Objetivos:
Busca-se capacitar o aluno para o desenvolvimento de projeto, para a implantação e para gestão de sistemas de engenharia de instrumentação e de automação aplicados a sistemas agrícolas. Para isso são apresentados e discutidos conceitos essenciais para familiarizar o aluno com os processos clássicos de automação, com os elementos principais de instrumentação e de automação, com os fundamentos de softwares e hardware para sistemas embarcados e com a aplicação desses elementos em sistemas agropecuários e agroindustriais. Também, através de práticas com elementos de instrumentação e de automação, busca-se fortalecer os conceitos discutidos e capacitar o aluno à manipulação de ferramentas modernas de hardware e software para concepção e gestão de sistemas agrícolas.
Justificativa:
O desenvolvimento e a aplicação de tecnologia tornou-se um dos elementos fundamentais para inserção ou manutenção da competitividade comercial no mercado globalizado de países com vocação agrícola. O baixo nível de aplicação dessas tecnologias é fator de exclusão comercial, principalmente para alguns países, como o Brasil, que tem ainda um grande potencial para o desenvolvimento da Agroindústria e do Agronegócio. A necessidade de incremento da produtividade, evitando a ampliação das áreas de cultivo e buscando minimizar impactos ambientais, tornou-se um objeto importante de pesquisa, desenvolvimento e inovação. Uma das tendências atuais é a aplicação de sistemas de automação inteligentes para áreas como, por exemplo, máquinas e implementos agrícolas, irrigação, criadouros, processamento, armazenamento e transporte de produtos agrícolas, construções rurais e ambiência. Recentes tecnologias disponíveis no mercado foram concebidas para aquisição, armazenamento e transmissão de uma grande quantidade de dados que podem ser eletronicamente adquiridos na lavoura e em sistemas agroindustriais. Sensores agrícolas, dispositivos de processamento e armazenamento e atuadores são implementados usando padrões de comunicação para troca de informações diferentes, dos quais destacam as tecnologias sem fio (telemetria) e o ISOBUS (ISO11783 – padrão de comunicação eletrônica de equipamentos agrícolas). Além disso, a interpretação da enorme quantidade de dados coletados, a compreensão das causas da variabilidade e a proposta de estratégias sólidas para a gestão de sistemas agropecuários e agroindustriais têm demanda por sistemas de informação específicos para a agricultura. Tais sistemas de informação têm sido aplicados para melhorar as estratégias de manejo da lavoura, para contribuir com a gestão do agronegócio, para viabilizar a regulamentação governamental e para padronizar os processos que viabilizam a rastreabilidade e a certificação de produtos agropecuários. Contudo, se há espaço para melhoria e inserção de tecnologias, existente outro gargalo no momento que é a formação de profissionais qualificados para pesquisa, desenvolvimento e aplicação dessas tecnologias. Nesse contexto, essa disciplina é concebida para complementar a formação dentro do contexto da Engenharia de Sistemas Agrícolas com conceitos e práticas com elementos de instrumentação e automação e, assim, capacitar o aluno para desenvolvimento de projetos e a para a gestão de sistemas de engenharia aplicados a biossistemas.
Conteúdo:
Conteúdo Resumido: Inicia-se a disciplina com os fundamentos de eletricidade e eletrônica para posteriormente apresentar os conceitos essências e a aplicação de sistemas de aquisição e condicionamento de sinais, elementos de eletrônica digital e microporcessadores. Em seguida se apresenta os fundamentos de instrumentação eletrônica, discutindo-se a aplicação em processos agrícolas. Posteriormente são apresentados os conceitos de automação de sistemas contínuos e discretos e destaca-se aplicação de controladores lógicos no controle de processos em engenharia. São apresentados fundamentos de comunicação de dados para redes embarcadas, destacando aplicações sem fio para telemetria e o padrão ISO11783 para automação de máquina e implementos agrícolas. Por fim, são apresentados e discutidos sistemas de acionamento hidráulicos, pneumáticos e eletromecânicos. Aulas práticas sobre sistemas de aquisição e condicionamento de sinais, controladores lógicas e sistemas de acionamento são intercaladas com conjuntos de aulas teóricas. Conteúdo Programático: 1. Fundamentos de eletricidade e eletrônica: variáveis elétricas e medidas elétricas; elementos de circuito e análise de circuitos elétricos CC; diodos, transistores e amplificadores operacionais. 2. Aquisição sinais e condicionamento de sinais: tipos de sensores e sinais elétricos para variáveis elétricas, mecânicas, térmicas e hidráulicas; circuitos de condicionamento de sinais (ponte de Wheatstone, amplificadores operacionais e filtros). 3. Eletrônica digital e microprocessadores: conversores de sinais AD e DA; codificação e representação digital de dados; fundamentos de lógica digital, portas lógicas e circuitos combinacionais; microprocessadores. 4. Prática com instrumentos de medidas, montagem de circuitos simples com placas de aquisição de dados (placa de aquisição NI USB da empresa National Instruments). 5. Prática com software para aquisição, visualização e processamento de sinais (software Labview da empresa National Instruments). 6. Instrumentação eletrônica aplicada: fundamentos de instrumentação e de processos de medidas; características estáticas e dinâmicas dos instrumentos de medida; sensores e aquisição de sinais analógicos e digitais; medição de grandezas físicas (elétricas, térmicas, mecânicas e hidráulicas). 7. Fundamento de automação de sistemas dinâmicos contínuos e de eventos discretos: histórico e conceituação de níveis de automação e dos principais elementos de automação; princípios de automação de processos contínuos e automação de sistemas discretos; tipos de malhas de controle e tipos de controladores; controlador lógico programável (CLP); arquitetura, linguagens de programação e a norma IEC 1131-3 para CLPs. 8. Prática com ambiente de desenvolvimento de programa para CLPs (software Master Tool da empresa Altus). 9. Prática com controle de evento discreto baseada em CLP (conjunto didático Maleta CLP DUO da Empresa Altus). 10. Instrumentação e automação de máquinas e implementos agrícolas: aplicação de elementos de instrumentação e de automação; fundamentos de comunicação de dados; redes e protocolos para automação e telemetria; sistemas embarcados e redes embarcadas (ISO11783); conceitos em tecnologias da informação de gestão agrícola para integração de sistemas. 11. Acionamento e atuadores: fundamentos de máquinas eletromecânicas, tipos de motores e comando de motores elétricos; fundamentos de sistema hidráulicos e pneumáticos; elementos principais e sistemas eletro-hidráulicos e eletro-pneumáticos. 12. Prática com simulação computacional de sistemas de acionamentos hidráulicos e pneumáticos (software Fluidsim da empresa FESTO). 13. Prática com circuitos hidráulicos e pneumáticos de acionamento (bancada industrial de hidráulica e pneumática da empresa FESTO).
Forma de Avaliação:
1 prova individual (P1) 3 relatórios de atividades práticas (R1, R2 e R3 - média MR) 3 trabalhos em grupo (T1, T2 e T3 - média MT) Conceito Final=(P1+MR+MT)/
Observação:
1. A proposta prevê 6 atividades práticas que podem ser executadas parcial ou completamente no Laboratório de Robótica e Automação para Engenharia de Biossistemas (RAEB) do Departamento de Engenharia de Biossistemas (ZEB) da FZEA-USP. Estas práticas podem ser agrupadas em 2 aulas práticas executadas em um mesmo dia, e, dessa forma, serem concluídas em 3 dias distintos. 2. Os materiais citados no conteúdo programático e listados a seguir podem ser utilizados para atividades práticas que podem ser (conjuntos disponíveis no RAEB para 36 alunos): • Placa de aquisição NI USB da empresa National Instruments. • Software Labview da empresa National Instruments. • Software Master Tool da empresa Altus. • Conjunto didático Maleta DUO da Empresa Altus. • Software Fluidsim da empresa FESTO. • Bancada industrial de hidráulica de pneumática da empresa FESTO. 3. Os materiais digitais de aulas, exercícios e trabalhos podem ser colocados em ambiente de ensino à distância Moodle que já é empregado pelo RAEB. Essa iniciativa não pretende caracterizar de forma alguma um curso a distância para a referida proposta. Deseja-se apenas facilitar a interação dos alunos com os docentes e facilitar a disponibilização de materiais para estudo. 4. O Laboratório RAEB possui técnico supervisionado pelos docentes envolvidos nesta proposta. O técnico possui competências em automação e em informática e pode disponibilizar horas para auxílio na preparação e realização das práticas de ensino, e na organização do ambiente Moodle. 5. A disponibilidade dos recursos citados, assim como a disponibilidade dos docentes, deverá passar pela ciência dos colegiados da FZEA-USP.
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