e o Diagrama Sequencial - Sequential Flow Chart (SFC). Para encerrar esta unidade, comenta-se a respeito dos mapas de endereços da memória, evidenciando as nomenclaturas e símbolos utilizados nos Controladores Lógicos Programáveis. 4242WWW.UNINGA.BR U N I D A D E 04 SUMÁRIO DA UNIDADE INTRODUÇÃO ...............................................................................................................................................................43 1 REDES INDUSTRIAIS PARA AUTOMAÇÃO .............................................................................................................44 2 REDES FIELDBUS .....................................................................................................................................................44 3 REDE AS-I .................................................................................................................................................................45 4 REDE PROFIBUS ......................................................................................................................................................46 CONSIDERAÇÕES FINAIS ...........................................................................................................................................49 REDES INDUSTRIAIS PARA AUTOMAÇÃO ENSINO A DISTÂNCIA DISCIPLINA: SISTEMAS INDUSTRIAIS 43WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS IN DU ST RI AI S | U NI DA DE 4 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA INTRODUÇÃO A Unidade 4 destina-se a abordar as principais redes de automação industrial usadas atualmente. O destaque fica por conta das redes de comunicação do tipo FIELDBUS, AS-I e PROFIBUS. No decorrer da Unidade são introduzidos conceitos fundamentais das arquiteturas, exemplos de funcionamento, bem como a inclusão de ilustrações que ajudam a compreender melhor cada sistema. A rede Fieldbus é empregada na integração da comunicação entre dispositivos de campo, como elementos sensores que realizam a medição das variáveis do processo (variáveis de entrada e de saída), de IHMs e de controladores, por meio da interface serial digital. A rede AS-I é destinada também ao emprego da comunicação entre dispositivos de campo. No entanto, implementa a automação do sistema em seu mais alto nível a um baixo custo de investimento. A principal característica dessa rede é a do tráfego de dados de natureza discreta, tais como os coletados por meio dos elementos sensores contidos em campo. A rede Profibus é um padrão de comunicação aberta internacional, normalizado na Europa sob a regulamentação EN 50170. A arquitetura Profibus é baseada na camada física, de enlace e de aplicação, respectivamente, nos níveis 1, 2 e 7 do modelo OSI. O sistema Profibus é muito utilizado na indústria e pode ser encontrado por meio de subdivisões de aplicações como: os periféricos descentralizados (DP); as especificações de mensagens de barramento - (FMS) e; os processos de automação (PA). 44WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS IN DU ST RI AI S | U NI DA DE 4 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA 1 REDES INDUSTRIAIS PARA AUTOMAÇÃO As redes industriais para automação começaram a atuar no Brasil no fim da última década do século XX, em 1990, popularizaram-se e estão em constante evolução no que tange a cada tipo de perfil de cliente, ou seja, cada solução é desenhada de acordo com as necessidades do chão de fábrica (LUGLI, 2019). As redes surgiram no intuito de suprir as necessidades que os sistemas de Controladores de Lógica Programáveis não conseguiam atender nas indústrias, como requisitos em termos de flexibilidade e agilidade em manutenção e questões envolvendo comunicação entre as diferentes partes da referida rede ou redes distintas (LUGLI, 2019). No objetivo de esclarecer como podem ser realizadas as comunicações na rede que, a seguir, são abordados três segmentos de comunicação empregados em automação industrial. 2 REDES FIELDBUS Muitas indústrias, ainda, implementam sistemas via Controladores Lógico Programáveis. No entanto, essa tecnologia possui alto custo de implementação, devido à grande quantidade de cabeamento necessário para funcionamento do sistema, bem como na dificuldade de se realizar manutenções (LUGLI, 2019). O setor precisou se modernizar da mesma forma e pelo mesmo motivo que ocorreu quando só existiam sistemas via relé. A automação industrial evoluiu do Controladores, rede ponto a ponto, para os sistemas das redes industriais que são classificadas em 3 níveis hierárquicos, tais como o nível de campo, nível de controle e nível de fábrica. A rede de nível de campo, ou inferior, é denominada de barramento de campo ou de fieldbus (FILIPPO FILHO, 2014). Um subnível relacionado ao barramento de campo é chamado de dispositivo e é composto de sensores e atuadores que se constituem como elementos da rede. Já a rede desse subnível é chamada de barramento de sensores ou sensorbus (FILIPPO FILHO, 2014). A fieldbus é uma rede de comunicação serial digital robusta que integra dispositivos de campo (de entrada e saída), IHMs e controladores. O avanço tecnológico proporcionou que pudessem ser executados autodiagnósticos, a distribuição do controle do programa que controla os dispositivos de campo, bem como a garantia de que os dados transmitidos sejam os mesmos dados coletados pelos elementos primários (AGUIRRE, 2017). A Figura 1 ilustra a implementação de um cenário de controle e supervisão fieldbus em uma indústria. Figura 1 - Arquitetura e controle com fieldbus. Fonte: Aguirre (2017). 45WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS IN DU ST RI AI S | U NI DA DE 4 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA 3 REDE AS-I A Actuator-Sensor-Interface (AS-I) é uma rede de automação industrial em que sensores e atuadores estão conectados a um controlador com a finalidade de executar a automação do sistema em seu mais alto nível a um custo monetário baixo (AGUIRRE, 2017). O nível de atuação da rede AS-I contempla o nível mais baixo em um contexto de uma pirâmide hierárquica e é onde se encontram os dispositivos de nível de campo, tais como as chaves de partidas, sensores e atuadores, em que a palavra de dados pode estar em bits ou bytes com taxa de transferência de dados de até 1 Kbits/s (AGUIRRE, 2017). O nível logo acima do de campo é o nível de automação, no qual se encontra o barramento de campo, onde a taxa de transmissão de dados pode chegar até 12 Mbits/s. Nos níveis, respectivamente, de controle e supervisório, as taxas podem chegar a 100 Mbits/s (AGUIRRE, 2017). A Figura 2 ilustra a pirâmide que representa hierarquicamente cada nível. Em Aguirre (2017), alguns critérios,listados a seguir, precisam ser observados nos projetos de redes AS-I, no que tange ao envolvimento de interfaces seriais digitais com os sensores e/ou atuadores, são eles: • primeiro: sensores e atuadores de fabricantes distintos devem atuar interoperáveis em uma mesma interface serial digital; • segundo: o cabo deve conter um par de fios, serem flexíveis e de baixo custo; • terceiro: a rede não pode restringir topologia alguma, por exemplo, linha árvore ou anel; • quarto: sinais de dados e sinais elétricos não devem percorrer o mesmo cabo; • quinto: alto nível de confiabilidade nos processos operacionais em um ambiente industrial crítico; • sexto: indica-se um tempo de reação ao sistema de cerca de 5 ms; • sétimo: recomenda-se de 3 a 4 bits de dados nos nós das redes; • oitavo: circuitos de conexão com baixo volume de terminais de instalações; • nono: conexão por nó de baixo custo; • décimo: arquiteturas que facilitem instalações e manutenções. Figura 2 - Pirâmide de automação industrial. Fonte: Aguirre (2017). 46WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS IN DU ST RI AI S | U NI DA DE 4 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA É comum que uma rede AS-I esteja conectada a uma outra rede de um nível hierárquico maior, no intuito de aumentar o ganho no tráfego de informações no sistema. A principal característica da rede AS-I consiste em trafegar informações de natureza discreta, tais como os dados coletados pelos elementos primários (LUGLI, 2019). O ciclo de operação da rede AS-I começa com a leitura desses elementos e que, logo após, passam por uma atualização e, em um terceiro momento, a aplicação executa uma ação em cima do sistema (LUGLI, 2019). O referido processo de operação pode ser observado na imagem da Figura 3. Figura 3 - Ciclo de Operação de uma rede AS-I. Fonte: Lugli (2019). 4 REDE PROFIBUS A rede Profibus é o principal protocolo de comunicação aberta para barramento de campo de padrão internacional. Esse sistema foi normalizado na Europa pela regulamentação EN 50170 e é desenvolvida e administrada por uma entidade formada pelos próprios usuários do Profibus. Os grupos participantes são constituídos da indústria, da academia e de grupos de usuários independentes (DA SILVEIRA, 2009). A arquitetura Profibus é baseada no padrão OSI do modelo de referência, do qual define a camada física, de enlace e de aplicação como, respectivamente, níveis 1, 2 e 7. O nível 3 (camada de rede) pode ser dispensado devido à topologia em barramento possuir um endereçamento simples em termos de roteamento, bem como isentam-se os níveis 4, o de transporte, 5, o de sessão e o 6, de apresentação (DA SILVEIRA, 2009). O protocolo Profibus é largamente utilizado na manufatura, com isso, acabou se desenvolvendo muitas aplicações para o mercado no intuito de atender novas demandas, para tanto, são evidenciadas algumas subdivisões de aplicações na indústria tais como: os periféricos descentralizados - Decentralized Periphery (DP); as especificações de mensagens de barramento - Fieldbus Message Specification (FMS) e; os processos de automação - Process Automation (PA) (DA SILVEIRA, 2009). O Profibus DP é indicado para emprego no chão de fábrica, pois possibilita a conexão entre dispositivos de campo com altas velocidades de transferência de dados. Esse protocolo usa as camadas 1 e 2 do modelo OSI, bem como apresenta um sistema de mapeamento de ligação direta de dados, possibilitando acesso mais simples à camada de enlace por meio da interface de usuário (DA SILVEIRA, 2009). O Profibus FMS tem características similares ao caso da família DP, como na especificação mecânica e elétrica de comunicação. No entanto, é voltado para aplicações de comunicações mais complexas e extensas, por exemplo, entre controladores programáveis e computadores. A velocidade de transmissão de dados é de fundamental importância, pois é com mais agilidade nessa questão que se pode fazer um diagnóstico mais rápido e preciso acerca de um problema, bem como no estabelecimento de prioridades e no carregamento de áreas de memória (DA SILVEIRA, 2009). 47WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS IN DU ST RI AI S | U NI DA DE 4 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA O Profibus PA permite que elementos primários e atuadores possam ser interligados por meio de cabos com um par de fios, bem como do tráfego simultâneo de dados e sinal elétrico por ele. A normalização para a transmissão dessa tecnologia é a IEC 1158-2 e o barramento pode chegar até 32 estações conectadas. A Figura 4 ilustra a arquitetura Profibus com as camadas DP, FMS e PA (DA SILVEIRA, 2009). Figura 4 - Esquema de aplicação Profibus DP, FMS e PA. Fonte: Da Silveira (2009). O avanço tecnológico a partir da década de 1990, possibilitou que muitos dispositivos de campo fossem desenvolvidos, dos quais muitos passaram a ser microprocessados e desempenhar diversos tipos de funções de controle. Esses equipamentos, por meio da integração em interfaces seriais digitais, diminuíram, e muito, a quantidade de cabeamento em campo, já era o princípio das redes Fieldbus (FILIPPO FILHO, 2014). Ao longo da unidade, apresentou-se a estrutura hierárquica de comunicação entre os níveis de campo, a qual ocorre por meio, por exemplo, de rede Fieldbus. Assim como ocorre na indústria de processos, a supervisão e o gerenciamento são conectados com redes LAN, conforme ilustra a Figura 5 (FILIPPO FILHO, 2014). Figura 5 - Estrutura LAN fundamental em uma indústria. Fonte: Filippo Filho (2014). 48WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS IN DU ST RI AI S | U NI DA DE 4 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA Em Silva (2011), é possível perceber a possibilidade de implementar conjuntamente as redes AS-I e Profibus DP. O estudo destaca a possibilidade de poder realizar a comunicação entre redes industriais de diferentes níveis hierárquicos da pirâmide da automação. O trabalho conclui que é possível integrar dispositivos de campo, que são os de rede AS-I, como elementos primários, à uma rede composta por dispositivos com alta complexidade de funcionamento, que são os de rede Profibus DP, por meio de um gateway. A literatura de Instrumentação de Processos Industriais é um livro que aborda tanto a questão conceitual envolvendo a automação industrial e instrumentação como as redes de comunicação estudadas nesta Unidade. Trata-se de uma bibliografia complementar ao material da disciplina. FRANCHI, Claiton M. Instrumentação de Processos Industriais - Princípios e Aplicações. [São Paulo]: Editora Saraiva, 2015. 9788536519753. Disponível em: https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788536519753. O vídeo do engenheiro Alexandre Ribeiro, do canal Jump of the Cat, é um material didático audiovisual sobre redes PROFINET. No decorrer da exposição do tema, Ribeiro discursa sobre os conceitos que envolvem o tema e sua importância para as Redes Industriais, segue o endereço do conteúdo. Automação Industrial: Redes Industriais. É esperado que, após o fim da aula, o aluno compreenda as definições acerca da Rede Profinet, por meio de uma configuração apresentada pelo instrutor via plataforma da Siemens, a qual traz o passo a passo de como realizar a interconexão entre um PLC e um inversor. Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=U_ZIWv9O84c. https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788536519753 https://www.youtube.com/watch?v=U_ZIWv9O84c 49WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS IN DU ST RI AI S | U NI DA DE 4 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA CONSIDERAÇÕES FINAIS Esta unidade abordou as principais redes de automação industrial usadas atualmente, como as redes FIELDBUS, AS-I e PROFIBUS. No decorrer da Unidade, foram introduzidos conceitos, exemplos de funcionamento, bem como a inclusão de ilustrações que ajudam a compreender melhor cada sistema. A rede Fieldbus é empregada na integração da comunicação entre dispositivos de campo, como elementos sensores, IHMs e controladores, por meio da interface serial digital. A rede AS-I é destinada também ao emprego da comunicação entre dispositivosde campo, como no caso Fieldbus. No entanto, implementa a automação do sistema em seu mais alto nível, sua principal característica é a do tráfego de dados de natureza discreta. A arquitetura Profibus é baseada na camada física, de enlace e de aplicação, respectivamente, nos níveis 1, 2 e 3 do modelo OSI. O sistema Profibus é muito utilizado na indústria e pode ser encontrado por meio de suas subdivisões: Profibus DP, Profibus FMS e Profibus PA. Para encerrar a unidade, sugerem-se leituras complementares acerca do tema abordado neste material, como Silva (2011) e Franchi (2015). A respeito do vídeo sugerido sobre redes PROFINET, ele faz parte do canal da DAP Engenharia, que recebeu o engenheiro Alexandre Ribeiro, do canal Jump of the Cat, para apresentar o tema aos seguidores do canal. O referido vídeo é um material didático que explica a configuração de uma rede PROFINET entre um PLC e um inversor. 50WWW.UNINGA.BR ENSINO A DISTÂNCIA REFERÊNCIAS AGUIRRE, L. A.; PEREIRA, C. E.; PIQUEIRA, J. R. C.; PIRES, P. L. D. Enciclopédia de automática: controle e automação. Volume: 2. Editora Blucher, 2017. Disponível em: https:// integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521207726/. Acesso em: 08 abr. 2022. ANDRÉ, L. Controladores Lógicos Programáveis (CLP’s). 2014. Disponível em: https:// pt.slideshare.net/Robisonpardim/apostila-clp-blocos-funcionais. Acesso em: 08 abr. 2022. ANTHONY, S. D.; CLAYTON M. C. Excerpt from book Innovation Handbook: A Road to Disruptive Growth by Scott D. Anthony and Clayton M. Christensen. Harvard Business School Publishing: 2005. ALVAREZ, R. L. P. Uma proposta de modelo de maturidade aplicada à servitização de empresas de bens de consumo duráveis. 2012. Tese (Doutorado em Engenharia Naval e Oceânica) - Escola Politécnica, Université de São Paulo, São Paulo, 2012. Acesso em: 2022-04-07. ALVES, J. L. L. Instrumentação, Controle e Automação de Processos. 2. ed. Rio de Janeiro: Grupo GEN, 2010. Disponível em: https://integrada.minhabiblioteca. com.br/#/ books/978-85-216-1917-8/. Acesso em: 07 abr. 2022. Automação Industrial: Redes Industriais. Disponível em: https://youtu.be/U_ZI Wv9O84c. Acesso em: 03 abr. 2022. BERTOLINO, M. T. Gerenciamento da Qualidade na Indústria Alimentícia. Porto Alegre: Grupo A, 2011. Disponível em: https://integrada.minhabiblioteca.com.br /#/books/9788536323473/. Acesso em: 07 abr. 2022. BORGES, M. R. N.; CARVALHO, P. Geração de energia elétrica: fundamentos. 1. ed. São Paulo: Editora Érica., 2012. BREHME, D. R. de M. Série Estudos Acadêmicos. v. 5. Disponível em: https://editoraitacaiunas. com.br/produto/robotica-educacional-brasil/. Acesso em: 19 mar. 2021. CC BRASIL. Movimento global do Capitalismo Consciente. 2022. Disponível em: https:// ccbrasil.cc/sobre/#movimento. Acesso em: 07 abr. 2022. CAMARGO, V. L. A. D. Elementos de Automação. São Paulo: Editora Saraiva, 2014. Disponível em: https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788536518411/. Acesso em: 28 mar. 2022. Conceito de planta industrial. 2021. Disponível em: https://conceito.de/planta-industrial. Acesso em: 07 abr. 2022. DA GREGÓRIO, G. F. P.; SILVEIRA, A. M. Manutenção industrial. Porto Alegre: Grupo A, 2018. Disponível em: https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books /9788595026971/. Acesso em: 07 abr. 2022. https://www.youtube.com/watch?v=84VbUs8GNfg&list=PL3qONjKuaO2RuREHs_GaW4fUqyYIR-3Pd&index=27 https://www.youtube.com/watch?v=84VbUs8GNfg&list=PL3qONjKuaO2RuREHs_GaW4fUqyYIR-3Pd&index=27 51WWW.UNINGA.BR ENSINO A DISTÂNCIA REFERÊNCIAS DA QUINTINO, L. F.; SILVEIRA, A. M.; AGUIAR, F. R. D. Indústria 4.0. Porto Alegre: Grupo A, 2019. Disponível em: https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/ 9788595028531/. Acesso em: 06 abr. 2022. DA SCHWAB, P. I.; FONSECA, J. J. R.; SILVA, R. M. D. Logística aduaneira. Porto Alegre: Grupo A, 2018. Disponível em: https://integrada.minhabiblioteca.com.br/ #/books/9788595025684/. Acesso em: 07 abr. 2022. DA SILVA, E. A. Introdução às linguagens de programação para CLP. São Paulo: Editora Blucher, 2016. 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A seguir, pode-se analisar cada componente e listar exemplos de cada segmento, evidenciando o ramo da atividade em questão. 2 INDÚSTRIA DE BENS DE PRODUÇÃO A indústria de bens de produção também é conhecida como indústria pesada ou de base. A partir do final do século XX, a indústria brasileira começa a passar por grandes transformações, no sentido operacional, dentro das instalações fabris, e na adoção de novos métodos de gestão de produção (RIBEIRO, 2018). A seguir vários exemplos de indústrias de base. 2.1 Metalurgia A indústria metalúrgica faz o tratamento do material concentrado, a sucata de metal, por meio de vários procedimentos até que o metal seja extraído e refinado, esses processos podem ser caracterizados como: pirometalúrgicos, em que, para obtenção de ferro e aço, os componentes são submetidos às altas temperaturas e aos elementos redutores; hidrometalúrgicos, nos quais ocorre o emprego do meio aquoso para extração do metal, sendo um método que pode ser utilizado para obtenção de cobre e de ouro; e eletrometalúrgicos, nos quais emprega-se eletrólise na separação de, por exemplo, cobre, alumínio e níquel (RIBEIRO, 2018). 7WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS IN DU ST RI AI S | U NI DA DE 1 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA 2.2 Siderurgia A indústria siderúrgica é descrita com base em procedimentos pirometalúrgicos, ou seja, é um caso específico de metalurgia, na qual se consegue extrair e tratar ferro fundido e aço (RIBEIRO, 2018). A Figura 1 ilustra um cenário industrial de uma siderurgia. Figura 1 - Cenário industrial de uma siderúrgica. Fonte: Fundição Moreno (2022). 2.3 Produção de Energia Elétrica O segmento de geração de energia elétrica é outro exemplo de indústria de base. No Brasil, a atividade é predominantemente hidrelétrica (REIS, 2011). No entanto, outras formas de produzir energia estão disponíveis, como as da ilustração da capa do livro Geração de Energia Elétrica - Fundamentos, na qual se constatam usinas hidrelétrica, termelétrica, nuclear, eólica e solar. Figura 2 - Exemplos de fontes geradoras de energia elétrica. Fonte: Borges (2012). 8WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS IN DU ST RI AI S | U NI DA DE 1 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA 2.4 Extração Mineral O setor extrativo mineral brasileiro também é considerado como uma atividade de indústria pesada. O país conta com um território privilegiado para essa prática econômica, em que se encontra grande diversidade de minérios com destaque para a exploração de ferro. Estima- se que a extração de ferro atinja 60% de toda produção e 91% das exportações de minério no Brasil (VARTANIAN, 2021). 2.5 Petrolífera A indústria petrolífera é uma indústria de bens de produção. Historicamente, no Brasil, esse setor surgiu no fim da primeira metade do século XX, em 1938, com a criação do Conselho Nacional do Petróleo (CNP). O referido período foi marcado por um perfil de governo nacionalista, no qual Estatais foram formadas, e Getúlio Vargas, presidente em 1953, esteve presente na concepção da Petrobras (LEITE, 2009). A Figura 3 mostra o panorama do processo de exploração de petróleo, em que fica evidente uma tubulação que alcança a camada de pré-sal a uma distância de 5km à 7km em relação ao nível do mar. Figura 3 - Processo de exploração de petróleo. Fonte: Mises Brasil (2013). 9WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS IN DU ST RI AI S | U NI DA DE 1 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA 3 INDÚSTRIA DE BENS INTERMEDIÁRIOS A indústria de bens intermediários é considerada como o setor que é cliente do segmento de base, ou seja, é aquele ramo que aplica o que foi gerado na indústria pesada, onde transforma o produto bruto recebido em um produto final para o consumidor. Esse campo é, ainda, considerado como a segunda parte da indústria de bens de produção, pois continua a lapidar a matéria-prima até que o bem chegue ao cliente final (LAGO et al., 1979, p. 1). A seguir, pode-se constatar alguns exemplos de indústrias de bens intermediários. 3.1 Automobilística A indústria automobilística global se desenvolve a partir de fatores relacionados ao comércio de produtos e processos de produção, bem como da escolha da localização da multinacional em dada região. A definição de “carro mundial” é baseada em procedimentos padronizados de produção, muito comuns em vários países e em fabricação onde as instalações fabris estejam privilegiadas no sentido de obtenção de mão-de-obra especializada e de baixo custo para produção de mercadorias em larga escala (LANSBURY, 2016). 3.2 Têxtil A indústria têxtil contempla a confecção de tecidos naturais e sintéticos, assim como todo o planejamento e desenvolvimento de tecnologias que atendam as mais variadas demandas de produção de tecidos. O setor é classificado como fibras e fios, tecedoria e acabamento têxtil. A tecnologia em torno dessa indústria abrange essas três áreas e trabalha na aplicação de fundamentos científicos para definição e controle de insumos de produção, tais como materiais naturais e artificiais, a interação desses materiais com as máquinas de produção, além de controle de resíduos para contenção de poluição (LOBO, 2014). A Figura 4 traz a cena de um ambiente de fábrica da indústria têxtil. Figura 4 - Ambiente fabril da Indústria Têxtil. Fonte: Mercado e Consumo (2020). 10WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS IN DU ST RI AI S | U NI DA DE 1 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA 3.3 Alimentícia Tornou-se fácil perceber o impacto da globalização no segmento alimentício industrial, quando se percorre corredor a corredor de um supermercado e se observa nas gôndolas produtos de todo o Brasil, e do exterior, competindo pela preferência de compra do consumidor local. As empresas buscam um diferencial que as sobreponham em relação à concorrência. Já não é mais suficiente uma mercadoria com uma embalagem bonita, e até muito gostosa, mas o que torna o alimento superior aos outros, por exemplo, é assegurar que o produto é de alta qualidade e está longe de contaminantes (BERTOLINO, 2011). 3.4 Ferroviária A indústria ferroviária refere-se à área de estrutura de circulação de trens em ferrovias e pátios ferroviários, bem como de todo aparato necessário para a devida operação de um fluxo de transporte sob trilhos. O segmento é categorizado por meio de 3 eixos físicos (via permanente, material rodante e sistemas de comunicação e sinalização) e 1 eixo virtual (operação), este último destinado a comandos de acionamento a partir de um operador. A Figura 5 exibe um fluxograma do referido esquema de eixos (ROSA, 2016). Figura 5 - Fluxograma com os eixos de uma ferrovia. Fonte: Rosa (2016). 11WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS IN DU ST RI AI S | U NI DA DE 1 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA 4 INDÚSTRIA DE BENS DE CONSUMO O campo de bens de consumo retrata todo o segmento de mercado de produtos finais prontos para consumo do cliente final, que pode, ainda, agregar mais valor ao negócio quando se emprega estratégias de prestação de serviços em cima dos mesmos produtos comercializados. Segundo Mccracken (2007), essa indústria tem valor além da questão utilitária de seu valor comercial e envolve um apreço cultural no consumo do produto ou serviço, pois insere significado ao item. A seguir, explica-se cada vertente desse ramo industrial. 4.1Indústria de Bens Duráveis Os produtos desenvolvidos pela indústria de bens de consumo duráveis, como carros, eletrodomésticos e eletrônicos, possuem um tempo de vida, um período de uso razoável pelo consumidor, e não passam por um desgaste imediato. No entanto, Alvarez (2012) aponta a necessidade de reparos ao longo de sua existência, o trabalho sugere a possibilidade de a empresa aumentar o vínculo com o cliente, por meio de fidelizações e serviços prestados, como acesso à assistência técnica e aos planos de manutenção. 4.2 Indústria de Bens Não Duráveis A indústria de bens não duráveis é caracterizada pela produção de bens para uso imediato, os quais dispõem de pouco tempo para consumo. Os principais exemplos são os fabricantes de itens de primeira necessidade como itens de higiene pessoal e medicamentos. O varejo alimentício, que inclui supermercados, lojas de conveniência, bares e padarias, também ilustra o mercado de bens de consumo não duráveis (MOTTA, 2007). A Figura 6 mostra uma cena dentro de uma indústria farmacêutica de bens de consumo não duráveis. Figura 6 - Indústria farmacêutica de bens de consumo não duráveis. Fonte: O Globo (2012). 12WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS IN DU ST RI AI S | U NI DA DE 1 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA 4.3 Indústria de Tecnologia de Ponta A indústria de tecnologia de ponta é formada por um setor preocupado com o contínuo desenvolvimento de produtos e processos cada vez mais convenientes e personalizados aos clientes finais. Acredita-se que um dos impeditivos para não se expandir mercados, nesse campo, está em pensar que inovar está relacionado somente em lançar novas tecnologias, e esquece-se que processos bem estruturados e criativos modelos de negócios também se caracterizam como inovação (ANTHONY, 2005). Trata-se de um ramo com um quadro de profissionais muito qualificados e que investem muito em pesquisa. As empresas de ponta encontram-se distribuídas, por exemplo, em campos de atuação como descrito a seguir. 4.3.1 Informática Em Velloso (2017), informática é definida como a informação automática, para a qual é necessária uma interface, um dispositivo eletrônico como um computador, para realizar o acesso e controle aos dados. Não seria exagero afirmar que muito do que se desempenha diariamente nas rotinas das pessoas seria impraticável sem o auxílio de um computador, tanto no âmbito pessoal quanto no profissional. 4.3.2 Comunicações O segmento de comunicação engloba o mercado de trabalho de empresas de telefonia, televisão e comunicações via satélite, de telecomunicações em si. Esse segmento está constantemente realizando pesquisa básica e aplicada com a finalidade de desenvolver novas tecnologias e novos serviços de comunicação à sociedade. A Figura 7 retrata um satélite de comunicação, de uma constelação de órbita baixa Starlink, da empresa SpaceX. Figura 7 - Satélite de comunicação da empresa SpaceX. Fonte: Ndmais (2020). 4.3.3 Aeroespacial A atividade da indústria aeroespacial consiste em pesquisa e desenvolvimento de veículos aéreos e espaciais, tais como aviões e foguetes. O segmento pode empregar suas tecnologias em um amplo nicho de mercado, que vai desde o serviço militar até o comercial (UFSC, 2022). 13WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS IN DU ST RI AI S | U NI DA DE 1 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA 5 EVOLUÇÃO DOS SISTEMAS INDUSTRIAIS Ao longo dos últimos 3 séculos, os Sistemas Industriais passaram por diversos estágios de amadurecimento, de períodos de implementação de novos e disruptivos conceitos de trabalho, o que, para a época, causou grandes impactos nas relações sociais entre patrão e empregado. A seguir, discorre-se sobre os momentos históricos pelos quais a indústria percorreu para chegar à estrutura contemporânea atual. 6 A REVOLUÇÃO INDUSTRIAL A atividade econômica antes da 1ª Revolução Industrial, século XVIII, apresentava- se como parte da Filosofia, Moral e Ética, ou seja, os princípios econômicos ainda não eram sistematizados e os ofícios eram predominantemente orientados por meio de fundamentos morais e de justiça. Alguns documentos da Igreja, até hoje, reproduzem o teor filosófico e moral entre a relação de homens e nações (VASCONCELLOS, 2019). Essa circunstância muda com a chegada da Revolução. 6.1 Primeira Revolução Industrial A Primeira Revolução Industrial originou-se na Inglaterra (e depois se espalhou para outros países), no período da segunda metade do século XVIII, que, dependendo da literatura, teve início no ano de 1760 (NÓBREGA, 2016) ou, em 1780, como expõe Da Gregório (2018). Essa Revolução foi marcada por uma economia, antes agrícola, baseada em manufaturas e na produção conduzida por máquinas, na qual o fornecimento de energia era provido por motores a vapor. Observa-se, no período pré-industrialização, o contínuo acúmulo de capital e capacidade empresarial dos proprietários, o que proporcionou ser desenvolvido sistemas de produção que desencadearam a Revolução. Surgiram as fábricas e, com isso, o êxodo rural causado pela procura de postos de trabalho nas cidades, bem como das relações entre empregado e empregador (NÓBREGA, 2016). 6.2 Segunda Revolução Industrial A Segunda Revolução data de 1860 (DA QUINTINO, 2019), aproximadamente, um século depois do primeiro movimento. Essa Revolução foi caracterizada por um período de profundas transformações tecnológicas, com o uso de eletricidade como fonte de energia para o funcionamento de máquinas, equipamentos e instalações do ambiente de uma fábrica (DA GREGÓRIO, 2018). Constatou-se, também, que o modelo de produção industrial, padronizado e em massa, expandiu e alcançou países de outros continentes, como Estados Unidos e Japão (DA QUINTINO, 2019). 14WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS IN DU ST RI AI S | U NI DA DE 1 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA A chegada da eletricidade permitiu o nascimento da indústria suíça, representada na Figura 8, que traz a imagem de uma fábrica de locomotivas chamada Brown Boveri, hoje, a atual empresa ABB Schweiz. Figura 8 - Fábrica de locomotivas advinda da chegada da eletricidade. Fonte: Swissinfo.ch (2018). 6.3 Terceira Revolução Industrial A Terceira Revolução se iniciou na década de 1970 (DA GREGÓRIO, 2018) e foi conceituada como a Revolução Digital ou Técnico-Científica (DA QUINTINO, 2019), uma fase de grandes avanços no campo de semicondutores, o que proporcionou o progresso no desenvolvimento de dispositivos eletrônicos e a consequente popularização do uso do computador e ao acesso à internet. Conforme discutido no início desta Unidade, o impacto do uso do computador na rotina profissional dos colaboradores elevou o nível organizacional das companhias, aumentando a produtividade das pessoas. O modelo de produção passou a ser caracterizado pela flexibilidade, induzindo a um quadro mais enxuto, produzindo conforme demanda de mercado (DA QUINTINO, 2019). 6.4 Quarta Revolução Industrial A Quarta Revolução pode ser compreendida como a da Indústria 4.0 (DA QUINTINO, 2019), esse termo surgiu no início da década de 2010 na Alemanha. Esse momento é conhecido como o da era da fábrica inteligente e da interação digital da indústria (DA QUINTINO, 2019). Passou a ser mandatório, para o desenvolvimento de novas oportunidades, um mercado cada vez mais competitivo e exigente pela qualidade, sempre na busca da satisfação dos clientes. Sacomano (2018) pontua que, em ambientes de fábricas cada vez mais modernas, é comum acontecer a redução do quadro de funcionários com atividades operacionais, mas que, com isso, surgem novas ocupações que atendem às novas rotinas de trabalho. 15WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS IN DU ST RI AI S | U NI DA DE 1 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA A Figura 9 representa a substituição do trabalho humano por máquinas, onde robôs realizam o atendimento ao cliente. Figura 9 - Robôs substituem o trabalho dos atendentes. Fonte: Época Negócios (2019). Em Da Schwabs (2016), fica evidente que essa Revolução não acontece somente no âmbitoda automação industrial, mas também em outras áreas do conhecimento, como na internet das coisas, computação quântica e nanotecnologia. Os autores em Tessarin (2011) ilustram a nova relação entre universidades e empresas, no contexto brasileiro, com base na perspectiva industrial, que, nesse caso, a pesquisa básica, aquela realizada pelas universidades e centros de pesquisa, é fundamental para a inovação e, para que sua transferência ocorra, é necessário realizar a pesquisa aplicada, aquelas realizadas pelas indústrias. 7 MODELOS DE PRODUÇÃO INDUSTRIAL Conforme debatido anteriormente, o contexto que envolve o desemprego na Quarta Revolução Industrial também permite a concepção de novas posições de trabalho. Com isso, a adoção de um modelo de produção impacta diretamente na economia e, consequentemente, na vida em sociedade. A seguir, em forma de análise, três modelos de produção industrial. 7.1 Taylorismo O taylorismo foi desenvolvido por volta da década de 1900 nos Estados Unidos, por um engenheiro mecânico chamado Frederick Winslow Taylor (DANTAS, 2021). Sua motivação para o feito girava em torno de elaborar um meio que atendesse à alta demanda de produção causada pela Segunda Revolução. A principal característica taylorista consiste no aumento da performance de trabalho do empregado no ambiente da fábrica (DANTAS, 2021). Passou-se a oferecer treinamentos aos colaboradores para que o desempenho das atividades fosse melhor e, consequentemente, atingir melhores resultados na produção em um determinado período de tempo (DANTAS, 2021). 16WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS IN DU ST RI AI S | U NI DA DE 1 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA 7.2 Fordismo O fordismo também foi desenvolvido por um engenheiro mecânico americano, Henry Ford, no início do século XX, e sua principal característica está relacionada com a produção em larga escala de um produto (DANTAS, 2021; IANNI,1995). Outros aspectos do sistema de produção fordista atribuem controle, do início ao fim, dos processos de produção, bem como a preocupação com direitos trabalhistas dos funcionários. Submeteram os empregados a jornadas de trabalhos definidas, de 8 horas, e direito à folga. Passou-se a pensar que os operários precisavam de descanso até para que pudessem comprar e usufruir dos bens que eles próprios produziam (DANTAS, 2021), em virtude de a produção em série permitir o barateamento do custo das mercadorias e as classes de menor poder aquisitivo conseguirem ter acesso aos itens de valor mais elevado, um carro, por exemplo. A Figura 10 mostra um ambiente de produção fordista da época. Figura 10 - Linha de produção fordista de uma fábrica. Fonte: Escola e Educação (2018). 7.3 Toyotismo O toyotismo surgiu no início da segunda metade do século XX e teve como precursor o japonês Eiji Toyoda. A principal característica desse modelo é a de que a produção é flexível, adaptável à demanda de mercado. Dessa forma, evitam-se grandes estoques de peças, com isso, surge o conceito de just in time, que se refere à produção na hora, sob medida (DANTAS, 2021). No modelo de produção industrial toyotista, é possível ter mais controle dos processos no que tange às peças, produção e venda, o abastecimento de materiais leva em consideração essas questões e passa ser possível fazer recall para correção de peças com defeito, visto o maior controle das seções que compõem o processo de produção (DANTAS, 2021). 17WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS IN DU ST RI AI S | U NI DA DE 1 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA O empregado passa a conhecer todo o processo produtivo e não fica preso a uma única atividade na planta fabril. A Figura 11 ilustra um ambiente de produção toyotista, observa-se, ainda, que a imagem não apresenta nenhum operador humano na seção, uma outra característica do modelo, a automação em vários segmentos do processo produtivo. Figura 11 - Linha de produção toyotista de uma fábrica. Fonte: Mundo Educação (2022). Motivado pelos avanços em ciência e tecnologia, a indústria do agronegócio apresentou grande progresso no período entre as décadas de 1970 e 1990 (MALINSK, 2019). Passou a desenvolver fertilizantes, produtos que combatem pragas, bem como máquinas modernas para o arado, a partir disso, foi possível explorar áreas consideradas impróprias ao cultivo e à criação de animais. Percebeu-se, nessas circunstâncias, o aumento de qualidade nos produtos da agricultura e a expansão dos negócios para mercados internacionais. Os mercados de grãos e de carne animal exercem grande impacto no exterior e o agronegócio é considerado uma indústria de bens intermediários. Para entender sobre o modelo de produção volvista, assista ao vídeo da aula do professor Alex, em que são tratadas as origens e a estrutura sistêmica que forma o modelo. Volvismo - Aulas de Negócios. 2019. Penso que, depois de ter assistido ao vídeo, você, aluno, deve ter compreendido a importância do volvismo para o contexto industrial atual e ter percebido que a questão do desemprego na Suécia na década de 1980 foi o principal motivo pelo qual se desenvolveu o novo modelo. Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=OU4J5Kzzxks. https://www.youtube.com/watch?v=OU4J5Kzzxks 18WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS IN DU ST RI AI S | U NI DA DE 1 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA O movimento do Capitalismo Consciente (CC) surgiu nos Estados Unidos na década de 2000 por meio de um estudo acadêmico que mapeou o comportamento dos clientes de algumas empresas, quando não havia grandes investimentos em publicidade e marketing. Esse trabalho, posteriormente, em 2007, evoluiu para o livro que, na versão brasileira, chama-se Empresas Humanizadas (CC BRASIL, 2022). O Movimento levanta questões sobre como as empresas lucram a partir da paixão e do propósito, com responsabilidade social e sustentabilidade, e nasce por meio da inquietação de empresas e pessoas preocupadas com a forma com que o capitalismo vem sendo praticado (CC BRASIL, 2022). A seguir, uma breve história de um caso de sucesso de uma empresa que aplica CC no Brasil é apresentado. O caso Reserva (negócio de moda masculina): o fundador do grupo, Rony Meisler, emprega CC quando está comprometido com a redução de problemas sociais no país. Meisler implementou um projeto chamado 1P = 5P, que nasceu de uma viagem realizada por ele ao interior do país e que o indagou em relação ao problema da educação no Brasil. Ele constatou que o problema do baixo rendimento escolar estava relacionado com a falta de comida para as crianças, e que isso afetava negativamente o desempenho delas (STARTSE, 2022). Diante desse quadro, o programa 1P = 5P provê a doação de 5 pratos de comida a cada peça de roupa vendida pelo negócio. Os clientes da marca passam a fidelizar- se por conta do bem social que a empresa promove (STARTSE, 2022). Outras formas de aplicar CC nos negócios estão relacionadas à responsabilidade ambiental, por exemplo, quando uma empresa tem a atitude de realizar o reflorestamento de áreas desmatadas ao desenvolverem embalagens de produtos biodegradáveis, dentre muitas outras. Para mais informações sobre sustentabilidade e educação ambiental, segue uma bibliografia acerca do tema, na qual sugere- se uma ação social corretiva. Trata-se de um livro preocupado com a formação de cidadãos para a reflexão socioambiental crítica e sinérgica com o desenvolvimento do ser humano: JR., Arlindo P.; PELICIONI, Maria Cecília F. Educação Ambiental e Sustentabilidade. [Tamboré]: Editora Manole, 2014. 9788520445020. Disponível em: https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788520445020. https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788520445020 19WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS IN DU ST RI AI S | U NI DA DE 1 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA CONSIDERAÇÕES FINAIS Ao longo da primeira unidade, discutiu-se acerca dos tipos de indústrias que regem as economias nos países, abordou-se o segmento da indústria pesada, intermediária e de bens de consumo, e exploraram exemplos que ilustram cadamercado. Destaques na indústria de base para metalurgia, siderurgia, extração mineral, geração de energia e petrolífera. No lado da indústria de bens intermediários, ressaltam-se os ramos automobilístico, têxtil, alimentício e ferroviário. Além disso, pontuam-se as indústrias de bens de consumo duráveis, como carros e eletrodomésticos, e não duráveis como o varejo alimentício, bares e padarias. Na segunda parte, discorre-se sobre as três Revelações pelas quais o mundo passou para chegar até a indústria 4.0. A primeira revolução industrial foi um gatilho para o emprego de máquinas nas linhas de produção. A segunda revolução é marcada pelo uso de energia elétrica nas manufaturas e instalações. A terceira revolução é conhecida como a Revolução Digital ou Revolução Técnico-Científica, que marcou um período de grandes avanços tecnológicos no campo da eletrônica, proporcionando a popularização do computador e da internet. Esta unidade é finalizada ao apresentar os modelos de produção industrial taylorista, fordista e toyotista. Destacou-se o volvismo em um vídeo do professor Alex. O volvismo nasceu na Suécia na década de 1980 motivado por uma reformulação no modelo do sistema de produção industrial da época e tinha como principal objetivo incentivar o interesse em mão de obra para as fábricas. 2020WWW.UNINGA.BR U N I D A D E 02 SUMÁRIO DA UNIDADE INTRODUÇÃO ...............................................................................................................................................................22 1 FUNDAMENTOS DO CONTROLE DE PROCESSOS .................................................................................................23 2 CONTEXTO HISTÓRICO DE CONTROLE DE PROCESSOS ....................................................................................23 3 PROCESSOS INDUSTRIAIS E VARIÁVEIS DE PROCESSOS .................................................................................24 3.1 INDÚSTRIAS DE PROCESSAMENTO CONTÍNUO ...............................................................................................24 3.2 INDÚSTRIAS DE PROCESSAMENTO DISCRETO OU MANUFATURA ...............................................................24 4 TERMINOLOGIA .......................................................................................................................................................24 4.1 DINÂMICA ..............................................................................................................................................................24 4.2 VARIÁVEIS DE ENTRADA E VARIÁVEIS DE SAÍDA .............................................................................................25 4.3 CONTROLE DE REALIMENTAÇÃO (FEEDBACK) ................................................................................................25 4.4 CONTROLE ANTECIPATIVO (FEEDFORWARD) ..................................................................................................25 FUNDAMENTOS DA AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL ENSINO A DISTÂNCIA DISCIPLINA: SISTEMAS INDUSTRIAIS 2121WWW.UNINGA.BR EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA 4.5 ESTABILIDADE ......................................................................................................................................................25 5 SIMBOLOGIA DE INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL .............................................................................................26 5.1 CLASSIFICAÇÃO DOS INSTRUMENTOS ..............................................................................................................26 6 SÍMBOLOS GRÁFICOS E IDENTIFICAÇÃO DOS INSTRUMENTOS ......................................................................27 6.1 IDENTIFICAÇÃO DE INSTRUMENTOS .................................................................................................................27 7 MEDIÇÃO DE VAZÃO E METROLOGIA ....................................................................................................................28 7.1 PRINCÍPIOS DO ESCOAMENTO DE FLUIDOS .....................................................................................................28 8 SELEÇÃO DE MEDIDORES.......................................................................................................................................28 9 DEFINIÇÕES USADAS EM METROLOGIA LEGAL ..................................................................................................29 9.1 GRANDEZAS E UNIDADES ....................................................................................................................................29 CONSIDERAÇÕES FINAIS ........................................................................................................................................... 31 22WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS IN DU ST RI AI S | U NI DA DE 2 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA INTRODUÇÃO A Unidade 2 é baseada no livro, que é indicado como leitura complementar para aprofundamento nos tópicos abordados neste material. A unidade traz uma breve discussão sobre o conceito de planta industrial, a qual consiste na infraestrutura necessária ao pleno funcionamento dos processos industriais de uma manufatura e a sua construção leva em consideração fatores internos e externos, tais como localização, logística, custos com a obra e riscos ambientais. Um contexto histórico sobre controle de processos é apresentado em seguida, no intuito de ilustrar o amadurecimento, ao longo das décadas, a partir de 1940, da automação industrial. O advento do computador motivou muitos avanços em termos de produtividade e de toda uma ciência aplicada a novas tecnologias de controle envolvendo lógica difusa e redes neurais. Esta unidade faz mais uma classificação em termos de tipos de indústrias. Dessa vez, os segmentos industriais são categorizados de acordo com a natureza de sua atividade e podem conter processamentos contínuos ou processamentos discretos. No primeiro caso, os processos são direcionados às indústrias que envolvem o manuseio de fluidos, gases e commodities. Já no caso discreto, a produção gera uma unidade de um produto, por exemplo, um carro. Abordam-se, ainda, conceitos de Terminologia, como os referentes à dinâmica, variáveis de entrada e saída, controle de realimentação, antecipativo e estabilidade. Em seguida, apresentam- se a classificação de instrumentos de medição e os símbolos gráficos que os identificam. Ao final, inclui-se a medição de vazão e noções de metrologia, esse estudo inicia-se ao abordar os princípios de escoamento dos fluidos, pontua a equação de Bernoulli acerca da conservação de energia e abrange as considerações necessárias à escolha de um medidor e finaliza com os fundamentos de grandezas e unidades. 23WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS IN DU ST RI AI S | U NI DA DE 2 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA 1 FUNDAMENTOS DO CONTROLE DE PROCESSOS O conceito de Planta Industrial consiste em um espaço físico, no qual se desenvolvem as atividades de fabricação de um produto. Tratam-se das instalações que compõem os processos produtivos de diversos segmentos, tais como alimentos, medicamentos e metais. Esses ambientes são construídos levando em consideração fatores como a localização, a qual se preocupa com a logística para o envio de suprimentos e deslocamento de funcionários, bem como de questões ambientais envolvendo a prática desenvolvida pela empresa (CONCEITO.DE, 2021). 2 CONTEXTO HISTÓRICO DE CONTROLE DE PROCESSOS Os projetos das plantas são cuidadosamente elaborados por arquitetos e engenheiros, de modo que leve em consideração a segurança dos colaboradores e de possíveis riscos ambientais. Antes da década de 1940, essas instalações eram operadas de forma manual, em sua grande maioria, e empregavam-se somente controladores elementares. Além de que necessitavam de grande mão de obra para manter o devido controle das condições existentes nos ambientes. A partir de 1940, passou a ser inviável operar as plantas Industriais sem o auxílio decontroladores automáticos, devido ao aumento de custos operacionais com dispositivos analógicos e com os próprios equipamentos, bem como pela motivação de estarem disponíveis maquinários com mais desempenho de produção. No período entre as décadas de 1940 e 1950, passaram a adotar controladores à realimentação negativa, no entanto, necessitavam de mais amadurecimento em sua implementação. A partir da década de 1960, as técnicas envolvendo toda a teoria de controle e análise dinâmica foram aplicadas em plantas de processos industriais. Entre as décadas de 1970 e 1980, a teoria em torno do controle se desenvolveu em vista da melhoria do processo. O avanço no processamento do computador proporcionou que o controle fosse realizado de forma digital e, nos anos de 1990, as técnicas passaram a incluir inteligência artificial no controle de processos industriais e desenvolveu Sistemas Especialistas, controladores baseados em lógica difusa e em redes neurais. 24WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS IN DU ST RI AI S | U NI DA DE 2 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA 3 PROCESSOS INDUSTRIAIS E VARIÁVEIS DE PROCESSOS Estudou-se na Unidade 1 que existem vários tipos de indústrias com vários subtipos de segmentos de mercado que, juntos, sintetizam toda a atual economia global. Pode-se, ainda, caracterizar as indústrias de acordo com a natureza, introduz-se, agora, o setor industrial por meio de processamentos contínuo ou discreto, da seguinte forma: 3.1 Indústrias de Processamento Contínuo As indústrias de processamento contínuo são caracterizadas com o emprego mais acentuado de variáveis contínuas no tempo em seu processo produtivo. Essa característica de continuidade na produção está relacionada ao manejo de fluidos, os quais são medidos em toneladas ou em metros cúbicos. Dessa forma, tem-se o exemplo das indústrias de base, como as petroquímicas, nucleares e siderúrgicas, que representam, nesse contexto, as fases mais desenvolvidas dos processos industriais (TOLEDO, 1986). 3.2 Indústrias de Processamento Discreto ou Manufatura A indústria de processamento discreto é todo aquele segmento em que se gera um produto, por exemplo, as indústrias de bens intermediários automobilísticos, que fabricam uma peça, nesse caso, um carro. Diferentemente do que acontece com os processos contínuos, as atividades desse segmento necessitam de mais mão de obra para que a mercadoria final seja entregue ao cliente. Ambas as indústrias possuem variáveis contínuas e discretas no tempo. No caso de processos contínuos, as mais comuns são temperatura, pressão, vazão e nível, além de outras não explícitas como chama, condutividade elétrica, tensão, corrente elétrica, potência, tempo e umidade. Já no caso discreto, essas variáveis estão associadas a, por exemplo, ativo, inativo ou tem um sentido de limite como, por exemplo, temperatura alta e nível baixo. 4 TERMINOLOGIA Serão abordadas definições fundamentais acerca de controle de processos, bem como suas terminologias empregadas. 4.1 Dinâmica A dinâmica diz respeito à performance do processo e está vinculada ao fator tempo. Conforme o instante varia, tem-se mais ou menos mudança em uma variável. A resposta em malha aberta consiste na ausência de controladores no sistema. 25WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS IN DU ST RI AI S | U NI DA DE 2 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA 4.2 Variáveis de Entrada e Variáveis de Saída A variável de entrada pode ser manipulada, ou seja, ajustada para que a variável de saída possa ser controlada a partir do sinal que entrou. Para ambos os lados, a título de exemplo, temos pressão, temperatura, vazão e composições químicas. 4.3 Controle de Realimentação (feedback) Pode-se controlar um processo por meio da medição da variável a ser manipulada e, em seguida, compará-la a um resultado padrão, que, no controlador, é o set point. Após alimentar a diferença, o desvio observado no controlador ajustará a variável manipulada de maneira que conduza ao valor requerido (o valor de saída ou, em outras palavras, a variável controlada). 4.4 Controle Antecipativo (feedforward) O controle antecipativo consiste em atuar no ajuste da variável manipulada logo quando o distúrbio é detectado durante o processo, assim, mantém-se o valor de saída sempre controlado, na faixa requerida, diferentemente do que ocorre com o caso da realimentação, no qual a perturbação se propaga ao longo de todo o processo para, depois, sofrer a adequação necessária. 4.5 Estabilidade Em um sistema real, as oscilações ocorrem dentro de uma faixa porque existe um dispositivo de escape, por exemplo, uma válvula, que condicionará os limites de tais oscilações. Em sistemas lineares, a estabilidade limite ocorre quando o sistema começa a oscilar e sem que a redução na amplitude de oscilação ocorra, bem como independe de distúrbios nas variáveis de entrada. 26WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS IN DU ST RI AI S | U NI DA DE 2 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA 5 SIMBOLOGIA DE INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL 5.1 Classificação dos Instrumentos Uma malha de controle possui vários agentes que, juntos, desempenham o processo de supervisão em questão, esses agentes são chamados de instrumentos para controle de processos. A partir do que se está supervisionando, os instrumentos que tomam destaque são descritos a seguir. O Elemento Primário ou Sensor é o primeiro contato com a medição da variável do processo dentro de uma malha ou instrumento. O Indicador aponta qual o valor medido na variável de processo, pode ser, por exemplo, um ponteiro (se for um instrumento analógico) ou os dígitos em um display (se for um instrumento digital). O transmissor obtém a medida da variável por meio do Elemento Sensor (que pode ou não ser parte do transmissor) e gera, em sua saída, um valor proporcional ao observado. Ainda acerca dos instrumentos de controle de processos, temos o Controlador que tem a função de manter o valor pré-estabelecido da variável do processo. Já o Registrador faz o armazenamento do valor medido na variável. O Conversor produz um sinal medido diferente do valor da variável de entrada e tem uma finalidade determinada de acordo com a malha em questão. A Válvula de Controle, também agente da malha de controle, está condicionada a um elemento final de controle e desempenha a manipulação da vazão de fluidos de um processo. A Chave, manual ou automática, trabalha como elemento comutador para outros circuitos, atua em contato direto com o valor medido da variável ou por meio de um sinal espelhado. As Chaves permitem implementar nas saídas elementos de sinalização, como sinais sonoros ou de luz e de segurança, como intertravamento. No entanto, elas não fazem parte do controle contínuo das variáveis do processo. Os instrumentos encontram-se em campo ou em painéis dentro de uma sala e recebem o seu nome de acordo com a variável de processo que cada um mede, por exemplo, um transmissor de nível, um indicador de temperatura ou uma chave de pressão. O Quadro 1 ilustra alguns instrumentos citados anteriormente e suas respectivas designações. Trata-se das ferramentas mais comuns em malhas de controle de processos e na indústria em si. Quadro 1 - Instrumentos para controle de processo. Fonte: Loureiro (2010). 27WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS IN DU ST RI AI S | U NI DA DE 2 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA 6 SÍMBOLOS GRÁFICOS E IDENTIFICAÇÃO DOS INSTRUMENTOS Para que seja possível identificar as simbologias gráficas e a codificação alfanumérica dos instrumentos nos diagramas e malhas de controle de projetos de instrumentação, estabeleceu-se, internacionalmente, a norma ISA S5.1. 6.1 Identificação de Instrumentos O instrumento ou a função programada deve ser reconhecido por meio de um grupo de letras que o identifique, bem como algarismos que apontam a qual malha cada um pertence, conforme pode ser observado no Quadro 2. A primeira letra do Primeiro Grupo de Letras corresponde à variável medida, como P (pressão), T (temperatura), F (vazão) e L (nível). Já a segundaletra diz respeito ao termo modificador, como D (diferencial) e Q (totalizadora). No caso do Segundo Grupo de Letras, tem-se a primeira letra como equivalente à função passiva ou de informação, conforme, por exemplo, A (alarme) e I (indicador). A segunda letra desse Grupo designa a função ativa de saída, como C (controlador), S (chave) e T (transmissor). A terceira letra representa o elemento modificador e tem como exemplo H (alto) e L (baixo). Pode- se deixar a ideia conceitual ainda mais clara, com os exemplos: PIC - Controlador e Indicador de Pressão; TIC - Controlador e Indicador de Temperatura; PT - Transmissor de Pressão; TT - Transmissor de Temperatura; LSH - Chave de Nível Alto; LSLL - Chave de Nível Muito Baixo. Quadro 2 - Instrumentos para controle de processo. Fonte: Loureiro (2010). 28WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS IN DU ST RI AI S | U NI DA DE 2 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA 7 MEDIÇÃO DE VAZÃO E METROLOGIA 7.1 Princípios do Escoamento de Fluidos Os estudos envolvendo a medição de ar e fluidos retomam a períodos bem antes de Cristo, na Grécia antiga, com trabalhos dos filósofos Aristóteles e Arquimedes. No entanto, foi somente em 1783, com a publicação do livro “Hidrodinâmica”, do físico suíço Daniel Bernoulli, que o assunto ganhou visibilidade no meio científico. Essa obra introduz a definição de conservação de energia no escoamento de fluidos. O cientista aponta que, em um escoamento contínuo, a carga total em uma determinada seção é a mesma em outra mais a perda pelo atrito em ambas as seções, conforme a equação a seguir: 8 SELEÇÃO DE MEDIDORES Para que a escolha do medidor de vazão seja adequada à aplicação, deve-se considerar questões referentes à natureza do fluido processado e de características das instalações da Planta Industrial, conforme: os aspectos do fluido e de seu escoamento, nesse sentido, leva-se em consideração pressão, temperatura, densidade, condutibilidade, viscosidade e condições como presença de bolhas e se é abrasivo ou não. Em relação ao modo de operação, deve-se levar em consideração, por exemplo, a pressão, as temperaturas máximas e mínimas, a reversão do fluxo e quando a tubulação não é preenchida completamente. No que diz respeito à tubulação onde o medidor será instalado, o importante a ser considerado é a direção da tubulação, o diâmetro, a composição do material que ele é construído, acesso, curvas antes e depois do medidor. Encontram-se variedades de Elementos Sensores na indústria, nos quais a saída é quadrática em relação a vazão, como os de placas de orifício, tubos venturi e tubos pitot, bem como medidores de vazão com saída linear, tais como o volumétrico, de turbina, magnético e ultrassônico. O número de Reynolds é um fator empregado para medir os aspectos de escoamento de um fluido em uma superfície. Seja qual for o tipo de escoamento, o valor de Reynolds dependerá da densidade, viscosidade e velocidade do fluido, bem como o diâmetro da tubulação influenciará no seu cálculo (JÚLIA, 2017). A seleção do medidor é feita a partir dos valores mínimos e máximos de Reynolds em que os referidos Elementos Primários funcionam, levando mais aderência às condições de trabalho daquele equipamento que não possui partes móveis, pois causam menos problemas e, consequentemente, menos custos com manutenção. Se os medidores se equivalem, deve-se levar, como critério de desempate, escolher o que tem menos perdas com cargas, pois ocorre mais gastos com energia para a devida compensação das perdas. 29WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS IN DU ST RI AI S | U NI DA DE 2 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA 9 DEFINIÇÕES USADAS EM METROLOGIA LEGAL As seguintes discussões são baseadas na Portaria 029 do INMETRO (de 10 de maio de 1995), que discursa sobre a Metrologia Legal como sendo parte da metrologia destinada às exigências legais, técnicas e administrativas de unidades de medidas, métodos e instrumentos de medição. 9.1 Grandezas e Unidades O Sistema Internacional de Unidades, SI, é adotado pela Conferência Geral de Pesos e Medidas (CGPM) e é baseado nas 7 unidades a seguir: metro, unidade de comprimento; quilograma, unidade de massa; segundo, unidade de tempo; ampere, unidade de corrente elétrica; kelvin, unidade de termodinâmica; mol, unidade de quantidade de materiais; candela, unidade de intensidade luminosa. A Grandeza física diz respeito a uma característica de um fenômeno, corpo ou substância que pode ser identificada de maneira qualitativa, como são os casos do comprimento, massa, tempo e temperatura, no sentido mais amplo. Já no sentido de grandezas mais específicas, temos, como exemplo, o comprimento de uma barra ou a resistência elétrica de um cabo. A unidade de medida se comporta como uma Grandeza específica destinada a designar de maneira qualitativa outras grandezas de mesma dimensão. O Valor dessa Grandeza se apresenta de forma numérica e por meio de uma Unidade de medida adequada. Já o Valor Verdadeiro de uma Grandeza apresenta um valor teórico e se comporta como um valor ideal, não podendo ser, exatamente, medido, por isso é tratado como um valor convencional, próximo do valor verdadeiro. A partir do cálculo de Bernoulli (aquele acerca da conservação de energia), é possível calcular a velocidade teórica de descarga em um condutor com base na altura da carga h, sobre o centro de gravidade do orifício medido, conforme segue: Para fins práticos, acrescenta-se o coeficiente de descarga c, no qual o valor dependerá do tamanho do orifício do condutor medido, mais, alternativamente, uma constante para ajuste de unidades de medidas, que resulta na constante K, assim a sua equação passa a ser representada por: 30WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS IN DU ST RI AI S | U NI DA DE 2 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA Segundo (BREHME, 2021), é de fundamental importância o estudo da robótica na educação básica brasileira. O tema influencia positivamente o processo de aprendizagem e ajuda a desenvolver habilidades comportamentais em crianças. O estudo aponta que, ao abordar o assunto, são explorados conceitos de física, matemática, bem como questões envolvendo habilidades interpessoais como trabalho em equipe. A mesma obra faz a abordagem educacional de robótica em 7 localidades diferentes, espalhadas por todo território brasileiro. No ensino médio, foram abordados meios de fomentar o interesse dos jovens em desenvolver protótipos robóticos por meio de sucatas de eletrônicos, ocorreram olimpíadas e, assim, a contribuição no discernimento dos alunos acerca da carreira no mercado de trabalho na indústria e no meio acadêmico de ensino e pesquisa. Mais informações sobre ensino e aprendizagem de robótica podem ser encontradas no livro Robótica. Essa literatura foi desenvolvida para atender a necessidade de alunos no âmbito acadêmico. No entanto, é uma bibliografia recomendada para qualquer leigo no assunto, pois emprega, nos discursos, uma linguagem clara e objetiva, de fácil compreensão pelo público em geral. JUNIOR, Flávio L P.; GOULART, Cleiton S.; TORRES, Fernando E.; et al. Robótica. [Porto Alegre]: Grupo A, 2019. 9788595029125. Disponível em: https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788595029125. O vídeo do professor Nathan é um belo exemplo de material didático audiovisual sobre instrumentos de medição de pressão. Ao decorrer da exposição do tema, o autor discursa sobre o manômetro de tubo em U, de tudo em U com diâmetro variável, de tudo inclinado em U e diâmetro variável, segue o endereço do conteúdo. Instrumentos de Medição de Pressão. É esperado que, após o fim da aula, o aluno compreenda as definições acerca do diafragma, da cápsula e dos foles, bem como dos tubos de Bourdon, da associação entre Pirani e Ponte de Wheatstone (na qual se deriva um sinal elétrico, por exemplo) e do sensor de Die. Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=ayjLvZxo1g8. https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788595029125 https://www.youtube.com/watch?v=ayjLvZxo1g8 31WWW.UNINGA.BRSI ST EM AS IN DU ST RI AI S | U NI DA DE 2 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA CONSIDERAÇÕES FINAIS A Unidade 2 trouxe a definição de planta industrial e suas respectivas características. Percorreu, a partir de 1940, historicamente, o contexto de controle e automação, de maneira suficiente, ao ponto de deixarem claros os principais momentos históricos em que foram percebidas grandes mudanças de chave em termos de tecnologias, o emprego do computador ajudou, e muito, no avanço da automação ao longo dos anos. Percebe-se a necessidade de associar mais uma classificação em relação à atividade econômica industrial. A partir desse aspecto, podem-se definir as indústrias por meio de sua natureza de negócio. Foram introduzidas questões envolvendo Terminologia, as quais referem-se à dinâmica, às variáveis de entrada e saída, controle de realimentação, antecipativo e estabilidade. O conceito de medição de vazão e noções de metrologia, bem como o estudo que aborda os princípios de escoamento dos fluidos, a equação de Bernoulli acerca da conservação de energia e as considerações para escolha de um medidor são apresentadas no tópico referente à medição de vazão e metrologia. Esta unidade se encerra ao trazer uma reflexão sobre o ensino da Robótica na formação de crianças e adolescentes. Essa questão levanta aspectos importantes no aprendizado de física e matemática, além de desenvolver habilidades cognitivas comportamentais de, por exemplo, trabalho em equipe. A indicação de vídeo da Unidade trata, por meio da videoaula do professor Nathan, de instrumentos de medição de pressão e suas características. 3232WWW.UNINGA.BR U N I D A D E 03 SUMÁRIO DA UNIDADE INTRODUÇÃO ...............................................................................................................................................................33 1 CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL (CLP) ...................................................................................................34 2 HARDWARE DO CLP ................................................................................................................................................34 3 PROGRAMAÇÃO DO CLP .........................................................................................................................................36 4 LINGUAGEM DE PROGRAMAÇÃO FBD ..................................................................................................................37 5 LINGUAGEM DE PROGRAMAÇÃO SFC ...................................................................................................................37 6 LINGUAGEM DE PROGRAMAÇÃO LD .....................................................................................................................38 7 MAPAS DE ENDEREÇOS DA MEMÓRIA .................................................................................................................39 CONSIDERAÇÕES FINAIS ........................................................................................................................................... 41 CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL (CLP) ENSINO A DISTÂNCIA DISCIPLINA: SISTEMAS INDUSTRIAIS 33WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS IN DU ST RI AI S | U NI DA DE 3 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA INTRODUÇÃO A Unidade 3 aborda o controlador lógico programável (CLP), que é uma categoria de computador usada na indústria para controle de processos industriais (PETRUZELLA, 2013). Esse tipo de computador é diferente do computador pessoal que chamamos de PC, o CLP é específico para uso em ambientes industriais, pois atende aos critérios das instalações fabris, como temperatura e vibração, bem como possui entradas e saídas adequadas a mensurar as variáveis do processo. A primeira parte da unidade é destinada a discorrer sobre o hardware que compõem o CLP. Abordam-se os bastidores, que são frames onde podem ser encaixados slots de diferentes finalidades, desde módulos de fonte de energia até extensões para interfaces de entrada e saída de variáveis. A segunda parte da Unidade foca nas linguagens de programação mais usadas nos controladores lógicos programáveis, sejam elas baseadas em estruturas tabulares, textuais ou gráficas. Esse material enfatizou o caso das linguagens gráficas, pois são as mais comuns na indústria. Ao fim desta, discute-se sobre os mapas de endereços da memória, evidenciando as nomenclaturas e símbolos utilizados nos CLPs, bem como de indicações de leituras complementares acerca dos controladores lógicos programáveis e de um vídeo didático sobre o assunto. 34WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS IN DU ST RI AI S | U NI DA DE 3 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA 1 CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL (CLP) Historicamente, os controladores lógicos programáveis emergiram na segunda metade do século XX por uma necessidade de a indústria automobilística reduzir custos com manutenção e mão de obra na planta industrial. O cenário era de painéis de controle a relés, em que a manutenção desses dispositivos era frequente e demandava a presença de funcionários para realizá-la (ALVES, 2010). 2 HARDWARE DO CLP Com o advento do CLP, é possível reduzir custos com cabeamento que os dispositivos relés exigiam, bem como custos com manutenção e mão de obra. Passou-se a empregar Controlador Lógico Programável amplamente na indústria e, atualmente, eles são as tecnologias mais aplicadas para controle de processos industriais (PETRUZELLA, 2013). O CLP é desenvolvido para que atenda as diversidades dos cenários das instalações fabris, tais como a grande amplitude térmica, além de serem resistentes à vibração e ao impacto, bem como de ter imunidade a ruídos provenientes da rede elétrica (PETRUZELLA, 2013). Esses dispositivos são exemplos de sistemas de controle de processos, em que a variável de saída (controlada) depende das condições das variáveis de entrada. A Figura 1 ilustra o hardware básico de um CLP. Figura 1 - Hardware básico de um CLP. Fonte: Alves (2010). 35WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS IN DU ST RI AI S | U NI DA DE 3 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA A evolução na tecnologia proporcionou muitas melhorias na composição do hardware. A Figura 2 traz uma configuração que pode ser encontrada atualmente na indústria. O controlador em questão conta com 1 frame (bastidor) principal, no qual se pode encontrar até 16 slots de módulos, por exemplo: fonte de alimentação, CPU e módulos de entrada e saída. Figura 2 - Hardware básico de um CLP. Fonte: Alves (2010). Esses slots podem ser encaixados ou removidos, de forma plugin, como se fossem gavetas e estão integrados a uma placa de circuito integrado para que a troca de comandos possa acontecer. Uma interface, como displays e periféricos (mouse e teclado, por exemplo), pode ser acoplada a CPU do CLP para que a programação possa ser realizada por uma pessoa e o sistema atue conforme a atribuição. Podem existir mais de um frame com diferentes tipos de slots, bem como de bastidores remotos contendo entradas e saídas remotas, que são interligados ao bastidor principal por meio de processadores de comunicação específicos. Os bastidores remotos podem ser chamados também de módulos de expansão. O Módulo de Processamento controla o sistema, o armazenamento das aplicações e dos valores das variáveis de entrada e saída por meio de software. Quando energizado, o módulo realiza uma varredura entre hardware e software, para constatar a integridade entre as conexões (ALVES, 2010). Os aplicativos operam em microprocessadores de 16 ou 32 bits com memória RAM de até 104KB, a qual é usada no momento de execução do programa. Uma cópia é salva em memória EEPROM para garantir que a aplicação em andamento não perca nenhum dado caso aconteça a interrupção de energia elétrica que alimenta o sistema (ALVES, 2010). Memórias EEPROM são apagáveis somente eletronicamente, por isso são implementadas simultaneamente às memórias RAM, (DOS JUNIOR, 2018) para que sempre se tenha o conteúdo da aplicação em questão,mesmo que falte alimentação elétrica. 36WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS IN DU ST RI AI S | U NI DA DE 3 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA Estão disponíveis variedades de módulos de entrada e de saída que realizam o controle do CLP, que, predominantemente, são de terminais (E/S) de sinais discretos, chamados, também, de Módulos de Entradas Digitais. No caso de entrada, podem-se encontrar isoladores ópticos que protegem internamente o CLP, já no caso do módulo digital de saída, é possível constatar, por exemplo, relés isoladores do tipo seco ou com tiristores (ALVES, 2010). A Figura 3 expõe a entrada de um módulo digital, evidenciando o circuito de componentes internos, os terminais e as conexões de campo. Figura 3 - Hardware básico de um CLP. Fonte: Alves (2010). 3 PROGRAMAÇÃO DO CLP Os principais tipos de linguagens de programação para Controladores Lógicos Programáveis consistem em estruturas tabulares, textuais e gráficas. A primeira implementa uma tabela de decisão. A segunda emprega em sua lógica textos contendo instruções. A última é baseada em gráficos, tais como o Diagrama de Escada - Ladder Diagram (LD), o Diagrama de Blocos Funcionais - Function Block Diagram (FBD) e o Diagrama Sequencial - Sequential Flow Chart (SFC). As linguagens mais comuns são as gráficas, com destaque para o caso LD. Em Da Silva (2016) fica claro o surgimento do controlador lógico programável, no ano de 1968, na indústria automobilística. Foi por meio da divisão de projetos da referida companhia que o dispositivo foi desenvolvido, a princípio por meio de relés eletromecânicos e, atualmente como Controladores Lógico Programáveis. Entre o período de 1969 e 1971 ocorreu um avanço em termos de semicondutores. Em 1971 e 1976, passou-se a empregar processadores e memórias, assim, substituindo contadores, temporizadores, cálculos aritméticos, impressão de relatórios e controle em malha fechada (DA SILVA, 2016). 37WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS IN DU ST RI AI S | U NI DA DE 3 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA 4 LINGUAGEM DE PROGRAMAÇÃO FBD A linguagem gráfica de programação para Controladores Lógicos Programáveis do tipo Function Block Diagram é baseada em álgebra booleana, é similar aos blocos funcionais usados em eletrônica digital, permitindo que o software possa ser desenvolvido hierarquicamente por meio de seções de blocos (ANDRÉ, 2014). A Figura 4 traz alguns exemplos de blocos que podem ser programados na referida linguagem. Figura 4 - Diagrama de Blocos Funcionais. Fonte: Petruzella (2013). 5 LINGUAGEM DE PROGRAMAÇÃO SFC A linguagem SFC é usada em aplicações mais avançadas e foi desenvolvida para que funcionasse por meio de passos e que as operações pudessem ocorrer simultaneamente em outros ramos (PETRUZELLA, 2013), conforme indica a Figura 5, em que cada ação pode ser habilitada de acordo com o devido acionamento de seu respectivo passo. Figura 5 - Estrutura fundamental da linguagem SFC. Fonte: Petruzella (2013). 38WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS IN DU ST RI AI S | U NI DA DE 3 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA Além dos passos, das transições e das ações, pode-se encontrar, na formação dos gráficos, outros elementos como arcos, ações qualificadoras e expressões booleanas. Cada passo está relacionado com um estado do sistema, bem como as transições a uma condição, que, ao ser alcançada, desabilita o passo anterior e habilita o passo seguinte (ALVES, 2010). As transições são formadas por expressões lógicas booleanas, temporizações e cálculos aritméticos. Já a ação ocorre em cada rótulo retangular disposto do lado direito do estado e pode ser padronizada e chamada de Qualificadores de Ação. 6 LINGUAGEM DE PROGRAMAÇÃO LD A linguagem de programação em lógica ladder pode ser chamada também de diagrama de contatos ou de diagrama de relés, devido à similaridade com a lógica realizada por contatos abertos ou fechados de relés (ALVES, 2010), os principais elementos da linguagem LD são apresentados na Figura 6. Figura 6 - Elementos básicos da linguagem LD. Fonte: Alves (2010). A lógica LD para relés (RRL) é uma linguagem padrão para Controladores Logico Programáveis e é baseada no controle de relé eletromecânico, que, graficamente, representa os degraus de contatos, as bobinas e os blocos de instrução. A RRL foi desenvolvida para facilitar a operação do sistema de CLP, no entanto, passa por constantes atualizações no objetivo de atender às necessidades das indústrias (PETRUZELLA, 2013). A estrutura de um Controlador Lógico Programável é fundamentalmente à mesma estrutura de um PC, o qual também pode funcionar como um controlador lógico programável desde que ele tenha as devidas conexões com as interfaces necessárias à medição das variáveis tanto de saída quanto de entrada, além de um programa para realizar o processamento das informações coletadas com os periféricos e um meio de ligar e desligar os dispositivos de carga (PETRUZELLA, 2013). Diferentemente do PC, o CLP foi desenvolvido para uso na indústria, pois suporta, por exemplo, grande amplitude térmica e umidade, imunidade a ruídos da rede elétrica, e executam, em sua maioria, atividades mais simples, comparadas aos PCs, de maneira ordenada e sequencial, da primeira à última instrução (PETRUZELLA, 2013). 39WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS IN DU ST RI AI S | U NI DA DE 3 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA 7 MAPAS DE ENDEREÇOS DA MEMÓRIA Fica a critério de cada fabricante designar partes das memórias do controlador para executar atividades específicas nos Controladores Lógico Programáveis. Em suma, os diferentes tipos de variáveis podem ter nomenclaturas de símbolos diferentes, aqui adotou-se a da GE- Fanuc (ALVES, 2010). Sendo assim, podem-se identificar as variáveis discretas (bits) como entradas (%I), saídas (%Q), internas (%M), temporárias (%T), globais (%G) e sistema (%S). Podem ser, também, variáveis de registro (conjunto de 16 bits), tais como entradas analógicas (%AI), saídas analógicas (%AQ), registro de uso geral (%R), registro de programa (%P), registros locais (%L). De acordo com o tipo de dado submetido, o controlador saberá quantos bits deve alocar em memória. Ao estabelecer uma variável, define-se o seu tipo, que pode ser como: bit, inteiro sem sinal, inteiro, inteiro de dupla precisão, palavra, palavra dupla, BCD-4, BCD-8 e real. As aplicações devem ser documentadas, o que permite a identificação das variáveis por nomes associados aos endereços de memórias, bem como a inserção de comentários para que seja possível qualquer pessoa entender a lógica programada (ALVES, 2010). Os Controladores Lógicos Programáveis apresentam muitas vantagens em relação aos relés em um ambiente industrial. A questão do cabeamento, por exemplo, em uma planta industrial que implementa relés, os requisitos de infraestrutura precisam levar em consideração, no projeto, a estrutura de cabeamento necessária ao devido fornecimento de carga até o quadro de controle (PETRUZELLA, 2013). Os cenários que trazem CLPs se apresentam mais versáteis no sentido de que se torna possível uma manutenção rápida e simples de ser efetuada, bem como no ganho com a redução dos custos com cabeamento elétrico. A Figura 7 indica dois painéis de controle, o primeiro baseado em relé e o outro em CLP. Figura 7 - Painéis de controle baseado em (a) relé em (b) CLP. Fonte: Petruzella (2013). 40WWW.UNINGA.BR SI ST EM AS IN DU ST RI AI S | U NI DA DE 3 EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA A bibliografia Elementos de Automação traz mais informações referentes ao CLP. A literatura é fundamentada em conceitos da automação, e proporciona ao leitor um entendimento maior de temas específicos da área, ajudando, e muito, na compreensão da implementação de um CLP na indústria. CAMARGO, Valter Luís Arlindo D. Elementos de Automação. [São Paulo]: Editora Saraiva, 2014. 9788536518411. Disponível em: https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788536518411. A indicação de vídeo desta Unidade traz um material audiovisual didático, simples,