Combinado - fundamentos de sistemas

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AULA 1 
FUNDAMENTOS DE SISTEMAS 
DE CONTROLE 
Prof. Alexandre Arioli 
 
 
02 
CONVERSA INICIAL 
Caro aluno, seja bem-vindo à sua primeira aula de Fundamentos de 
Sistemas de Controle. Nesta primeira aula, abordaremos a evolução da 
automação industrial. Você conhecerá os primeiros sistemas de automação 
convencionais baseados em lógicas a relé e a origem do CLP (Controlador Lógico 
Programável). Analisaremos os principais componentes dos controladores e seu 
funcionamento. Por fim, apresentaremos as vantagens e as desvantagens da 
implementação da automação. Neste contexto, a ideia é que, ao final da aula, 
você tenha uma boa noção da evolução e dos principais componentes dos 
controladores lógicos programáveis. 
CONTEXTUALIZANDO 
A automação industrial é uma área que vem evoluindo muitos nos últimos 
anos e se utiliza de CLP para a implementação de comandos lógicos e de 
equipamentos eletroeletrônicos, pneumáticos e mecânicos para substituir 
atividades manuais e que envolvem decisões e comandos. O uso de soluções de 
automação tem grande repercussão em diversos setores, tais como: industrial, 
energético, saneamento, têxtil, siderúrgica, aéreo, predial, portuário, agrícola, 
entre outros. A implementação de sistema de automação não se resume à 
redução ou à substituição de trabalho humano, e sim tem como objetivo trazer 
melhoria para os processos, maior segurança na operação de sistema em 
ambientes perigosos, aumento da qualidade, otimização, redução de tempo de 
produção e custos. Porém, antes de mergulharmos nas novas tecnologias, vamos, 
nesta primeira aula, entender um pouco mais sobre a origem e a evolução dos 
sistemas de controle. 
TEMA 1 – EVOLUÇÃO DA AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 
O princípio de tudo foi a mecanização das primeiras ferramentas, o que 
culminou com a revolução industrial, que ocorreu na Inglaterra em meados do 
século XVIII. A expansão do comércio no continente e o aprimoramento das 
técnicas de navegação, que incrementaram o comércio marítimo, aliados à farta 
mão de obra e ao controle do Estado por parte da burguesia – ingredientes estes 
que geraram grande acúmulo de capital –, permitiram a chamada Revolução das 
Máquinas. Neste período, surgiram a máquina de fiação, o tear mecânico, o motor 
 
 
03 
a vapor e a locomotiva. Por volta da segunda metade do século XIX, inicia-se a 
segunda revolução industrial, quando França, Alemanha, Itália, e ainda EUA, 
Japão e outros países também experimentam o glamour da industrialização. O 
grande marco deste período é a utilização, em grande escala, da energia elétrica 
e do petróleo. Novas tecnologias produzem ferramentas e máquinas mais 
modernas e eficazes. Aproximadamente na metade do século seguinte, a grande 
maioria das indústrias já está mecanizada e, ao final deste, a automatização de 
quase todos os processos já é realidade em totalidade. Alguns autores citam o 
início da terceira revolução industrial neste período, com o emprego generalizado 
dos computadores (Jesus; Silva). 
 O termo automação foi criado na década de 1940 por um engenheiro da 
Ford Motor Company, que descreveu vários sistemas nos quais ações e controles 
automáticos substituíam o esforço e a inteligência humana. Nessa época, os 
dispositivos de controle eram eletromecânicos por natureza. A parte lógica era 
realizada por meio de relés e temporizadores intertravados, e a intervenção 
humana acontecia em alguns pontos de decisão. Por meio de relés, 
temporizadores, botões, posicionadores mecânicos e sensores, podiam ser 
realizadas sequências simples de movimento lógico ao ligar e desligar motores e 
atuadores (Lamb, 2015). 
 No final da década de 1960 e início dos anos 1970, as fábricas 
automobilísticas não possuíam flexibilidade para mudanças constantes no 
processo de produção. Qualquer alteração no processo de fabricação dos 
automóveis, por menor que fosse, era trabalhosa e demorada. Dessa forma, para 
produzir um automóvel de cor ou modelo diferente, havia longa espera, uma vez 
que a produção era feita em grandes lotes. Nessa época, a tecnologia era a 
automação com lógica de contatos, utilizando painéis com reles eletromecânicos 
e muita fiação. Obviamente, essas fábricas não haviam sido projetadas para 
constantes modificações. Por causa das limitações tecnológicas, qualquer 
alteração na configuração da linha de produção tinha custo elevado, pois todos os 
intertravamentos para controle e segurança eram feitos com painéis de relés e 
contatores (Parede; Gomes, 2011). 
 A utilização de lógica de contatos apresentava as seguintes desvantagens: 
 Custo de modificações elevado – efetuar modificações nas linhas de 
produção significa alterar as lógicas implementadas a relés, 
 
 
04 
temporizadores e contatores. Tais modificações acarretam grandes 
modificações nos painéis existentes ou até mesmo a troca por um novo; 
 Custo de manutenção e operação elevados – os painéis eram enormes e 
ocupavam áreas de igual tamanho nas fábricas, de modo que os 
componentes eletromecânicos eram suscetíveis a falhas, o que aumentava 
o custo de manutenção. 
Figura 1 – Painel de relés 
 
Fonte: Parede; Gomes (2015). 
TEMA 2 – CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS 
 O primeiro controlador lógico programável foi desenvolvido para atender a 
uma demanda da General Motors que tinha como objetivo resolver os problemas 
existentes com os painéis a relé. Para tanto, a GM solicitou que a solução a ser 
produzida tivesse as seguintes características: 
 baixo custo; 
 ser fisicamente menor que painéis a relés para otimização de espaço no 
chão de fábrica; 
 confiabilidade maior do que painéis a relés; 
 facilidade de programação; 
 facilidade na manutenção e reparo. 
 Em 1969, a Bedford Associates apresentou para a General Motors um 
equipamento que atendia a suas necessidades, além de funcionar em operações 
distintas e ser de fácil programação. Esse equipamento era o MODICON (Modular 
 
 
05 
Digital Controller). O MODICON 084 foi o primeiro CLP comercial com essas 
tecnologias. Tal modelo proporcionou diversos benefícios à indústria, entre eles 
(Parede; Gomes, 2011): 
 facilidade na implementação de modificações por ser facilmente 
programável; 
 menor custo de manutenção; 
 diminuição de espaços físicos; 
 aumento do tempo de vida útil. 
 Os CLPs foram introduzidos na indústria brasileira na década de 1980, 
inicialmente nas filiais de empresas multinacionais, que implantavam a tecnologia 
utilizada na matriz. Em pouco tempo, essa tecnologia proliferou e o CLP adquiriu 
grande aceitação no mercado. Em 1994, havia mais de 50 fabricantes de CLP, o 
que demonstrava seu sucesso e aceitação. A Tabela 1 mostra os principais 
eventos na evolução tecnológica do CLP (Parede; Gomes, 2011): 
Tabela 1 – Evolução do CLP 
Década Evento 
1960 
Surgimento do CLP em substituição aos painéis de controle com relés 
eletromecânicos – economia de energia, facilidade de manutenção, redução de 
espaço e diminuição de custos. 
1970 
O CLP adquiriu instruções de temporização, operações aritméticas, 
movimentação de dados, operações matriciais, terminais de programação, 
controle analógico PID. No final da década, foram incorporados recursos de 
comunicação, propiciando a integração entre controladores distantes e a criação 
de vários protocolos de comunicação proprietários (incompatíveis entre si). 
1980 
Redução do tamanho físico em virtude da evolução da eletrônica e adoção de 
módulos inteligentes de E/S, proporcionando alta velocidade e controle preciso 
em aplicações de posicionamento. Introdução da programação por software em 
microcomputadores e primeira tentativa de padronização do protocolo de 
comunicação. 
1990 
Padronização das linguagens de programação sob o padrão IEC 61131-3, 
introdução interface homem - máquina (IHM), softwares supervisores e de 
gerenciamento, interfaces para barramento de campo e blocos de funções. 
Fonte:Parede; Gomes (2011). 
 Os CLPs foram desenvolvidos para o controle de sistemas com entradas e 
saídas binárias (ligado - desligado, alto - baixo etc.); porém, hoje têm adquirido 
muitas outras funções com alta confiabilidade, como é o caso de tratamento de 
sinais analógicos, controle contínuo multivariáveis, controle de posição de alta 
precisão etc. Como visto anteriormente, os CLPs nasceram para substituir relés 
na implementação de intertravamentos e controle sequencial, especializando-se 
 
 
06 
no tratamento de variáveis digitais. Segundo Jesus e Silva, algumas 
características mais relevantes dos CLPs são: 
 Caráter modular dos CLPs: permite adequar o controlador para qualquer 
aplicação, já que o projetista especifica só o número e tipos de módulos 
necessários de acordo com o número de entradas, saídas e outras funções, 
que requer o processo a ser controlado, adequando-se o controlador à 
aplicação. 
 Flexibilidade dada pela programação: pode ser aplicado a qualquer tipo de 
processo e facilmente alteradas as funções por meio do programa, sem 
mexer na instalação. 
 Comunicação: cada fabricante possui redes de comunicação proprietárias 
e possibilidades para comunicação com outros CLPs ou componentes 
como inversores de frequência, o que possibilita a distribuição de tarefas 
de controle e a centralização das informações por meio de computadores 
que rodam aplicativos de supervisão. Diversos meios físicos são possíveis: 
fios trançados, fibras ópticas ou ondas de rádio. 
 Redundância: quando o sistema assim o requer, são fornecidos módulos e 
CPUs (Unidade Central de Processamento) redundantes (com mais de 
uma CPU) que garantem uma altíssima confiabilidade de operação até nos 
processos mais exigentes. 
Figura 1 – CLP 
 
Fonte: O autor. 
 
 
07 
 A implementação de sistemas automatizados tem como características 
mais relevantes, segundo Jesus e Silva: 
 Fornecimento via projeto de integração; 
 Sistema divido em diversas CPUs de CLPs a fim de obter melhor 
performance em aplicações críticas. Redundância proporcionada pela 
duplicação de cartões de I/O (entrada / saída), fontes e CPUs; 
 Redes de comunicação antes proprietárias, agora buscam obedecer a 
padrões internacionais. Uso recente de fibras óticas; 
 Total liberdade de escolha de parceiros de equipamentos e engenharia; 
 Programação do supervisório independentemente da programação do 
CLP; 
 As variáveis devem ser definidas duas vezes: na base de dados do SCADA 
e no programa do CLP; 
 Tecnologia em geral aberta; 
 Muito eficiente no tratamento de variáveis discretas com poder e 
flexibilidade crescentes no tratamento de variáveis analógicas; 
 Hardware e software padrões de mercado; 
 Custos globais baixos quando comparado a SDCD - Sistemas Distribuídos 
para Controle Digital. 
Figura 2 – Painel com CLP 
 
Fonte: O autor. 
 
 
08 
TEMA 3 – PRINCIPAIS COMPONENTES DOS CONTROLADORES 
A estrutura física do CLP é um conjunto de circuitos eletrônicos interligados 
formados por processadores, memórias, barramentos, dispositivos de entrada e 
saída, fonte de alimentação e terminal de programação. (Parede; Gomes, 2011). 
Ao analisarmos o CLP quanto à sua arquitetura e forma construtiva, 
podemos compará-lo com um computador especialmente adaptado para 
aplicações industriais. Em razão de suas características físicas, ele pode 
funcionar em ambientes industriais agressivos, pois suporta variações de 
temperatura, vibrações, ruídos elétricos, pequenas variações na tensão etc. Por 
tudo isso, é considerado um equipamento robusto (Parede; Gomes, 2011). 
 Os principais módulos do CLP são os seguintes: 
 Unidade Central de Processamento (UCP); 
 Memórias; 
 Módulos de Entrada e Saída. 
3.1 Unidade central de processamento 
A unidade central de processamento (UCP) gerencia todo o sistema, 
controlando as operações realizadas pelas diferentes unidades funcionais. 
A principal função da UCP é controlar e executar instruções presentes na 
memória. Ela é responsável pelo gerenciamento total do sistema, controlando os 
barramentos de endereços, de dados e de controle (Parede; Gomes, 2011). 
Os primeiros CLPs usavam microprocessadores com lógica discreta. 
Alguns microprocessadores possuíam uma característica conhecida como 
microcoded, que foi muito importante para o desenvolvimento dos CLPs. Esses 
microprocessadores tinham seu conjunto de instruções formado pela combinação 
de um conjunto de operações básicas. Na década de 1980, os CLPs já eram 
utilizados normalmente em sistemas de automação que envolviam lógica e 
sequenciamento. Surgia, então, a necessidade de desenvolver novas aplicações 
para esses equipamentos. (Parede; Gomes, 2011) 
O surgimento de novas aplicações fez com que os CLPs sofressem 
evoluções, de início em razão da insuficiência de memória, das limitações do 
barramento e do aumento da complexidade do sistema. Para melhorar seu 
desempenho, associado à necessidade de maior processamento, os CLPs 
passaram a realizar multiprocessamento. (Parede; Gomes, 2011) 
 
 
09 
A introdução significativa de novos produtos e das redes de comunicação 
de CLPs, bem como a disponibilidade de processadores cada vez mais 
poderosos, fizeram com que muitas das tarefas executadas por processadores, 
antes localizados em módulos de entrada e saída inteligentes, fossem executadas 
em software pela unidade central de processamento. (Parede; Gomes, 2011) 
Figura 3 – Esquema de controle de processo em indústria 
 
Fonte: Delta Systems Engineering, 2017. 
3.2 Memória 
Memória é o local em que são armazenados instruções e dados, ou seja, 
as informações necessárias para o funcionamento do CLP. As memórias podem 
ser classificadas em: 
 Memória executiva ou do programa monitor; 
 Memória do sistema; 
 Memória imagem das entradas e saídas (E/S); 
 Memória de dados; 
 Memória do usuário ou de aplicação. 
A evolução da microeletrônica viabilizou o uso de memórias 
semicondutoras. No início, foram utilizadas as memórias RAM (random access 
Reactor 1
Thionite
Mid-Run
ON
CLEAR
Prod:
State:
Agit:
Locks:
Run Plan:
Actual:
IN OUT
Balance
Menus
Main
Menu
Feed
Sys
Aux
Sys
Reactor
1
L2
Trend 
Control
Comp A Comp B
72.0
80.0
2 HR
Cool CPC CRM
Rate
Reactor 2
CRM-114
Mid-Run
ON
CLEAR
Prod:
State:
Agit:
Locks:
Run Plan:
Actual:
Balance
Comp A Comp B
60.0
68.0
2 HR
Cool CPC CRM
Rate
IN OUT
Hydrog A
Bed
A1
Bed
A2
Suct Dsch
OK
OK
OK
CLEAR
VIB:
BRG:
OIL:
Locks:
Cycle
Comp A
470
500
F
L
O
W
2 HR
Hydrog B
Bed
B1
Bed
B2
Suct Dsch
OK
OK
OK
CLEAR
VIB:
BRG:
OIL:
Locks:
Cycle
Comp B
470
500
F
L
O
W
2 HR
Alarms:
ACK
UNACK
Toggle
List /Summary
P1
0
0
P2
1
0
P3
2
1
P4
4
1
Reactor
2
Hydrog
A
Hydrog
B
L3 L4
70
80
%
12 HR
Key Performance Indicators
Conversion Efficiency
0.5
1.0
12 HR
Emissions Limit Ratio
Feed A Feed B Feed C SynG
Feed System Aux Systems
Atv 1 Atv 2 Pres %IP
Clr T-In T-Out Visc
CWT CWP S10
PWR VentP VentT
C57D Null-A Jup2
S200
MGA
Grok
2
2
071608 08:55:07 RX2 LOW CRM –QUALITY EXC
LVL
LVL
Reactor 1
Thionite
Mid-Run
ON
CLEAR
Prod:
State:
Agit:
Locks:
Run Plan:
Actual:
IN OUT
Balance
Menus
Main
Menu
Feed
Sys
Aux
Sys
Reactor
1
L2
Trend 
Control
Comp A Comp B
72.0
80.0
2 HR
Cool CPC CRM
Rate
Reactor 2
CRM-114
Mid-Run
ON
CLEAR
Prod:
State:
Agit:
Locks:
Run Plan:
Actual:
Balance
Comp A Comp B
60.0
68.0
2 HR
Cool CPC CRM
Rate
IN OUT
Hydrog A
Bed
A1
Bed
A2
Suct Dsch
OK
OK
OK
CLEAR
VIB:
BRG:
OIL:
Locks:
Cycle
Comp A
470
500
F
L
O
W
2 HR
Hydrog B
Bed
B1
Bed
B2
Suct Dsch
OK
OK
OK
CLEAR
VIB:
BRG:
OIL:
Locks:
Cycle
Comp B
470
500
F
L
O
W
2 HR
Alarms:
ACK
UNACK
Toggle
List /Summary
P1
0
0
P2
1
0
P3
2
1
P4
4
1
Reactor
2
Hydrog
A
Hydrog
B
L3 L4
70
80
%
12 HRKey Performance Indicators
Conversion Efficiency
0.5
1.0
12 HR
Emissions Limit Ratio
Feed A Feed B Feed C SynG
Feed System Aux Systems
Atv 1 Atv 2 Pres %IP
Clr T-In T-Out Visc
CWT CWP S10
PWR VentP VentT
C57D Null-A Jup2
S200
MGA
Grok
2
2
071608 08:55:07 RX2 LOW CRM –QUALITY EXC
LVL
LVL
 
 
010 
memory), que, por serem intrinsecamente voláteis, eram acompanhadas de 
baterias que as mantinham permanentemente alimentadas. Depois, as memórias 
PROM (programmable read only memory) passaram a ser empregadas, porém, 
não eram reprogramáveis. O próximo passo foi adotar as memórias não voláteis 
EPROM (erasable programmable read only memory), que eram apagadas pela 
exposição à luz ultravioleta. Surgiram, então, as memórias EEPROM (electrically 
erasable read only memory), que podiam ser apagadas eletricamente. (Parede; 
Gomes, 2011) 
3.3 Módulos de entrada e saída (E/S) 
Os módulos de entrada e saída (E/S) são utilizados para permitir a 
comunicação entre o CLP e os dispositivos externos. 
Esses dispositivos podem ser divididos em dois grandes grupos, segundo 
Parede e Gomes (2011): 
 Dispositivos de entrada – classificados como entradas digitais e entradas 
analógicas; 
 Dispositivos de saída – classificados como saídas digitais e saídas 
analógicas. 
TEMA 4 – FUNCIONAMENTO DOS CONTROLADORES 
 Os controladores apresentam 3 partes básicas para seu funcionamento: 
entradas, unidade central de processamento e saídas. 
Figura 4 – Estrutura básica dos CLPs 
 
Fonte: Zancan (2011). 
 Nas entradas do CLP são conectados os transdutores, dispositivos que 
informam eletricamente as variáveis do processo à Unidade Central de 
Processamento (CPU). Esta, por sua vez, analisa as informações de entrada, a 
lógica de funcionamento do processo programada pelo usuário, ativando ou 
 
 
011 
desativando as saídas do CLP. As saídas do CLP são conectadas a elementos 
atuadores, dispositivos que interagem com o processo, a fim de controlá-lo. 
 O controle e o processamento das informações de entrada e saída são 
realizados de forma sequencial, por meio de ciclos de varredura, conforme mostra 
a figura a seguir. 
Figura 5 – Ciclo de varredura do CLP 
 
 Fonte: Zancan (2011). 
4.1 Início 
 Ao ligar o CLP, é verificado o funcionamento da CPU, as memórias, os 
circuitos auxiliares e a existência de programa, desativando todas as saídas 
(Zancan, 2011). 
4.2 Verificando o estado das entradas 
 O CLP faz a leitura do estado de cada uma das entradas, verificando se 
alguma foi acionada. Este procedimento dura alguns microssegundos (Zancan, 
2011). 
 
 
 
012 
4.3 Transferência de dados para a memória 
 Após realizar a leitura do estado das entradas, o CLP armazena as 
informações obtidas em uma memória chamada “memória imagem das entradas 
e saídas”. Esta memória será consultada pelo CLP durante o processamento do 
programa do usuário (Zancan, 2011). 
4.4 Comparação com o programa do usuário 
 Ao executar o programa do usuário, o CLP consulta a memória imagem das 
entradas, atualizando a memória imagem das saídas, de acordo com as 
instruções do programa do usuário (Zancan, 2011). 
Figura 7 – Exemplo de programa do usuário 
 
4.5 Atualização das saídas 
 Após atualizar a memória imagem das saídas, o CLP atualiza as interfaces 
ou módulos de saída, iniciando então um novo ciclo de varredura (Zancan, 2011). 
 
 
 
013 
TEMA 5 – VANTAGENS E DESVANTAGES DA IMPLEMENTAÇÃO DA 
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 
A seguir, apresentaremos as vantagens e as desvantagens que a 
implementação da automação industrial proporciona de acordo com a ideia de 
Lamb (2015). 
5.1 Vantagens 
 Operadores ou humanos com tarefas de trabalhos pesadas ou monótonas 
podem ser substituídos. 
 Operadores humanos que realizam tarefas em ambientes perigosos, como 
aqueles com temperaturas extremas ou em atmosferas radioativas e 
tóxicas, podem ser substituídos. 
 Tarefas que estão além da capacidade humana foram facilitadas. O 
manuseio de cargas grandes ou pesadas, a manipulação de elementos 
minúsculos ou as exigências para se fabricar um produto de forma muito 
rápida ou muito lenta são exemplos disso. 
 A produção é mais rápida e os custos de mão de obra são menores por 
produto em comparação às operações manuais equivalentes. 
 Os sistemas de automação conseguem incorporar facilmente inspeções e 
verificações a fim de reduzir o número de produtos fora de um determinado 
padrão de produção, permitindo o controle estatístico de processo que 
gerará produtos mais consistentes e uniformes. 
 A automação serve de catalisador para melhoria da economia das 
empresas e da sociedade. Por exemplo, o produto nacional bruto e o 
padrão de vida da Alemanha e do Japão aumentaram drasticamente no 
século XX, em grande parte por esses países terem incorporado a 
automação em sua produção de armas, automóveis, têxteis e outros bens 
para exportação. 
 Os sistemas de automação não tiram férias ou ficam doentes. 
5.2 Desvantagens 
 A tecnologia atual não é capaz de automatizar todas as tarefas desejadas. 
Certas tarefas não podem ser facilmente automatizadas, como a produção 
ou a montagem de produtos cujos componentes têm inconsistência de 
 
 
014 
tamanhos ou tarefas em que a habilidade manual é necessária. Alguns 
produtos precisam de manipulação humana. 
 Algumas tarefas custam mais para serem automatizadas do que para 
serem realizadas de forma manual. A automação é aplicável em processos 
repetitivos, consistentes e que envolvem grandes volumes de produtos. 
 É difícil prever com precisão o custo de pesquisa e desenvolvimento para 
automatizar um processo. Uma vez em que esse custo pode ter um grande 
impacto sobre a rentabilidade, geralmente se descobre que não houve 
vantagens econômicas na automação de um processo somente quando ela 
já esta implantada. No entanto, com o advento e a continuidade do 
crescimento de diferentes tipos de linhas de produção, é possível fazer 
estimativas mais precisas baseadas em projetos anteriores. 
 Os custos iniciais são relativamente altos. A automação de um novo 
processo, ou a construção de uma nova planta, precisa de um investimento 
alto em comparação com o custo unitário do produto. Mesmo as máquinas 
que já possuem os custos de desenvolvimentos recuperados se tornam 
caras em termos de hardware e mão de obra. O custo pode ser proibitivo 
para as linhas de produção personalizadas, em que o manuseio de 
ferramentas e de produtos dever ser realizado. 
 Geralmente, é necessário um departamento de manutenção qualificado 
para consertar e manter os sistemas de automação em bom 
funcionamento. Falhas no sistema de automação podem resultar em 
perdas totais de produção ou em uma produção defeituosa. 
5.3 Análise das vantagens e desvantagens 
 No geral, as vantagens parecem superar as desvantagens. Seguramente, 
é possível dizer que os países que adotaram a automação desfrutam de um 
padrão de vida mais elevado do que aqueles que não a adotaram. 
Independentemente das implicações sociais que possam ocorrer, não existem 
dúvidas de que a produtividade aumenta com a aplicação adequada de técnicas 
de automação (Lamb, 2015). 
 
 
 
015 
5.4 A sociedade do conhecimento 
 É certo que todas essas mudanças tecnológicas desenvolveram novas 
formas de trabalho, e que trouxeram novas exigências de qualificação e perfil do 
trabalhador (Capelli, 2015). 
 No final de século XX, a automação e a produtividade reduziram o 
percentual de funcionários que desempenham funções de trabalhos tradicionais, 
enquanto na demanda competitiva houve aumento dos que desempenham 
funções analíticas: engenharia, marketing, gerenciamento e administração. 
Mesmo os indivíduos ligados diretamente à produção e à prestação de serviços 
são valorizados por suas sugestões para melhorar a qualidade, reduzir custos e 
diminuir ciclos (Capelli, 2015). 
 Essa competitividade nosleva, segundo Capelli (2015): 
 A uma constante necessidade de investimento na formação de cada 
indivíduo; 
 Certamente o capital intelectual é o bem mais precioso de qualquer 
empresa. 
Qualquer que seja o segmento industrial, a automação tornou-se 
necessária à sobrevivência em mercados dinâmicos e flexíveis, em que a 
presença humana é bem remunerada. 
FINALIZANDO 
Como vimos nesta primeira aula, apresentamos um pouco da evolução dos 
controladores lógicos programáveis e os desafios iniciais para a implementação 
deste produto em linhas de produção. A implantação de sistemas de automação 
nos impõe desafios que devem ser avaliados para que custos, serviços de 
desenvolvimento e implementação da solução de automação atinja a necessidade 
e a qualidade exigidas pelo cliente final. A partir da próxima aula, vamos nos 
aprofundar nas interfaces dos CLPs com o processo, sendo estas: entradas e 
saídas e sensores de campo. 
 
 
 
016 
REFERÊNCIAS 
PAREDE, I. M.; GOMES, L. E. L. Eletrônica 6: Automação Industrial. São Paulo: 
Fundação Padre Anchieta, 2011. (Coleção Técnica Interativa. Série Eletrônica, v. 
6) 
CAPELLI, A. Automação industrial: controle do movimento e processos 
contínuos. São Paulo: Editora Erica, 2015. 
LAMB, F. Automação industrial: na prática. Porto Alegre, RS: McGraw-Hill, 2015. 
ZANCAN, M. D. Controladores programáveis. 3 ed. Santa Maria, RS: 
Universidade Federal de Santa Maria; Colégio Técnico Industrial de Santa Maria, 
2011. 
JESUS JUNIOR, S. F.; SILVA, S. J. G. Evolução da automação industrial. 
Disponível em: <https://www.dca.ufrn.br/~affonso/FTP/DCA447/trabalho1/trabalho
1_18.pdf>. Acesso em: 1 nov. 2017. 
AULA 2 
FUNDAMENTOS DE SISTEMAS 
DE CONTROLE 
Prof. Alexandre Arioli 
 
 
02 
CONVERSA INICIAL 
Caro aluno, seja bem-vindo à sua segunda aula de Fundamentos de 
Sistemas de Controle. Nesta segunda aula, abordaremos os sinais 
digitais/analógicos e os sensores. Você conhecerá as entradas e as saídas digitais 
e analógicas. Nós analisaremos os sensores discretos e analógicos e suas 
aplicações nos processos industriais. Neste contexto, a ideia é que, ao final da 
aula, você tenha uma boa noção dos tipos de sinal e dos sensores que podem ser 
utilizados para a automação de um processo. 
CONTEXTUALIZANDO 
Os controladores lógicos programáveis podem processar sinais analógicos 
e digitais, sendo estes tratados e interpretados pela UCP. Para o controle de um 
processo, os CLPs reagem a uma informação de entrada que é processada, 
analisada e resulta em uma atuação nas saídas. As entradas podem ser obtidas 
de forma discreta ou analógica. A utilização de sensores é essencial para o 
controle de processo industrial, energético, têxtil, alimentícios, petroquímico, entre 
outros. Por meio das informações provenientes dos sensores podemos controlar 
níveis, pressões, motores, esteiras, prensas e outros diversos equipamentos, 
componentes e processos. Os sensores também são utilizados na área de 
proteção de máquinas (NR12), para a qual existe uma legislação específica. 
Vamos, nesta segunda aula, entender um pouco sobre as interfaces digitais e 
analógicas dos CLPs, sensores e suas aplicações para controle de processos. 
TEMA 1 – ANALÓGICO E DIGITAL 
1.1 Sinal Digital 
Os elementos básicos da lógica de automação são os estados digitais. Um 
interruptor e um sinal só podem estar ligados ou desligados (on ou off). Estes 
estados são representados por um sinal, sendo 0 para desligado e 1 para ligado. 
Existem muitos elementos em um esquema de automação representáveis por 1 
ou 0: o estado de um interruptor ou de um sensor, o estado de um motor, de uma 
válvula, ou mesmo o estado de uma máquina (Lamb, 2015). 
 
 
 
03 
Figura 1 – Sinal digital 
 
Fonte: O autor. 
1.2 Sinal analógico 
Muitas vezes, não é possível descrever os estados de diversos dispositivos 
de forma tão simples. Um motor pode estar ligado ou desligado, mas ele também 
apresenta outros parâmetros, como a velocidade – que só pode ser descrita 
numericamente. Para essa finalidade, uma representação analógica desse valor 
é usada. Dependendo do tipo dos números usados, um valor analógico pode ser 
representado por um número inteiro ou um número real com vírgula decimal. 
Os sinais das entradas analógicas assumem a forma de variações de 
tensão ou corrente. Um dispositivo analógico pode medir posição, velocidade, 
vazão ou outra característica física. Esses sinais são conectados a um circuito, o 
qual os converte em números digitais. 
Os sinais elétricos são convertidos em digitais a partir de entradas 
analógicas por meio de um circuito conversor analógico-digital (ADC - Analog to 
Digital Converter). Os sinais são convertidos de digitais em analógicos, utilizando 
um conversor digital-analógico (DAC - Digital to Analog Converter). 
Figura 2 – Conversão A/D 
 
Fonte: O autor. 
 
 
04 
1.2.1 Escala de conversão analógica 
Os valores analógicos devem ser convertidos em unidades de medidas 
para serem exibidos. A fórmula para tal é derivada da fórmula de uma reta, 
Y=mx+b, em que m é um escalar criado da divisão da unidade de engenharia pela 
faixa de corrente e tensão, x é o valor analógico obtido do sinal de entrada, e b é 
o deslocamento. Y é o valor das unidades de engenharia a ser exibido (Lamb, 
2015). 
Como exemplo, suponhamos que temos uma entrada de 4 a 20mA 
representando determinado peso, em quilos. Em 4mA, temos que o valor lido é 
de 0 quilos, enquanto o valor de 20mA representa o valor de leitura de 100 quilos. 
Suponha que um cartão de 16 bits dê a leitura de 0 para 4 mA e de 65.536 para 
20mA. Então, a faixa de peso é 100 e a faixa de corrente, 65.536. O escalar é, 
portanto, 100/65.536 = 0,0015259, o número de quilos por contagem digital. Neste 
exemplo, supõem-se um valor de 27.000 no cartão. Multiplicando pelo escalar, 
chegamos ao valor de 41,199 quilos (Lamb, 2015). 
 Escalar da range de engenharia  100 (máximo) – 0 (mínimo) = 100. 
 Escalar do range da entrada analógica do CLP  65.535 (máximo) – 0 
(mínimo) = 65.535. 
 M = Escalar da range de engenharia / Escalar do range da entrada 
analógica do CLP. 
 B = 0, pois o valor inicial da escala é 0. 
 X = 27.000. 
 Y = 0,0015259*27.000+0. 
 Y = 41,199 kg. 
A seguir, será apresentado um exemplo de conversão de escala em um 
CLP Rx3i da GE. Esta conversão foi desenvolvida para sinais inteiros e com casas 
após a vírgula (ponto flutuante). 
 Variáveis da Fórmula 
 MaxUE  máximo da escala de engenharia; 
 MinUE  mínimo da escala de engenharia; 
 MaxIO  máximo da entrada analógica; 
 MinIO  mínimo da entrada analógica; 
 Atual  valor da entrada analógica. 
 
 
05 
 Fórmula – Valor = (Escalar * Valor da entrada analógica) + 
Deslocamento 
 Escalar  ((MaxUE – MinUE) / (MaxIO – MinIO)); 
 Valor da entrada analógica  Atual (0 a 4095); 
 Deslocamento  valor inicial da unidade de engenharia (MinUE). 
Figura 3 – Exemplo de conversão de Escala no CLP Rx3i da GE 
 
Fonte: O autor. 
TEMA 2 – ENTRADAS E SAÍDAS DIGITAIS 
Para que um CLP, por meio de um programa, controle adequadamente 
determinado processo, é necessário que ele possua dispositivos de entrada e 
saída digitais compatíveis com as variáveis do processo e com as estratégias de 
controle desejadas. 
 
 
06 
2.1 Entradas digitais 
Apesar de as variáveis físicas, tais como temperatura, pressão, força, 
massa etc., terem comportamento analógico, a maioria dos processos é 
controlada por meio de informações digitais, provindas de sensores, botoeiras, 
chaves fim de curso, termostatos, pressostatos etc., tornando as entradas digitais 
as mais presentes e as mais utilizadas em CLPs (Zancan, 2011). 
As entradas digitais de um CLP estão aptas a identificar a presença ou não 
de um sinal elétrico provindo de determinado dispositivo, dentro de uma 
determinada faixa de valores, reconhecendo a presençado sinal, mas não sua 
amplitude. Os valores de tensão mais utilizados em entradas digitais são 24 Vcc 
e 110 a 220 Vca (Zancan, 2011). 
Para que a CPU possa interpretar corretamente as informações elétricas 
que chegam às entradas digitais, o CLP dispõe de módulos de entrada, 
responsáveis pela adequação elétrica dos sinais (Zancan, 2011). 
2.1.1 Dispositivos para entradas digitais 
Os dispositivos para entradas digitais devem fornecer às entradas digitais 
do CLP informações elétricas binárias correspondentes a dois níveis diferentes de 
tensão, respeitando as especificações de valores do CLP. Como exemplo, 
podemos ter 0 Vcc para baixo nível (desativada) e 24 Vcc para alto nível (ativada) 
(Zancan, 2011). 
Como exemplo de dispositivos para entradas digitais, temos os 
interruptores, as botoeiras, chaves fim de curso, os termostatos, pressostatos, 
sensores digitais capacitivos, indutivos e fotoelétricos etc., conforme mostra a 
figura a seguir (Zancan, 2011). 
 
 
 
07 
Figura 4 – Dispositivos para entradas digitais: (1) interruptor; (2) botoeira; (3) 
chave fim de curso; (4) termostato; (5) pressostato; (6) sensor indutivo 
 
Fonte: Zancan (2011). 
2.2 Saídas digitais 
As saídas digitais são as mais utilizadas em CLPs devido à sua 
simplicidade, uma vez que estas podem assumir somente duas situações: 
acionada ou desacionada. Quando uma saída digital está acionada, se comporta 
como uma chave fechada, energizando o dispositivo atuador. Quando 
desacionada, se comporta como uma chave aberta, desenergizando o dispositivo 
atuador. A comutação das saídas pode ser à transistor ou à relé, aplicando no 
dispositivo atuador a tensão fornecida à saída, geralmente 24 Vcc, 127 Vca ou 
220 Vca (Zancan, 2011). 
2.2.1 Dispositivos para saídas digitais 
Como as saídas digitais comportam-se como chaves abertas ou fechadas, 
podemos utilizá-las para comutar um circuito elétrico com tensão compatível com 
os terminais do CLP e com os equipamentos elétricos conectados à saída, 
acionando-os ou os desacionando. Entretanto, o CLP é um equipamento lógico, 
projetado para acionar pequenas cargas elétricas, geralmente dispositivos 
eletromecânicos ou eletrônicos de acionamentos, tais como contatores, lâmpadas 
 
 
08 
de sinalização, soft-starters, válvulas eletro-hidráulicas ou eletropneumáticas etc., 
capazes de acionar cargas elétricas de maior potência, como mostra a figura a 
seguir. 
Figura 5 – Dispositivos para saídas digitais: (1) contator; (2) soft-starter; (3) 
lâmpadas de sinalização; (4) válvula eletro-hidráulica 
 
Fonte: Zancan (2011). 
TEMA 3 – ENTRADAS E SAÍDAS ANALÓGICAS 
Para que um CLP, por meio de um programa, controle adequadamente 
determinado processo, é necessário que ele apresente dispositivos de entrada e 
saída analógicas compatíveis com as variáveis do processo e com as estratégias 
de controle desejadas. 
3.1 Entradas analógicas 
As entradas analógicas de um CLP são geralmente empregadas em 
processos que exigem um controle mais preciso, identificando e atualizando, a 
cada varredura, o valor instantâneo da variável de entrada. As principais variáveis 
físicas medidas por entradas analógicas são de temperatura e pressão. Para isso, 
são utilizados alguns dispositivos, tais como os sensores de pressão e 
 
 
09 
termopares, que convertem as variáveis físicas em sinais elétricos proporcionais, 
cujas amplitudes são reconhecidas pelas entradas analógicas do CLP. Esses 
sinais elétricos podem ser de tensão ou corrente, cuja faixa de valores mais 
utilizada é, respectivamente, 0 a 10 Vcc e 4 mA a 20 mA (Zancan, 2011). 
3.1.1 Dispositivos para entradas analógicas 
Os dispositivos para entradas analógicas devem ser compatíveis com as 
entradas analógicas do CLP, em relação ao tipo de sinal (corrente ou tensão) e à 
faixa de valores deste sinal, fornecendo ao CLP sinais elétricos variáveis, 
proporcionais à variação da grandeza física que está sendo medida (Zancan, 
2011). Como exemplo de dispositivos para entradas analógicas, temos os 
potenciômetros, os sensores de pressão, sensores de vazão, sensores de 
distância, termopares etc., conforme mostra a figura a seguir (Zancan, 2011). 
Figura 6 – Dispositivos para entradas analógicas: (1) potenciômetro; (2) sensor de 
pressão; (3) termopar; (4) sensor de vazão; (5) sensor de distância 
 
Fonte: Zancan (2011). 
 
 
 
010 
3.2 Saídas analógicas 
As saídas analógicas de um CLP são geralmente utilizadas em processos 
que exigem um controle mais preciso, ajustando o funcionamento dos atuadores 
às necessidades do processo. Os sinais elétricos das saídas analógicas podem 
ser de tensão ou corrente, cujas faixas de valores mais utilizadas são, 
respectivamente, 0 a 10 Vcc e 4 mA a 20 mA. Dessa forma, os atuadores 
receberão das saídas analógicas sinais elétricos variáveis, não apenas 
energizando os equipamentos, mas, principalmente, definindo a intensidade de 
sua atuação no processo (Zancan, 2011). 
3.2.1 Dispositivos para saídas analógicas 
Os dispositivos para saídas analógicas recebem do CLP sinais elétricos 
variáveis, de tensão ou corrente, controlando a atuação de um equipamento 
elétrico. Temos como exemplos: controle de temperatura, controle de nível, 
controle de rotação de motores elétricos etc. Para isso, são necessários circuitos 
ou equipamentos eletrônicos auxiliares que recebem a informação analógica do 
CLP, atuando diretamente no funcionamento dos equipamentos elétricos, como 
um conversor de frequência, equipamento eletrônico destinado ao controle de 
rotação de motores de indução. A figura a seguir mostra um conversor de 
frequência (Zancan, 2011). 
Figura 7 – Inversor de frequência 
 
Fonte: O autor. 
 
 
011 
TEMA 4 – SENSORES DISCRETOS 
Sinal quantificado que indica a existência ou não de um evento. Pode 
assumir os valores 0 (zero) ou 1 (um), bem como uma combinação destes. Os 
sensores discretos são utilizados para monitorar a ocorrência ou não de 
determinado evento. Apresentam, em sua saída, dois estados distintos, como 
ligado (on) ou desligado (off), ou a presença ou ausência de determinada 
grandeza elétrica (Fluentes, 2005). 
Figura 8 – Fim de curso 
 
Fonte: O autor. 
Podem ser dispositivos eletromecânicos simples e de baixo custo, como 
microswitchs e interruptores fim de curso. Há também os eletrônicos, como os 
sensores de proximidade indutivos e capacitivos (Fluentes, 2005). 
Conheça as características dos Sensores Discretos eletromecânicos e 
eletrônicos, segundo Fluentes (2005): 
 Eletromecânicos 
 Necessidade de contato físico com o alvo; 
 Baixa velocidade de resposta; 
 Baixa frequência de comutação; 
 Vida útil limitada dos contatos; 
 Baixo custo. 
 Eletrônicos 
 Não necessita de contato físico com o alvo; 
 Alta velocidade de repostas; 
 Não apresenta limitações de ciclos de operação; 
 Custo elevado. 
 
 
012 
Os sensores de proximidade discretos detectam a presença de um objeto 
em determinada posição do espaço. Muitos sistemas de produção utilizam chaves 
eletromecânicas para a determinação da posição dos movimentos executados. 
Entretanto, estes componentes necessitam de contato físico e apresentam 
limitações quanto à velocidade de atuação. A atual tecnologia eletrônica permitiu 
o desenvolvimento de diversos modelos de sensores de proximidade com 
características específicas para as mais variadas aplicações (Fluentes, 2005). 
Tipos de sensores discretos: 
 Magnéticos; 
 Indutivos; 
 Capacitivos; 
 Ópticos. 
A seguir, apresentaremos alguns exemplos de aplicações em que os 
sensores discretos podem ser utilizados. 
Figura 9 – Detecção de posição 
 
Fonte: Fluentes (2005). 
Figura 10 – Contagem de peças 
 
Fonte: Fluentes (2005). 
Figura 11 – Detecção de nível 
 
Fonte: Fluentes (2005). 
 
 
 
013 
4.1 Sensores indutivos 
Os sensores de proximidade indutivos são dispositivos eletrônicos capazesde detectar a aproximação de peças metálicas, em substituição às tradicionais 
chaves fim de curso. A detecção ocorre sem que haja contato físico, aumentando 
a vida útil do sensor por não possuir peças móveis sujeitas a desgastes mecânicos 
(Fluentes, 2005). 
4.2 Sensores capacitivos 
O sensor capacitivo tem como principal vantagem poder detectar objetos 
metálicos e não metálicos, ao contrário do indutivo, que só detecta objetos 
metálicos. Outra vantagem é que essa detecção pode ser realizada com objetos 
que estejam dentro de recipientes não metálicos. Esses sensores são usados 
geralmente na indústria de alimentos e para verificar os níveis de fluidos e sólidos 
dentro de tanques. Os sensores capacitivos não são tão precisos quanto os 
indutivos, além de serem mais sensíveis à variação do ambiente. 
4.3 Sensores fotoelétricos 
Os sensores fotoelétricos, também conhecidos por sensores ópticos, 
manipulam a luz de forma a detectar a presença do acionador, que, na maioria 
das aplicações, é o próprio produto (Fluentes, 2005). 
4.3.1 Sistema de barreira 
O transmissor e o receptor estão em unidades distintas e devem ser 
dispostos um frente ao outro, de modo que o receptor possa constantemente 
receber a luz do transmissor. O acionamento da saída ocorre quando o objeto a 
ser detectado interrompe o feixe de luz. 
 
 
 
014 
Figura 12 – Barreia de luz instalada em uma prensa 
 
Fonte: O autor. 
4.3.2 Sistema por difusão (fotosensor) 
Neste sistema, o transmissor e o receptor são montados na mesma 
unidade. O acionamento da saída ocorre quando o objeto a ser detectado entra 
na região de sensibilidade e reflete para o receptor o feixe de luz emitido pelo 
transmissor (Fluentes, 2005). 
4.3.3 Sistema retro-refletivo 
Este sistema apresenta o transmissor e o receptor em uma única unidade. 
O feixe de luz chega ao receptor somente após ser refletido por um espelho 
prismático, e o acionamento da saída ocorrerá quando o objeto a ser detectado 
interromper este feixe (Fluentes, 2005). 
 
 
 
015 
Figura 13 – Sensor retro-refletivo 
 
Fonte: Fluentes (2005). 
4.3.4 Informações sobre os sensores ópticos 
 A seguir serão apresentados alguns conceitos para a utilização de 
sensores ópticos. 
 Background: Alguns sensores ópticos podem apresentar supressores de 
background, ou seja, serão insensíveis ao fundo brilhante. Portanto, se 
houver um fundo brilhante, isso pode confundir a detecção do objeto, 
mesmo que este fundo esteja fora da distância sensora máxima. 
 Zona Morta: Existe uma área próxima ao sensor onde não é possível a 
detecção do objeto, pois, nesta região, a reflexão da luz não consegue 
chegar ao receptor. A zona morta normalmente é de 10 a 20% da distância 
sensora. 
 Interferências do meio: Os sensores ópticos não são 100% imunes à 
iluminação do ambiente. Algumas recomendações são: não colocar 
lâmpada fluorescente muito próximo do sensor, nem deixar luz solar incidir 
diretamente sobre as lentes. 
 Fator de redução: Alguns catálogos de sensores apresentam tabelas de 
fatores de correção em função do material e da cor do objeto a ser 
detectado. 
 Ajuste de Sensibilidade: Todos os modelos fotossensores apresentam 
um potenciômetro para ajuste de sensibilidade, o qual tem como função 
ajustar a distância sensora de modo que o sensor discrimine somente o 
objeto a ser detectado. 
TEMA 5 – SENSORES ANALÓGICOS 
Os sensores analógicos produzem uma saída proporcional a uma 
propriedade de medida. Frequentemente, há compensações e erros lineares 
 
 
016 
associados aos sensores analógicos que ser precisam ser levados em conta ao 
se utilizar de medidas resultantes, e uma calibração em relação a um padrão 
conhecido costuma ser requerida (Lamb, 2015). 
5.1 Ultrassônicos 
 Os sensores ultrassônicos transmitem pulsos de som em uma alta 
frequência e avaliam o eco recebido de volta ao sensor. Os sensores calculam o 
intervalo de tempo entre o sinal e o eco recebido para determinar a distância na 
qual se encontra um objeto (Lamb, 2015). 
 Os sensores ultrassônicos são usados para medir distâncias, sendo 
comuns em aplicações que medem líquidos e níveis de tanque. Essa tecnologia 
é limitada pelas formas das superfícies e pela densidade ou consistência de um 
material. Por exemplo, a espuma na superfície de um fluído em um tanque pode 
distorcer uma leitura (Lamb, 2015). 
Figura 14 – Sensor ultrassônico 
 
Fonte: O autor. 
5.2 Sensor de temperatura 
O dispositivo mais comum para medir a temperatura é o termopar. Os 
termopares são empregados na ciência e na indústria. Algumas aplicações 
incluem medidas de temperatura de fornos e na moldagem de plásticos por 
injeção, medidas de temperatura exaustivas de turbinas a gás e vários outros 
processos industriais (Lamb, 2015). 
 
 
 
017 
Figura 15 – Sensor PT100 
 
Fonte: O autor. 
5.3 Sensor de pressão 
Os sensores de pressão são utilizados em aplicações que incluem medidas 
de pressão de tanques, rede de distribuição de água, circuitos hidráulicos e vários 
outros processos industriais. 
Figura 16 – Sensor de pressão 
 
Fonte: O autor. 
5.4 Sensor radar 
Com os sensores radares, é possível medir os níveis, a velocidade e o 
volume, por exemplo, de um tanque. Os sensores radares funcionam em 
ambientes com muita poeira, podendo ser utilizados na medição de tanques, silos 
entre outras aplicações. Esse sensor possui a capacidade de isolar partículas 
soltas, assim como as características do ambiente de medição (tanques, silos 
entre outros), focando no nível real de material dentro dele. 
Figura 17 – Sensor radar 
 
Fonte: O autor. 
 
 
 
018 
FINALIZANDO 
 Nesta segunda aula, apresentamos um pouco sobre os tipos de sinais 
existentes, que são interpretados pelos controladores lógicos programáveis, os 
tipos de interface (entradas e saídas) que os CLPs utilizam para 
aquisitar/comandar sinais de campo, e os tipos de sensores discretos e analógicos 
existentes para detecção de elementos e medições de variáveis de um processo, 
tais como: temperatura, níveis, pressão, entre outras. As análises dos dispositivos 
corretos para interface com os elementos de um processo nos impõem desafios 
que devem ser avaliados para que o resultado final do controle atinja necessidade 
e qualidade exigidas pelo cliente final. 
 
 
 
 
019 
REFERÊNCIAS 
CAPELLI, A. Automação Industrial: controle do movimento e processos 
contínuos. São Paulo, Erica, 2015. 
FLUENTES, R. C. Apostila de Automação Industrial. Santa Maria: Universidade 
Federal de Santa Maria; Colégio Técnico Industrial de Santa Maria, 2005. 
Disponível em: <http://w3.ufsm.br/fuentes/index_arquivos/CA03.pdf>. Acesso em: 
2 nov. 2017. 
LAMB, F. Automação Industrial: na prática. Porto Alegre, RS: McGraw-Hill, 2015. 
ZANCAN, M. D. Controladores programáveis. 3 ed. Santa Maria, RS: 
Universidade Federal de Santa Maria; Colégio Técnico Industrial de Santa Maria, 
2011. 
 
 
AULA 3 
FUNDAMENTOS DE SISTEMAS 
DE CONTROLE 
Prof. Alexandre Arioli 
 
 
02 
CONVERSA INICIAL 
Caro aluno, seja bem-vindo à sua terceira aula de Fundamentos de 
Sistemas de Controle. Nesta aula, abordaremos os sistemas de numeração e 4 
tipos de linguagem de programação existentes na norma 61131-3. Analisaremos 
os tipos de linguagem textuais (lista de instrução e texto estruturado), linguagem 
gráfica de diagrama de blocos de funções e sequenciamento gráficos de funções. 
Neste contexto, a ideia é que, ao final da aula, você tenha uma boa noção dos 
tipos de métodos de programação que podem ser utilizados para a automação de 
um processo. 
CONTEXTUALIZANDO 
 Os controladores lógicos programáveis podem apresentar tipos/formato de 
dados e tipos de programação que devem ser de conhecimento dos técnicos e 
dos engenheiros que trabalham com tais equipamentos. Para a área de 
automação industrial, existe uma norma direcionada aoscontroladores lógicos 
programáveis, a IEC61131-3, que é de muita importância, pois ajuda os técnicos 
iniciantes em determinada área a fazer o serviço técnico da melhor forma possível, 
e possibilita aos técnicos experientes comprovar seus métodos de trabalho. Na 
implementação das lógicas de controle nos CLPs, podemos utilizar mais de uma 
forma de programação, sendo que esta condição deve ser avaliada pelo corpo 
técnico na etapa de planejamento do projeto. Vamos, então, nesta terceira aula, 
entender um pouco sobre os tipos/formatos dos dados e conhecer os 4 tipos de 
programação descritos na norma IEC61131-3. 
TEMA 1 – SISTEMA DE NUMERAÇÃO 
Vários sistemas são usados para a representação numérica no mundo da 
automação. Alguns deles são configurados para facilitar o uso pelos sistemas 
baseados em computadores ou em microprocessadores, enquanto outros são 
mais voltados para a alta precisão ou têm intuito de facilitar a interpretação pelos 
seres humanos (Lamb, 2015). 
 
 
 
03 
1.1 Binário ou booleano 
O sistema de numeração binário é um sistema de base 2, em que em cada 
dígito pode ser somente 0 ou 1. Os computadores usam esse sistema 
internamente devido à natureza lógica das portas ou switches dos sistemas de 
computação. Os números 1 e 0 podem ser agrupados de tal maneira que facilite 
a conversão em outros sistemas de numeração (Lamb, 2015). 
Embora não estejam relacionadas de forma direta com o sistema de 
numeração binária, as operações lógicas, em uma sequência de caracteres 
binários, são chamadas de booleanos ou operações bit a bit. Por essa razão, o 
sistema binário é, em alguns momentos, citado como sistema booleano (Lamb, 
2015). 
Quadro 1 – Potência de base 2 
 
Fonte: Lamb (2015). 
Tabela 1 – Conversão binário decimal 
 
Fonte: Lamb (2015). 
 
 
04 
1.2 Decimal 
O sistema numérico ao qual as pessoas estão mais habituadas é o sistema 
decimal, ou sistema de base 10. Esse sistema possui uma raiz de 10 e permite 
que números fracionários sejam representados convenientemente, utilizando um 
ponto de raiz na base 10 ou um ponto decimal (Lamb, 2015). 
Figura 1 – Potência de base 10 
 
Fonte: Lamb (2015). 
1.3 Hexadecimal 
O sistema hexadecimal é um sistema de base 16. Seu principal uso é como 
uma apresentação facilmente conversível em grupos de dígitos binários. Ele utiliza 
16 símbolos: 0 até 9 para representar os 10 primeiros dígitos, e de A até F para 
os valores entre 10 e 15. Uma vez que cada dígito representa quatro dígitos 
binários, ele serve como uma abreviação dos valores na base 2 (Lamb, 2015). 
Tabela 2 – Conversão hexadecimal binário 
 
Fonte: Lamb (2015). 
 
 
 
05 
1.4 Ponto flutuante e real 
Os números considerados não inteiros são representados por pontos 
flutuantes ou números reais. Normalmente, esses números se apresentam 
utilizando 32 bits e também são conhecidos como precisão simples de 32 bits 
(Lamb, 2015). 
Os números de ponto flutuante permitem que um ponto da raiz seja 
variável, o que depende de um número muito grande ou muito pequeno a ser 
representado. Como o ponto da raiz pode ser colocado em qualquer lugar em 
relação aos seus dígitos significativos do número, os números de ponto flutuante 
conseguem suportar faixas de valores muito maiores do que as dos pontos fixos 
e dos inteiros (Lamb, 2015). 
A representação de ponto flutuante é vantajosa, pois suporta uma faixa de 
valores bem maior. Porém, o formato de um ponto flutuante requer um pouco mais 
de armazenamento para codificar os pontos da base (Lamb, 2015). 
Figura 2 – Representação do ponto flutuante 
 
Fonte: Lamb (2015). 
1.5 Bytes e palavras 
Os bits podem ser agrupados, por conveniência, em 8 bits, ou 1 byte, ou 
em 16 bits, ou 1 palavra (Word). Essas estruturas numéricas são convenientes 
para a passagem de pacotes de informação que incluem números e caracteres 
de texto. Os bytes ainda são subdivididos em 4 bits (nibbles), utilizados para 
representar hexadecimais. Palavras duplas de 32 bits, ou inteiros duplos, também 
são usadas em técnicas de agrupamento (Lamb, 2015). 
 
 
 
06 
1.6 ASCII 
O ASCII é um padrão de codificação utilizado para representar palavras e 
caracteres de texto. Ele é implementado como um esquema de codificação de 
caracteres, principalmente em computadores e equipamentos de comunicação. O 
ASCII inclui definições para 128 caracteres. Desses, 33 são de controle não 
imprimíveis, em sua maior parte obsoletos, que afetam a forma como o texto é 
processado; 94 são de impressão, e o espaço é considerado um gráfico invisível 
(Lamb, 2015). 
TEMA 2 – NORMA 61131-3 
 Em 1992, a International Electrotechnical Commission (IEC – Comissão 
Internacional de Eletrotécnica) publicou edição da norma IEC61131 com o objetivo 
de estabelecer padrões para os controladores programáveis. Essa norma, em 
vários capítulos, possibilitou a definição de critérios para cada um dos tópicos 
relacionados aos CLPs (Parede; Gomes, 2011). 
 Os capítulos são os seguintes: 
 61131-1 – Informações gerais sobre os CLPs; 
 61131-2 – Requisitos de hardware; 
 61131-3 – Linguagem de programação; 
 61131-4 – Guia de orientação ao usuário; 
 61131-5 – Comunicação. 
 São abordados aqui os padrões de linguagens de programação de CLPs 
apresentados na IEC 61131-3. Vale ressaltar que, mesmo que se trate de um 
capítulo à parte, a IEC 61131-3 especifica as semânticas e sintaxes para as 
linguagens de programação dos controladores definidos na IEC 61131-1 no que 
se refere aos conceitos gerais. A IEC 61131-5 trata da comunicação de dados 
internos, uma vez que esses tópicos estão indiretamente interligados (Parede; 
Gomes, 2011). 
 A primeira edição da IEC 61131-3 foi publicada em dezembro de 1993, e a 
segunda, em 2003. Essa norma define que, para um CLP estar de acordo com os 
padrões por ela estabelecidos, deve possuir ao menos duas linguagens gráficas 
e duas linguagens de texto para sua programação. Assim, em consenso entre os 
atuais fabricantes, é preciso, segundo Parede e Gomes (2011), trabalhar com as 
seguintes linguagens: 
 
 
07 
 Textuais 
 IL – instruction list ou lista de instruções; 
 ST – structured text; 
 Gráficas 
 LD – ladder diagram ou diagrama Ladder; 
 FDB – function block diagram ou diagrama de blocos de funções. 
 Um quinto modo de programar alguns equipamentos de mercado é o SFC 
– sequential function chart ou sequenciamento gráfico de funções –, que possui 
elementos para organizar programas de maneira sequencial e permite também o 
controle paralelo de processos. Entre essas linguagens de programação, alguns 
parâmetros são definidos para que realmente haja certa compatibilidade entre os 
equipamentos. Tais parâmetros, de acordo com Parede e Gomes (2011), podem 
ser definidos como dados, variáveis, configuração e organização das unidades de 
programa. 
2.1 Dados 
 Segundo Parede e Gomes (2011), a norma prevê os seguintes tipos de 
dados: 
 Grupo de bits: grupo de valores binários (on/off). 
 BOOL: 1 bit; 
 BYTE: 8 bits; 
 WORD: 16 bits; 
 DWORD: 32 bits; 
 LWORD: 64 bits. 
 Inteiros: números inteiros e reais. 
 SINT: curto (1 byte); 
 INT: inteiro (2 bytes); 
 DINT: duplo inteiro (4 bytes); 
 LINT: longo inteiro (8 bytes). 
 Real: ponto flutuante, ou seja, considera fracionários na utilização do 
número, conforme a IEC 559 (1982). 
 REAL: 4 bytes; 
 LREAL: 8 bytes. 
 Tempo: duração de timers e processos. 
 
 
08 
 Data e hora do dia. 
 DATE: data do calendário; 
 TIME_OF_DAY: hora local; 
 DATE_AND_TIME: data e hora local. 
 String: caracteres que podem ser expostos em cotas únicas – 
normalmente para a transmissão de caracteres ASCII (american standard 
code for information interchange) para outros dispositivos. 
 WSTRING: permitir o envio de várias strings; 
 ARRAYS: múltiplos valores armazenados na mesma variável; 
 SUB RANGES: definir limites de valorespara a entrada ou para a saída 
de dados – por exemplo, sinais de 4 a 20 mA. 
2.2 Variáveis 
 Ainda, para Paredes e Gomes (2011), as variáveis podem ser do tipo: 
 Global: serve a todo o programa e não necessariamente só a uma parte 
dele; 
 Local: serve somente a uma parte do programa; 
 I/O mapping: mapeamento de todas as entradas e saídas em relação a 
posições de memória predefinidas; 
 External: mapeamento definido exclusivamente como pontos de entrada e 
saída de dados. 
 Temporary: usados momentaneamente durante a execução de parte do 
programa. 
2.3 Configuração 
 Recursos de hardware e vínculos específicos para o processamento dos 
dados e dos programas. 
 Recursos: reserva de memória ou índices de processamento para 
determinada parte do programa; 
 Tarefas: podem seguir paralelas, sendo executadas simultaneamente pela 
UCP; 
 Programas: podem ser executados ciclicamente, em determinado período 
ou quando ocorrer certo evento (Parede; Gomes, 2011). 
 
 
09 
2.4 Organização das unidades de programa 
 Definidos pelas funções básicas, blocos básicos e possibilidade de criação 
de funções e blocos de acordo com a necessidade da programação. 
 Funções padrão como: ADD, SQRT, SIN, COS, GT, MIN, MAX, AND, OR, 
entre outras; 
 Funções customizadas: campo no qual o programador pode criar funções 
ou utilizar mais de uma função preexistente para a criação de outra função 
em sua programação; 
 Blocos de funções: padrões iguais aos apresentados nas funções, só que 
em linguagem de bloco; 
 Blocos customizados: campo para a elaboração ou utilização de mais de 
uma função preexistente na criação de blocos. Podem ser compostos 
também por blocos comercializados por outros fabricantes ou por empresas 
especializadas; 
 Programas: programas e sub-rotinas específicos. Podem ser armazenados 
em funções ou blocos criados pelo programador e utilizados mais de uma 
vez na atual aplicação ou posteriormente em outros programas (Parede; 
Gomes, 2011). 
TEMA 3 – LINGUAGENS TEXTUAIS 
3.1 IL – Lista de Instrução 
 É basicamente a transcrição do diagrama de relés (Ladder), ou seja, a 
passagem de uma linguagem gráfica para uma linguagem escrita. Essa etapa foi 
importante nos primórdios do CLP, pois, na época, não existiam terminais gráficos 
que permitiam desenhar o diagrama Ladder na tela, usando o mouse. 
Antigamente, os terminais de vídeo e os displays dos terminais de programação 
eram alfanuméricos; por isso, o programador precisava projetar o diagrama 
Ladder no papel e depois convertê-lo para a linguagem IL. Um compilador se 
encarregava de traduzir o IL para a linguagem de máquina (Assembler) do 
processador utilizado no CLP (Parede; Gomes, 2011). 
 A Tabela 1 apresenta as instruções mais comuns empregadas nessa 
linguagem. 
 
 
 
010 
Tabela 3 – Lista de comandos na linguagem IL contidas na IEC 61131-3 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
 Dado o diagrama de comandos elétricos da Figura 3, que já está na 
linguagem Ladder (exceto pela simbologia), vamos transcrevê-lo para a 
linguagem IL. 
Figura 3 – Exemplo de diagrama de comandos elétricos 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
 
 
011 
 Analisando a Figura 3, fazemos a seguinte leitura: havendo continuidade 
elétrica de A ou B e também de C ou D, X deve ser acionado. 
 Podemos traduzir essa lógica em lista de instruções segmentando o 
problema, segundo Parede e Gomes (2011): 
 LD A – Carrega o valor de A em acumulador; 
 LD B – Carrega o valor de B em um acumulador; 
 OR B – Executa a lógica booleana OR entre A e B e armazena o resultado 
em B; 
 LD C – Carrega o valor de C em um acumulador; 
 LD D – Carrega o valor de D em um acumulador; 
 OR D – Executa a lógica booleana OR entre C e D e armazena o resultado 
em D; 
 AND B – Executa a lógica booleana AND entre B e D (últimos acumuladores 
gravados) e armazena o resultado em B; 
 ST X – Armazena o valor de B em X. 
 Percebe-se que tal lógica utiliza uma única instrução por linha de 
programação, o que dificulta a elaboração de grandes programas. Desse modo, 
faz-se necessário um controle muito eficiente na utilização dos registradores e das 
respectivas interfaces de entrada e saída para não haver falhas durante a 
confecção do programa (Parede; Gomes, 2011). 
3.2 ST – Texto estruturado 
 É uma linguagem mais elaborada, considerada de alto nível, que usa o 
princípio de criação de sentenças para definir e informar ao CLP qual a lógica 
necessária em determinado ponto. Como possibilita a utilização de mais de uma 
instrução por linha, agiliza e facilita a tarefa dos programadores em projetos mais 
complexos (Parede; Gomes, 2011). 
 Com estrutura similar à de linguagens de programação, como o C++ e o 
Pascal, permite o uso de comandos específicos para a definição de laços de 
controle, ou seja, funções ou operações lógicas que devem ser executadas até 
que determinado evento ocorra ou que determinada contagem seja atingida 
(funções REPEAT-UNTIL, DO-WHILE, entre outras) (Parede; Gomes, 2011). 
 Possibilita a utilização de instruções condicionais, referindo-se a reações 
preestabelecidas do programa para o caso de certos eventos ocorrerem, desde 
 
 
012 
que previamente considerados (funções IF-THEM-ELSE, CASE) e, também, por 
apresentar uma linguagem mais rica, o emprego de equações trigonométricas 
(SIN – função seno) e matemáticas (SQRT – raiz quadrada). Mesmo sendo uma 
linguagem mais fácil de ser compreendida e escrita, ainda demanda mão de obra 
especializada para a confecção e a manutenção de programas (Parede; Gomes, 
2011). 
 Levando em conta o exemplo apresentado na Figura 3, podemos definir a 
lógica de programação em linguagem estruturada da seguinte forma: 
 X: = (A OR B) AND (C OR D) 
 Ou seja, X é o resultado da operação booleana AND de dois resultados 
distintos: lógica OR entre A e B e lógica OR entre C e D (Parede; Gomes, 2011). 
TEMA 4 – FDB DIAGRAMA DE BLOCOS FUNCIONAIS 
 Utilizada na programação de CLPs, é uma linguagem gráfica baseada na 
interligação de blocos funcionais previamente disponibilizados pelos fabricantes e 
que permite ao próprio programador construir os blocos a serem utilizados 
(Parede; Gomes, 2011). 
 As entradas e saídas são conectadas a esses blocos, criando malha de 
interconexões, o que possibilita a obtenção dos mesmos resultados de outras 
lógicas de programação (Parede; Gomes, 2011). 
 Uma das grandes vantagens dos blocos funcionais é a reutilização de 
blocos dentro de um programa. Suponha que um projeto use vários motores, todos 
com o mesmo princípio de funcionamento, conforme lógica predefinida de 
acionamento de um motor em partida direta (Figura 4). Uma vez construído o 
bloco funcional de partida do motor, ele poderá ser utilizado várias vezes no 
programa, adotando entradas e saídas distintas, que, por sua vez, controlarão 
motores distintos (Parede; Gomes, 2011). 
 
 
 
013 
Figura 4 – Diagrama de comandos elétricos da ligação de um motor 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
 A Figura 5 mostra como configurar esse bloco de acionamento de motor, e 
a Figura 6 exemplifica a utilização de um mesmo bloco em mais de um motor, 
considerando essa distinção de variáveis (Parede; Gomes, 2011). 
Figura 5 – Montagem de um bloco de nome “BLOCO MOTOR” baseado em blocos 
primários AND e OR 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
Figura 6 – Utilização de vários “BLOCO MOTOR” dentro de um programa em 
diagrama de blocos funcionais 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
 
 
014 
 Para fixar o conceito de programação em diagrama de blocos funcionais, 
são apresentados, nas Figuras 7 e 8, outros exemplos de programas de 
fabricantes distintos (Parede; Gomes, 2011). 
Figura 7 – Exemplo de bloco de função criado por programador 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
TEMA 5 – SFC SEQUENCIAMENTO GRÁFICO DE FUNÇÕES 
 O SFC é uma linguagem gráfica de programação muito poderosa. 
Proporciona umarepresentação das sequências do processo controlado na forma 
de um diagrama. É utilizado para dividir um problema de controle, permitindo uma 
visão geral do processo e facilitando o diagnóstico. Outra grande vantagem é o 
suporte para sequências alternativas e paralelas, tornando possível que sub-
rotinas que servem ao interesse do processo controlado sejam executadas de 
maneira paralela, sem a necessidade de parada da lógica principal de controle 
(Parede; Gomes, 2011). 
 Em resumo, o SFC vai além de uma programação gráfica usada em CLPs: 
é uma forma de estruturar a lógica e as sequências de eventos desejadas em um 
processo a ser automatizado. O SFC é elaborado com blocos funcionais dispostos 
como um fluxograma, possibilitando a confecção e o estudo dos processos por 
meio de ações e transições que devem ocorrer. Isso permite que um processo 
seja aberto ao menor nível de análise até que se tenha o modelo desejado 
mapeado em detalhes (Parede; Gomes, 2011). 
 Também conhecido como GRAFCET, o SFC é baseado no conceito de 
analise binária das redes de Petri, levando em consideração, para ações futuras, 
os atuais estados de variáveis monitoradas. De forma prática, podemos analisar 
o funcionamento de uma lógica produzida em SFC observando a Figura 8 
(Parede; Gomes, 2011). 
 Na lógica apresentada na Figura 8, os retângulos representam os passos 
a serem executados no controle do processo e, entre alguns retângulos, está a 
 
 
015 
condição necessária para que se chegue ao novo passo. Desse modo, podemos 
garantir que determinado passo nunca ocorre sem que uma transição esteja 
concluída (Parede; Gomes, 2011). 
Analisando o exemplo da Figura 8, para que o passo 1 seja concluído, é 
necessário que sua resposta seja positiva, ou seja, “o tanque está cheio”. 
Enquanto o tanque estiver vazio, ele permanecerá monitorando essa etapa do 
processo (Parede; Gomes, 2011). 
Figura 8 – Exemplo de lógica em SFC 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
 Cada um dos blocos poderá ser programado na linguagem que for mais 
conveniente ao programador, pensando nas seguintes facilidades: 
 Gerar o código do programa; 
 Garantir que outras pessoas compreendam o programa; 
 Fazer manutenção e alterações no software. 
 No entanto, vale ressaltar que, se a tarefa envolver lógica simples, poderá 
ser conveniente o uso do diagrama Ladder; e, se contiver muitas fórmulas 
matemáticas, será mais conveniente uma linguagem do tipo texto estruturado 
(Parede; Gomes, 2011). 
FINALIZANDO 
Nesta terceira aula, apresentamos um pouco sobre os tipos/formato de 
dados que são interpretados pelos controladores lógicos programáveis, os tipos 
de programação textuais que os CLPs utilizam, o tipo de programação gráfica de 
blocos de funções e o tipo de programação que utiliza o sequenciamento gráfico 
 
 
016 
de funções. A análise da linguagem ou linguagens de programação corretas na 
implementação de um sistema deve ser avaliada pela equipe e traz benefícios, 
como a redução de desperdício de recursos em treinamentos; solução de 
problemas por meio de reutilização de softwares, eliminação de dificuldades de 
entendimento e utilização de melhores técnicas de programação. 
 
 
 
017 
REFERÊNCIAS 
LAMB, F. Automação Industrial: na prática. Porto Alegre: McGraw-Hill, 2015. 
PAREDE, I. M.; GOMES, L. E. L. Eletrônica 6: automação industrial. São Paulo: 
Fundação Padre Anchieta, 2011. (Coleção Técnica Interativa. Série Eletrônica, v. 6) 
 
 
 
AULA 4 
FUNDAMENTOS DE SISTEMAS 
DE CONTROLE 
Prof. Alexandre Arioli 
 
 
02 
CONVERSA INICIAL 
Caro aluno, seja bem-vindo à sua quarta aula de Fundamentos de Sistemas 
de Controle. Nesta aula, abordaremos a linguagem de programação Ladder. 
Analisaremos os fundamentos da linguagem Ladder, as instruções de contatos e 
bobinas, os contadores e comparadores, os temporizadores, as operações 
matemáticas básicas e as funções especiais. Neste contexto, a ideia é que, ao 
final da aula, você tenha uma boa noção da linguagem de programação Ladder, 
a qual pode ser utilizada para a automação de um processo. 
CONTEXTUALIZANDO 
 A linguagem de programação deve traduzir as funções a serem executadas 
e, para isso, ela precisa ser a mais simples possível. A linguagem pode usar 
abreviações, Figuras ou identificações de forma a tornar-se acessível a todos os 
níveis de tecnológicos. A linguagem Ladder é uma representação gráfica da 
linguagem de programação do CLP. Também conhecida como lógica de diagrama 
de contatos, a linguagem Ladder consiste em um sistema de representação que 
mais se assemelha à tradicional notação de diagramas elétricos, e permite 
desenvolver lógicas combinacionais, sequenciais ou ambas. Utiliza como 
operadores para essas lógicas: entradas, saídas, estados auxiliares e registros 
numéricos. Vamos, nesta quarta aula, entender um pouco da linguagem de 
programação Ladder descrita na norma IEC61131-3. 
TEMA 1 – PROGRAMAÇÃO LADDER 
 A Ladder foi a primeira linguagem destinada à programação de CLPs, 
criada para permitir que técnicos e engenheiros da área de automação com 
conhecimentos de lógica de relés e nenhum de programação conseguissem 
programar o CLP. Por esse motivo, ela se tornou a linguagem mais popular entre 
os programadores (Parede; Gomes, 2011). 
1.1 Funcionamento básico da linguagem Ladder 
 As variáveis associadas aos elementos de entrada, saída, memória, 
temporizadores e contadores são denominados operandos. O programa executa 
operações lógicas e aritméticas com esses operandos. 
 
 
03 
 Na linguagem Ladder, as linhas de contatos (instruções) possuem a 
aparência de degraus (rungs) de uma escada (ladder), e podem ser associadas a 
uma estrutura de colunas e linhas, conforme ilustra a Figura 1. Em cada linha, as 
instruções correspondem ao programa, ou seja, ao processamento dos 
operandos, e o resultado é atribuído a outro operando no bloco “Saída”, à direita 
(Parede; Gomes, 2011). 
Figura 1 – Diagrama Ladder 
 
 Fonte: Parede; Gomes (2011). 
 O número de linhas e colunas, ou elementos e associações que cada rung 
admite, varia conforme o fabricante do CLP e pode variar também de acordo com 
a UCP utilizada. Em geral, esses limites devem ser avaliados pelo técnico ou 
engenheiro no desenvolvimento do programa de aplicação, pois, se o limite for 
ultrapassado, o software de programação apresentará uma mensagem de erro 
durante a compilação do programa. 
 Os operandos podem ser divididos em três classes: 
 Memória (M) – Servem para o armazenamento dos resultados parciais, 
valores de constantes, dados de transmissão, valores de referência, 
receitas etc. Esses operandos podem ser livremente lidos e escritos pelo 
programa; 
 Entradas (I) – Estão associados aos módulos de entrada. Podem ser lidos 
pelo programa, mas escritos apenas pelos módulos de entrada; 
 Saídas (Q) – Estão associados aos módulos de saída. Podem ser 
livremente lidos e escritos pelo programa. 
 
 
04 
 Os operandos, por sua vez, são divididos, inicialmente, em cinco tipos, 
segundo sua utilização e número de bits: 
 Bits (X) – Utilizados para a implementação de lógica, ocupam 1 bit de 
memória; 
 Bytes (B) – Utilizados para o armazenamento de caracteres ASCII, ocupam 
8 bits; 
 Words (W) – Utilizados para o armazenamento de valores numéricos 
inteiros, ocupam 16 bits; 
 Double word (D) – Semelhante ao tipo W, ocupa 32 bits; 
 Word long (L) de 64 bits – Semelhante ao tipo W, ocupa 64 bits. 
 Originalmente, na linguagem Ladder, cada instrução correspondia aos 
contatos NA ou NF dos relés, cujo estado era definido pelo valor do operando (do 
tipo B) a ele associado. Na mesma época, as saídas eram as bobinas (operando 
tipo B). Com o tempo, os blocos de instruções passaram a contemplar contadores, 
temporizadores, operações aritméticas etc., que exigiram a criação dos tipos de 
operando citados anteriormente. 
 Mesmo tendo sido a primeiralinguagem destinada especificamente à 
programação de PLCs, a Linguagem Ladder mantém-se, ainda, como a mais 
utilizada, estando presente praticamente em todos os PLCs disponíveis no 
mercado. Por ser uma linguagem gráfica, baseada em símbolos semelhantes aos 
encontrados nos esquemas elétricos (contatos e bobinas), as possíveis diferenças 
existentes entre os fabricantes de PLCs quanto à representação das instruções 
são facilmente assimiladas pelos usuários (Oliveira, 2017). 
 Cada Elemento (contato ou bobina, por exemplo) da Lógica de Controle 
representa uma Instrução da Linguagem Ladder sendo alocada em um endereço 
específico e consumindo quantidade determinada de memória (word) disponível 
para armazenamento do Programa de Aplicação, conforme a CPU utilizada. Um 
mesmo símbolo gráfico da Linguagem Ladder (Contato Normalmente Aberto, por 
exemplo) pode representar Instruções diferentes, dependendo da localização na 
Lógica de Controle (Oliveira, 2017). 
 A Figura 2 apresenta a equivalência entre o Programa de Aplicação em 
Linguagem Ladder e o mesmo Programa em Linguagem de Lista de Instruções 
(Linguagem de Máquina – mnemônicos). Como pode ser visto, cada Instrução 
utilizada na Linguagem Ladder ocupou apenas um endereço de memória, o que 
é verificado pelo incremento simples de endereço em Linguagem de Lista de 
 
 
05 
Instruções. Porém, há instruções que ocupam mais de um endereço de memória, 
conforme a CPU utilizada (Oliveira, 2017). 
Figura 2 – Equivalência de linguagens 
 
Fonte: Oliveira (2017). 
 A relação entre o símbolo gráfico da Linguagem Ladder e a Instrução a ser 
executada pode ser verificada nos Endereços 0 e 1 do Programa em Linguagem 
de Lista de Instruções. Neste caso, a representação em Linguagem Ladder para 
os Elementos XO e X2 são Contatos Normalmente Abertos idênticos. Porém, a 
localização de cada um na Lógica de Controle determina Instruções diferentes, ou 
seja, o Contato Normalmente Aberto de XO, por iniciar o rung, determina a 
Instrução 'Store' (STR XO). Por sua vez, o Contato Normalmente Aberto de X2 
(com representação gráfica idêntica à de XO), por estar em paralelo com XO, 
determina a Instrução 'Or' (OR X2). Esta característica da Linguagem Ladder 
normalmente facilita o desenvolvimento do Programa de Aplicação, uma vez que 
o usuário precisa certificar-se apenas se a associação desejada é aceita pela CPU 
utilizada, não se prendendo à Instrução propriamente dita (Oliveira, 2017). 
 Os conceitos apresentados em seguida são necessários para o correto 
desenvolvimento de Programas de Aplicação em Linguagem Ladder. Eles são 
aplicados a todos os PLCs, independentemente de fabricante e de recursos 
disponíveis na CPU utilizada (Oliveira, 2017). 
 
 
 
06 
Figura 3 – Exemplo e lógica Ladder – CLP Ge Rx3i 
 
Fonte: Oliveira (2017). 
TEMA 2 – CONTATOS E BOBINAS 
O diagrama de contatos Ladder funciona como um esquema elétrico cujos 
principais elementos são o contato normalmente aberto, o contato normalmente 
fechado e a bobina do relé. 
2.1 Contatos NA 
Essa instrução funciona do seguinte modo: quando o bit associado a um 
contato normalmente aberto for acionado, o contato fechará; caso contrário, ele 
permanecerá aberto. Outra maneira de entender é imaginando um botão com o 
contato normalmente aberto: enquanto esse botão estiver solto, o contato ficará 
aberto, porém, ao ser pressionado, o contato do botão fechará (Parede; Gomes, 
2011). 
Caso o botão NA esteja em um circuito elétrico, ocorrerá a passagem de 
corrente elétrica nos componentes do circuito. Se houver uma carga em série com 
esse botão e uma tensão de alimentação, a carga será acionada (Parede; Gomes, 
2011). 
A Figura 4 mostra o circuito elétrico, e a Figura 5, a representação gráfica 
de um contato NA em diagrama Ladder. Note que, na Figura 5, em cima da 
instrução NA, aparece o endereço do operando relacionado a ela (Parede; 
Gomes, 2011). 
 
 
 
07 
Figura 4 – Circuito elétrico – contato NA 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
Figura 5 – Representação contato NA – Linguagem Ladder 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
Na Figura 5, o contato NA relacionado ao operando I0.0 (entrada) estará 
aberto se a entrada estiver desacionada (nível lógico 0), e fechado se a entrada 
estiver acionada (nível lógico 1) (Parede; Gomes, 2011). 
2.2 Contatos NF 
Essa instrução funciona do seguinte modo: quando o bit associado a um 
contato normalmente fechado for acionado, o contato abrirá; caso contrário, ele 
permanecerá fechado. Outra maneira de entender é imaginar um botão com o 
contato normalmente fechado: enquanto esse botão estiver solto, o contato ficará 
fechado, porém, ao ser pressionado, o contato do botão abrirá (Parede; Gomes, 
2011). 
Caso o botão NF esteja em um circuito elétrico, não ocorrerá passagem de 
corrente elétrica. Se houver uma carga em série com esse botão e uma tensão de 
alimentação, a carga será desligada (Parede; Gomes, 2011). 
A Figura 6 mostra o circuito elétrico, e a Figura 7, a representação gráfica 
de um contato NF em diagrama Ladder. Note que, na Figura 7, em cima da 
instrução NF, aparece o endereço do operando relacionado a ela (Parede; 
Gomes, 2011). 
 
 
 
08 
Figura 6 – Circuito elétrico – Contato NF 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
Figura 7 – Representação contato NF – Linguagem Ladder 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
Na Figura 7, o contato NF relacionado ao operando I0.1 (entrada) estará 
fechado se a entrada estiver desligada (nível lógico 0), e aberto se a entrada 
estiver acionada (nível lógico 1) (Parede; Gomes, 2011). 
2.3 Bobina de Saída 
A saída tem por base a ideia de continuidade lógica a ser garantida entre 
os extremos das linhas de programação. Uma saída será verdadeira se todas as 
instruções declaradas na linha lógica forem verdadeiras (Parede; Gomes, 2011). 
2.3.1 Bobina NA 
Essa instrução, ao ser acionada, transfere para o endereço associado a ela 
o valor da tensão que estiver em sua entrada. Por exemplo, em circuitos elétricos, 
utilizam-se diretamente relés ou contatores para acionar cargas como motores, 
resistências etc. Na Figura 8, quando aciona-se o botão 1, energiza-se a bobina 
do relé 1, o que, consequentemente, fecha os contatos 13 e 14, acionando a carga 
(Parede; Gomes, 2011). 
O relé 1 representa uma saída normalmente aberta, que tem como 
operando o endereço de saída Q0.0. A Figura 9 mostra a representação gráfica 
de uma saída normalmente aberta. Note que, em cima da instrução bobina, 
aparece o endereço do operando relacionado a ela (Parede; Gomes, 2011). 
 
 
 
09 
Figura 8 – Circuito elétrico para acionamento de uma carga 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
Figura 9 – Representação bobina NA – Linguagem Ladder 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
2.3.2 Bobina NF 
Essa instrução, ao ser acionada, transfere para o endereço associado a ela 
o valor de tensão oposto ao de sua entrada. Na Figura 10, quando acionamos o 
botão 1, energizamos a bobina do relé 1, o que, consequentemente, abre os 
contatos 21 e 22, desligando a carga. Nesse caso, o relé 1 representa uma saída 
normalmente fechada que tem como operando o endereço de saída Q0.1. A 
Figura 11 mostra a representação gráfica de uma saída normalmente fechada. 
Note que, em cima da instrução bobina, aparece o endereço do operando 
relacionado a ela (Parede; Gomes, 2011). 
Figura 10 – Circuito elétrico para desacionar uma carga 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
Figura 11 – Representação bobina NF – Linguagem Ladder 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
 
 
010 
2.4 Exemplos de Funcionamento Contato e Bobina NA 
 Faça o diagrama Ladder para o circuito da Figura 12. 
Figura 12 – Exemplo diagrama elétrico contato NA 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
2.4.1 Solução 
O programa começa com a identificação das entradas e das saídas. Monte 
uma tabela mostrando cada um desses endereços e relacione-os a uma 
simbologia que identifiquea função das instruções (Figura 13). Em programas 
complexos, isso é essencial na resolução de problemas e em modificações 
técnicas. Se possível, adicione um comentário (Parede; Gomes, 2011). 
Figura 13 – Endereço, símbolo e comentários – Programa Ladder 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
O programa em Ladder para o circuito, apresentado na Figura 14, mostra 
que a saída simples (Q0.0) será acionada somente quando a entrada (I0.0) for 
acionada, ou seja, quando estiver em nível lógico “1” (Parede; Gomes, 2011). 
Figura 14 – Programa em Ladder para circuito da Figura 12 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
 
 
011 
A Figura 15 ilustra o diagrama de estado da entrada (I0.0) e da saída (Q0.0) 
em função do tempo. Note que o estado da saída acompanha o estado da entrada 
(Parede; Gomes, 2011). 
Figura 15 – Diagrama de estado do contato e bobina NA 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
2.5 Contato por Borda Positiva 
Outra das instruções consideradas especiais, por apresentarem 
características e aplicações peculiares, é o contato por borda positiva (Figura 16). 
Essa instrução gera um pulso na saída associada a ela. O pulso tem o período de 
1 scan e inicia-se quando a entrada faz a passagem do nível lógico “0” para o “1”. 
(Parede; Gomes, 2011). 
Figura 16 – Representação gráfica contato de pulso positivo 
 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
2.6 Contato por Borda Negativa 
A instrução contato por borda negativa (Figura 17) gera um pulso na saída 
associada a ela. Esse pulso tem o período de 1 scan e inicia-se quando a entrada 
faz a passagem do nível lógico “1” para o “0” (Parede; Gomes, 2011). 
Figura 17 – Representação gráfica contato de pulso negativo 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
 
 
012 
2.7 Bobina Set e Reset 
As instruções set e reset são utilizadas para memorização dos sinais de 
saída do CLP. A instrução set (Figura 18) serve para acionar e manter acionado 
um operando de saída quando, na entrada associada a ela, houver um pulso 
(passagem do nível lógico “0” para o “1”). Mesmo que a entrada associada à 
instrução set passe para o nível lógico “0” (transição do nível lógico “1” para o “0”), 
a saída permanecerá acionada (Parede; Gomes, 2011). 
A instrução reset (Figura 19) serve para desacionar (e manter desacionado) 
um operando de saída quando, na entrada associada a ela, houver um pulso 
(passagem do nível lógico “0” para o “1”). A instrução reset permanecera em “0” 
mesmo que a entrada associada a ela passe para o nível lógico “0” (transição do 
nível lógico “1” para o “0”) (Parede; Gomes, 2011). 
Figura 18 – Representação gráfica bobina set 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
Figura 19 – Representação gráfica bobina reset 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
Em resumo, a saída set liga um operando quando a entrada associada a 
ele passa do nível lógico “0” para o “1”, e a saída reset desliga o operando quando 
a entrada associada a ele passa de “0” para “1” (Figura 20) (Parede; Gomes, 
2011). 
 
 
 
013 
Figura 20 – Lógica Ladder utilizando set e reset 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
Analisando o diagrama de estado do programa da Figura 20, pode-se notar 
que a saída set, carga (Q0.0), é acionada quando a entrada liga (I0.0) passa do 
nível lógico “0” para o “1” e permanece acionada mesmo quando a entrada liga 
(I0.0) passa para o nível lógico “0”. A saída carga (Q0.0) só será desligada quando 
a entrada desliga (I0.1) for acionada (Figura 21) (Parede; Gomes, 2011). 
Figura 21 – Diagrama de estados – set e reset 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
TEMA 3 – CONTATORES E COMPARADORES 
3.1 Contator 
Os contadores são usados quando se deseja contar o número de vezes 
que determinado evento ocorre – por exemplo, peças produzidas, operações 
realizadas etc. (Parede; Gomes, 2011). 
O contador (Figura 22) incrementa uma unidade toda vez que o contato 
associado à entrada (CU) passa do estado lógico “0” para o “1”, até atingir o valor 
predeterminado (valor do preset). Quando o valor atual atingir o valor do preset, a 
saída (E) do contador será acionada, passando do nível lógico “0” para o “1”. 
Quando a entrada associada ao reset (R) do contador for acionada, passando do 
nível lógico “0” para o “1”, o valor atual do contador será zerado, podendo reiniciar 
 
 
014 
a contagem assim que a entrada associada ao reset voltar ao estado inicial (nível 
lógico “0”) (Parede; Gomes, 2011). 
Figura 22 – Símbolo contador up 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
 A Figura a seguir apresenta os parâmetros do contador. 
Figura 23 – Parâmetros contador up 
 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
 
 
015 
3.1.1 Exemplo de Utilização de Contator 
Um exemplo de aplicação do contador é a limitação da quantidade de 
peças produzidas por uma máquina. Quando forem produzidas seis peças, o 
processo deve ser interrompido para sua retirada. Depois disso, deve ser 
reiniciado (Parede; Gomes, 2011). 
3.1.2 Solução 
Os materiais necessários são: dois botões de contato momentâneo com 
retorno por mola, um sensor indutivo e o CLP. Os endereços, símbolos e 
comentários são apresentados na Figura a seguir (Parede; Gomes, 2011). 
Figura 24 – Endereços, símbolos e comentários para exemplo de contador 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
A Figura 25 mostra o programa em Ladder. 
Figura 25 – Diagrama Ladder exemplo contador 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
 
 
016 
No exemplo, alguns importantes conceitos de comandos elétricos são 
utilizados na primeira linha (rung). A memória (M00) está associada em série com 
o endereço liga (I0.0). Essa linha só será verdadeira se a memória (M00) não 
estiver acionada, estabelecendo uma dependência de funcionamento, ou seja, a 
máquina (Q0.0) somente será acionada se a memória (M00) estiver desacionada. 
 Ainda na lógica 1, a segunda linha utiliza o conceito de selo elétrico 
executado pelo endereço de saída da máquina (Q0.0). Essa lógica depende 
apenas do endereço liga (I0.0) para acionar a saída, que se mantém fechada por 
meio do endereço de saída da máquina (Q0.0) realocado como entrada. O 
desligamento da máquina depende do endereço desliga (I0.1) ou do endereço de 
memória (M00) (Parede; Gomes, 2011). 
Na lógica 2, o contador foi parametrizado para contar até 6. Quando o valor 
atual atinge o valor do preset, a saída (E) do contador vai para nível lógico "1", 
acionando a memória (M00) também com nível lógico "1". Ao ser acionada, 
desliga o selo da lógica 1 (Parede; Gomes, 2011). 
Os pulsos para a contagem são fornecidos pelo sensor (I0.2), mas somente 
são validos quando a entrada de máquina (Q0.0) está acionada, ou seja, no nível 
lógico "1". Quando a memória (M00) é acionada, o sistema fica paralisado, 
podendo ser reiniciado ao acionar o operando desliga (I0.1), que reseta o contador 
e prepara a lógica "1" para ser acionada. O operando liga (I0.0) reinicia o 
processo. A Figura a seguir mostra o diagrama de estado (Parede; Gomes, 2011). 
Figura 26 – Diagrama de estados exemplo contador 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
3.2 Comparadores 
Em programação, muitas vezes é necessário comparar dois valores. Para 
isso, pode-se usar as instruções de comparação. Os comparadores utilizam dois 
 
 
017 
operandos, que podem ser byte, word ou constante. O programa é realizado com 
os operandos 1 e 2 (Figura 27). Caso os valores satisfaçam a condição de 
comparação e a entrada do comparador esteja habilitada, a saída do comparador 
será acionada, habilitando, assim, a saída do sistema (Parede; Gomes, 2011). 
Figura 27 – Símbolo comparador 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
As comparações que podem ser feitas são: igual, maior que, menor que, 
maior ou igual a, menor ou igual a e diferente. 
Figura 28 – Diagrama Ladder exemplo comparador igual 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
Figura 29 – Diagrama Ladder exemplo comparador maior 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
Figura 30 – Diagrama Ladder exemplo comparador menor 
 
Fonte:Parede; Gomes (2011). 
 
 
018 
Figura 31 – Diagrama Ladder exemplo comparador maior e igual 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
Figura 32 – Diagrama Ladder exemplo comparador menor e igual 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
Figura 33 – Diagrama Ladder exemplo comparador diferente 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
TEMA 4 – TEMPORIZADORES 
 Em sistemas automatizados, é comum incluir a variável tempo no processo. 
Nesses casos, o temporizador é utilizado para definir o intervalo de tempo entre 
duas operações, verificar se uma operação ocorre dentro do tempo esperado, ou, 
ainda, definir o tempo de duração de uma operação. Em geral, podem existir três 
tipos de temporizadores nos CLPs: temporizador na energização (TON); 
temporizador na desenergização (TOFF); e temporizador de pulso (TP). Os 
parâmetros e operandos aqui apresentados são aceitos nesses três tipos (Parede; 
Gomes, 2011). 
 Ao utilizar os temporizadores TON, TOFF e de pulso, o programador deve 
obedecer às seguintes regras: 
 Txx – Número do temporizador, definido pelo usuário; 
 
 
019 
 Time base – Base de tempo do temporizador (1s, 0,1s e 0,01s), definida 
pelo usuário; 
 Txx.P – Valor do preset do temporizador, definido pelo usuário. É um 
número inteiro na faixa de 0 a 65 535; 
 Txx.V – Valor atual do temporizador, definido por software. É um número 
inteiro na faixa de 0 a 65 535; 
 Q – Status da saída do temporizador, definido por software. É ativado 
quando o valor atual do temporizador se iguala ao valor do preset. Bit (0 ou 
1); 
 E – Enable do temporizador, definido pelo usuário. Quando ativado, faz a 
contagem do tempo. Bit (0 ou 1); 
 Na saída (Q) do temporizador, os operandos aceitos são aqueles com 
tamanho de 1 bit (nível lógico 0 ou 1). Essas variáveis podem ser: 
 Qxx (saídas digitais); 
 Mxx (bits de memória); 
 MRxx (bits de memória retentiva); 
 LTxx (LED da IHM). 
 No valor do preset do temporizador, os parâmetros aceitos são valores com 
tamanho de 1 word (valor de 0 a 65 535) (Parede; Gomes, 2011). 
4.1 Temporizador TON 
 Esse tipo de temporizador (Figura 34) causa retardo na energização de sua 
saída. Para isso, ele inicia a contagem do tempo a partir do instante em que a 
entrada enable (E) é habilitada, passando do nível lógico “0” para o “1”. 
 Quando o valor atual do temporizador (Txx.V) se igualar ao tempo do preset 
(Txx.P), a saída do temporizador será acionada, passando do nível lógico “0” para 
o “1”. Se, a qualquer instante, a entrada enable (E) for desabilitada, passando do 
nível lógico “1” para o “0”, o valor atual do temporizador (Txx.V) será zerado e sua 
saída (Q) será desabilitada, retornando ao estado inicial, ou seja, nível lógico “0” 
(Parede; Gomes, 2011). 
 
 
 
020 
Figura 34 – Símbolo gráfico temporizador TON 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
Figura 35 – Diagrama Ladder utilizando temporizador TON 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
Figura 36 – Diagrama de estados temporizador TON 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
4.2 Temporizador TOFF 
 Nesse tipo de temporizador (Figura 37), ao acionarmos a entrada enable 
(E), o valor atual do temporizador (Txx.V) zera e a saída (Txx.Q) passa para o 
nível lógico “1”, acompanhando a entrada. O retardo acontece na desenergização, 
ou seja, quando desacionamos a entrada enable (E), passando do nível lógico “1” 
para o “0”, de modo que se inicia a contagem do tempo que causará o retardo na 
saída (Txx.Q). A partir do instante em que o valor atual do temporizador (Txx.V) 
se igualar ao tempo do preset (Txx.P), a saída do temporizador será desacionada, 
passando do nível lógico “1” para o “0” (Parede; Gomes, 2011). 
 
 
021 
Figura 37 – Símbolo gráfico temporizador TOFF 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
Figura 38 – Diagrama Ladder utilizando temporizador TOFF 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
Figura 39 – Diagrama de estados temporizador TOFF 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
4.3 Temporizador TP 
 Nesse tipo de temporizador (Figura 40), se, ao acionarmos a entrada 
enable (E), o pulso de entrada for menor que o tempo do preset (Txx.P) do 
temporizador, a saída será igual à entrada. Se a entrada permanecer acionada 
por tempo maior que o tempo do preset (Txx.P) do temporizador, a saída ficará 
acionada somente pelo tempo do preset (Txx.P), gerando um pulso na saída 
(Parede; Gomes, 2011). 
 
 
022 
 A partir do instante em que o valor atual do temporizador (Txx.V) se igualar 
ao tempo do preset (Txx.P), a saída (Q) do temporizador será desativada, 
passando do nível lógico “1” para o “0”. Um fato relevante é que existem pequenas 
variações no comportamento desse timer, dependendo do fabricante. Alguns 
modelos, por exemplo, mantêm a saída do timer ativada mesmo para pulsos 
curtos no enable, desligando após Txx.P. Dessa maneira, recomenda-se consultar 
o manual do fabricante (Parede; Gomes, 2011). 
Figura 40 – Símbolo gráfico temporizador TP 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
Figura 41 – Diagrama Ladder utilizando temporizador TP 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
Figura 42 – Diagrama de estados temporizador TP 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
 
 
 
023 
TEMA 5 – OPERAÇÕES MATEMÁTICAS E FUNÇÕES ESPECIAIS 
5.1 Operações Matemáticas 
 Essas instruções têm como função executar operações aritméticas entre 
dois operandos, colocando o resultado em um operando de resposta denominado 
RES (Parede; Gomes, 2011). 
5.1.1 Somador 
 Quando essa instrução é habilitada por meio da entrada (E), executa-se a 
soma dos operandos (OPR1 + OPR2), colocando o resultado em RES, conforme 
demonstra a Figura a seguir (Parede; Gomes, 2011). 
Figura 43 – Símbolo gráfico somador 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
5.1.2 Subtrator 
 Quando essa instrução é habilitada por meio da entrada (E), executa-se a 
subtração dos operandos (OPR1 – OPR2), colocando o resultado em RES, 
conforme demonstra a Figura a seguir (Parede; Gomes, 2011). 
Figura 44 – Símbolo gráfico subtrator 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
 
 
024 
5.1.3 Multiplicador 
 Quando essa instrução é habilitada por meio da entrada (E), executa-se a 
multiplicação dos operandos (OPR1 × OPR2), colocando o resultado em RES, 
conforme demonstra a Figura a seguir (Parede; Gomes, 2011). 
Figura 45 – Símbolo gráfico multiplicador 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
5.1.4 Divisor 
 Quando essa instrução é habilitada por meio da entrada (E), executa-se a 
divisão dos operandos (OPR1 ÷ OPR2), colocando o resultado em RES, conforme 
demonstra a Figura a seguir (Parede; Gomes, 2011). 
Figura 46 – Símbolo gráfico divisor 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
5.2 Funções Especiais 
5.2.1 Call 
 Quando essa instrução é habilitada, o programa executa a sub-rotina 
indicada em CALL e, após a execução, retorna para o mesmo ponto do programa 
que chamou a sub-rotina (Parede; Gomes, 2011). 
 
 
025 
Figura 47 – Símbolo gráfico função call 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
 
5.2.2 Jump 
 Quando essa instrução é habilitada, o programa, ao passar pela instrução, 
pula para a sub-rotina indicada em JUMP. Nessa instrução, não há retorno para a 
rotina que estava sendo executada, de modo que o programa continua na sub-
rotina indicada (Parede; Gomes, 2011). 
Figura 48 – Símbolo gráfico função jump 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
5.2.3 Move 
 Essa instrução apresenta duas variáveis: MOV0 (origem) e MOV1 
(destino). Quando a entrada I0.0 passa do nível lógico “0” para o “1”, a instrução 
MOVE é habilitada, transferindo o valor contido na variável MOV0 (origem) para a 
variável MOV1 (destino). 
Figura 49 – Símbolo gráfico função move 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
FINALIZANDO 
Nesta quarta aula, apresentamos um pouco sobre os fundamentos, as 
instruções e as funções disponíveis na linguagem de programação LADDER que 
 
 
026 
os CLPs utilizam. Você pode, por meio de um exemplo prático, entender um pouco 
mais sobre como funciona a linguagemLadder e como ela se adapta aos grandes 
fabricantes de CLPs. Utilizando esta abordagem, os engenheiros e técnicos 
responsáveis pela programação dos CLPs não precisam de treinamentos 
extensos para entender ou desenvolver um programa, mas, para isso, devem ser 
capazes de compreender a linguagem de programação mais utilizada no 
mercado, que é baseada em diagramas eletromecânicos combinados em um 
esquema de comando. Para os gestores, ter uma noção sobre as possibilidades 
de programação desta linguagem também é importante para uma melhor 
coordenação do projeto. 
 
 
 
 
 
027 
REFERÊNCIAS 
OLIVEIRA, M. Fundamentos da programação Ladder. Ebah. Disponível em: 
<http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAU14AG/fundamentos-programacao-
ladder>. Acesso em: 3 nov. 2017. 
PAREDE, I. M.; GOMES, L. E. L. Eletrônica 6: automação industrial. São Paulo: 
Fundação Padre Anchieta, 2011. (Coleção Técnica Interativa. Série Eletrônica, v. 
6) 
 
AULA 5 
FUNDAMENTOS DE SISTEMAS 
DE CONTROLE 
Prof. Alexandre Arioli 
 
 
02 
CONVERSA INICIAL 
Caro aluno, seja bem-vindo à quinta aula de Fundamentos de Sistemas de 
Controle. Nesta aula, abordaremos os meios físicos de comunicação serial RS232 
e RS485. Você conhecerá o meio físico de comunicação ethernet. Analisaremos 
as topologias de redes ethernet utilizadas no mercado, bem como a forma de 
implementação do diagnóstico de rede que resulta em uma maior disponibilidade 
da rede, otimização tempo de diagnóstico e correção do problema. Neste 
contexto, a ideia é que, ao final da aula, você tenha uma boa noção dos tipos de 
meio físicos em que os protocolos podem ser utilizados para a automação de um 
processo. 
CONTEXTUALIZANDO 
Os controladores lógicos programáveis podem ser interligados para troca 
de dados utilizando vários meios físicos, sendo ele serial ou ethernet. De todas as 
tecnologias associadas ao controle industrial, as redes de comunicação são as 
que sofreram maiores evoluções na última década, seguindo, aliás, a tendência 
global de evolução das comunicações que se tem vindo a sentir. Isso ocorre 
praticamente em todos os ramos de atividade, desde as telecomunicações móveis 
à Internet e à comunicação sem fios (wireless) etc. A utilização das redes permite 
a comunicação rápida e fiável entre equipamentos e o uso de mecanismos 
padronizados, que são, hoje em dia, fatores indispensáveis no conceito de 
produtividade industrial. Vamos, então, entender um pouco sobre os meios físicos 
e as topologias de comunicação que podem ser utilizadas na automação 
industrial. 
TEMA 1 – COMUNICAÇÃO SERIAL RS232 
 A comunicação RS232 era muito utilizada para comunicação entre 
computadores e periféricos, sendo a forma mais popular de comunicação entre 
um CLP (controlador lógico programável) e um dispositivo externo. Nesta aula, 
vamos desvendar cada parte desta comunicação, a fim de mostrar o quão simples 
ela pode ser quando realmente temos o entendimento de como ela é estruturada 
(Silveira, 2017a). 
 As comunicações RS232 utilizam linhas separadas para enviar e receber 
dados. Elas são conhecidas como TX para transmissão e RX para recepção. 
http://www.citisystems.com.br/rs232/
http://www.citisystems.com.br/tudo-sobre-clp/
 
 
03 
 Essas comunicações também podem utilizar outras linhas, a exemplo de 
CTS e CTR, para clear to send (pronto para enviar) e clear to receive (pronto para 
receber), como controle de tráfego. Há uma série de parâmetros utilizados, como 
largura da banda (velocidade de comunicação), o número de bits por caractere (7 
ou 8), se será utilizado um bit de parada (stop bit) ou se as linhas empregadas 
serão CTS ou CTR. Os sinais RS232 são o padrão adotado entre terminais de 
computadores e as plataformas de controle de fabricantes. Uma porta serial de 9 
pinos é frequentemente incluída em computadores ou em sistemas de controle, o 
que a torna uma ferramenta conveniente para carregar programas dentro de 
dispositivos de controle. As linhas TX e RX podem se conectar nas extremidades 
de um mesmo pino (ligação direta) ou podem se conectar como RX-TX e TX-RX 
(ligação cruzada) (Lamb, 2015). 
Figura 1 – Pinagem conector DB9 
 
Fonte: Lamb (2015). 
Figura 2 – Ligação direta TX/RX 
 
Fonte: Lamb (2015). 
Figura 3 – Ligação cruzada TX/RX 
 
Fonte: Lamb (2015). 
 
 
04 
 A porta serial opera ligando alguns pinos enquanto desliga outros, e cada 
um destes pinos possuem uma finalidade específica. A porta serial, por sua vez, 
possui 2 tipos (9 pinos ou 25 pinos). Abaixo, podemos ver uma figura com os 2 
tipos (Silveira, 2017a). 
Figura 4 – Tipos de Conectores RS232 (Web Rs 232) 
 
Fonte: Silveira (2017a). 
 Na tabela a seguir, podemos ver a finalidade de cada pino nos 2 diferentes 
conectores na comunicação RS232. 
Tabela 1 – Pinagem RS232 
9 Pinos 25 Pinos Finalidade 
1 1 Terra ou GND do Chassi do Dispositivo 
2 3 Recepção de Dados (RD) 
3 2 Transmissão de Dados (TD) 
4 20 Terminal de Dados Pronto (Ready) (DTR) 
5 7 Terra ou GND do Sinal 
6 6 Conjunto de Dados Pronto (Ready) (DSR) 
7 4 Requisição para Enviar (RTS) 
8 5 Limpar para Enviar (CTS) 
9 22 Indicador de Campainha (RI) *somente para modens 
Fonte: Silveira (2017a). 
 A seguir, será apresentada a descrição de cada pino de acordo com Silveira 
(2017a): 
 Terra ou GND do Chassi do Dispositivo – Este pino deve ser ligado 
internamente ao chassi ou à carcaça do dispositivo; 
 Recepção de Dados (RD) – Este é o pino no qual os dados do dispositivo 
externo entram no CLP, por exemplo; 
 
 
05 
 Transmissão de Dados (TD) – Utilizando o exemplo acima, este é o pino 
no qual os dados da porta serial do CLP deixam esta porta rumo ao 
dispositivo externo; 
 Terminal de Dados Pronto (Ready) (DTR) – Este é o pino de controle 
master para os dispositivos externos. Quando ele está ligado (1), o 
dispositivo externo não pode transmitir ou receber dados; 
 Terra ou GND do Sinal – Como o próprio nome diz, este pino é onde deve 
ser ligado o fio de aterramento; 
 Conjunto de Dados Pronto (Ready) (DSR) – Tipicamente, os dispositivos 
externos possuem este pino permanentemente desligado “0”, sendo que 
um CLP basicamente utiliza este pino para determinar se o dispositivo 
externo está ligado e pronto para comunicação; 
 Requisição para Enviar (RTS) – Este é basicamente um pino para 
negociação. Quando o CLP precisa enviar dados para um dispositivo 
externo, ele seta este pino em “0” e diz “Estou querendo enviar dados para 
você, ok?”. O dispositivo externo, então, diz Ok para o CLP enviar os dados, 
setando o pino CTS (limpar para enviar) em “0”. O CLP envia os dados. 
 Limpar para Enviar (CTS) – Este é o outro lado da negociação. Como 
observado acima, o dispositivo seta este pino em “0” quando ele estiver 
pronto para receber os dados; 
 Indicador de Campainha (RI) *somente para modens – Este pino é utilizado 
apenas quando o CLP está conectado em um modem. 
 Para a transmissão de dados via RS232, é necessário que alguns 
parâmetros sejam configurados, sendo eles: 
 Start Bit – Em RS232, a primeira coisa que precisamos enviar é o start bit. 
O start bit foi inventado na primeira guerra mundial por Kleinschmidt, é um 
bit de sincronização adicionado justamente antes de cada caractere que 
nós enviamos. Ele é considerado um espaço (SPACE) ou voltagem 
negativa ou 0. 
 Stop Bit – A última coisa que enviamos é chamado de stop bit. Este bit nos 
diz que o último caractere foi enviado e devemos pensar nisso como um 
ponto final do caractere. É chamado de MARK, ou tensão positiva, ou 1. Os 
Start e Stop bit são comumente chamados de framing bits devido ao fato 
de cercarem o caractere que está sendo enviado. 
 
 
06 
 Parity Bit – Como a maioria dos CLPs e dispositivos externos são 
orientados por byte (8 bits = 1 byte), parece natural tratar dados como 
bytes. 
 Embora o ASCII seja um código com 7 bits, raramente ele é transmitido 
desta forma.Tipicamente, o bit 8 é utilizado como um bit de paridade ou, em outras 
palavras, como checagem de erro. O método de checagem de erro recebeu este 
nome baseando-se na ideia de paridade na matemática. Em termos simples, 
paridade significa que todos os caracteres terão um número par de 1’s, ou número 
ímpar de 1’s. Exemplos comuns de formas de paridade são: None (Nenhum), 
Even (Par) e Odd (Ímpar) (Silveira, 2017a). 
 Durante a transmissão na RS232, o emissor calcula o bit de paridade e o 
envia. O receptor, por sua vez, calcula a paridade para os 7 bits do caractere 
recebido e compara o resultado calculado com o bit 8 recebido. Se o valor 
calculado for igual ao real, é sinal de que nenhum erro ocorreu, e a transmissão 
segue normalmente. O método da paridade é muito popular, o motivo disso se dá 
pelo fato de ele ser efetivo somente em partes. Explicando melhor, a paridade 
pode encontrar erros que somente afetam números ímpares de bit, portanto, se 
esses erros ocorrerem em números pares de bits (2, 4 ou 6), o método não é 
eficaz. Tipicamente, segundo Silveira (2017a), os erros são causados por ruídos 
que raramente afetam somente 1 bit e, para tratar isto, podem ser utilizados blocos 
de checagem em redundância: 
 Baud Rate – Consideremos o baud rate como referência ao número de bits 
por segundo a ser transmitido. Então, 1200 significa 1200 bits enviados por 
segundo, e 9600 significa que podem ser enviados 9600 bits a cada 
segundo. As velocidades comuns que podem ser configuradas no RS232 
são: 1200, 2400, 4800, 9600, 19200 e 38400. 
 Formato de Dados (RS232 Data Format) – (baud rate-data bits-parity-stop 
bits). Este é o formado de dado típico na comunicação RS232. Por 
exemplo: 9600-8-N-1 significa um baud rate de 9600, 8 data bits, paridade 
None e stop bit “1”. 
TEMA 2 – RS485 E 422 
 As comunicações RS422 e RS485 usam um par de fios trançados para 
transportar sinais de transmissão e de recepção de forma bidirecional. Não é 
 
 
07 
necessário utilizar fios de par trançado, mas eles ajudam no controle de 
interferências (Lamb, 2015). 
 O RS422 ou RS485 pode ser usado em distâncias e velocidade de dados 
bem maiores do que o RS232, pois precisa de uma baixa tensão. O RS422 é uma 
configuração do tipo multiponto, enquanto o RS485 utiliza uma configuração 
multiponto ou em cascata (Daisy-chaim). Geralmente, essas comunicações são 
chamadas de sinalização balanceada ou diferencial. Em longas distâncias, o 
RS422 e o RS485 precisam de terminação em ambas as extremidades (Lamb, 
2015). 
2.1 Topologia de Rede RS485 
 A RS485 é a única interface capaz de interconectar múltiplos transmissores 
e receptores na mesma rede. Quando utilizados receptores no padrão RS485 com 
a resistência de entrada de 12kΩ, é possível conectar até 32 dispositivos 
diferentes na rede, sendo que resistores com alta resistência disponíveis 
atualmente no mercado permitem que a RS485 expanda até 256 dispositivos. 
 Ainda nesta comunicação, repetidores também estão disponíveis e fazem 
este número crescer para milhares de dispositivos por milhares de quilômetros. 
Outro ponto importante é que esta interface não requer um hardware inteligente 
na rede, e a implementação pelo lado do software não é muito complexa se 
comparada à RS232. Esta é uma razão pela qual a RS485 é tão popular nos 
computadores industriais, CLPs, microcontroladores e sensores inteligentes 
(Silveira, 2017b). 
2.2 Funcionalidade RS485 
 Por padrão, todos os barramentos dos transmissores na RS485 estão em 
três estados com alta impedância. Na maioria dos protocolos de alto nível, um dos 
nós é definido como master, pois envia consultas ou comandos por meio do 
barramento RS485 e todos os outros nós recebem este dado. Dependendo da 
informação contida no dado, zero ou mais nós na linha respondem ao master. 
Nesta situação, a banda de rede pode ser utilizada 100%. Existem outras 
implementações de rede RS485 em que todos os nós podem iniciar uma sessão 
de dados por si próprios, e isto é comparado a uma rede ethernet. Por conta disso, 
há uma chance de colisão de dados nesta implementação e, em teoria, 37% da 
largura de banda pode ser afetada. Para esta estrutura de rede, portanto, há a 
http://www.citisystems.com.br/tudo-sobre-clp/
http://www.citisystems.com.br/sensor-voce-sabe-que-quais-tipos/
 
 
08 
necessidade de implementar dispositivos de detecção de erro no nível mais alto 
do protocolo a fim de detectar ruptura de dado e reenvio da informação em tempo 
(Silveira, 2017b). 
 Finalmente, a RS485 é utilizada como o meio físico para muitas normas de 
interface ouprotocolos bem conhecidos no mercado, incluindo profibus e modbus. 
Portanto, essa interface de comunicação com certeza estará em uso por muitos 
anos no futuro (Silveira, 2017b). 
Figura 5 – Rede RS485 
 
Fonte: Silveira (2017b). 
 
 
 
09 
2.3 RS485 X 232 
Tabela 2 – RS485 x RS232 
Características RS232 RS485 
Número Máximo de Transmissores 1 32 
Número Máximo de Receptores 1 32 
Modos de Operação 
half duplex 
fullduplex 
half duplex 
Topologia de Rede 
point-to-
point 
multipoint 
Máxima Distância 15 m 1200 m 
Velocidade Máxima a 12 metros 20 kbs 35 Mbs 
Velocidade máxima a 1200 metros (1 kbs) 100 kbs 
Taxa de Variação Máxima 30 V/μs n/a 
Resistência de Entrada do Receptor 3..7 kΩ ≧ 12 kΩ 
Impedância de Carga do Transmissor 3..7 kΩ 54 Ω 
Sensibilidade de Entrada do Receptor ±3 V ±200 mV 
Range de Entrada do Receptor ±15 V –7..12 V 
Máxima Tensão de Saída do Transmissor ±25 V –7..12 V 
Saída de Tensão Mínima do Transmissor ±5 V ±1.5 V 
Fonte: Silveira (2017b). 
 O que todas as informações na tabela acima nos dizem? Primeiro de tudo, 
a velocidade entre as interfaces RS422 e RS485 são muito superiores às versões 
mais simples RS232 e RS423. Podemos ver, também, a máxima taxa de variação 
na RS232, que interfere diretamente no ruído, e que, para a comunicação RS485, 
este limite fica indefinido. Veja também que para evitar problemas por meio dos 
cabos, existe a necessidade de utilizar resistores terminais corretos (Silveira, 
2017b). 
 Perceptível também é que os níveis de tensão máximo permitidos em todas 
as interfaces encontram-se no mesmo range, no entanto, este nível é menor para 
interfaces mais rápidas. Por causa disso, a RS485 e outras podem ser utilizadas 
em situações com variações severas de nível terra e tensão e, ao mesmo tempo, 
em aplicações que requerem altas taxas de velocidade de transmissão devido ao 
 
 
010 
fato da transição entre a lógica 0 e 1 ser apenas algumas centenas de milivolts 
(Silveira, 2017b). 
 Fato interessante é que a RS232 é a única interface capaz de operar 
comunicação full duplex. Isto acontece porque a RS232 apresenta canal 
apropriado para emitir e receber, enquanto outras interfaces de comunicação 
possuem canais compartilhados por múltiplos receptores e, no caso da RS485, 
por múltiplos transmissores (Silveira, 2017b). 
TEMA 3 – COMUNICAÇÃO ETHERNET 
 A ethernet é uma estrutura para a tecnologia de redes de computadores 
que descreve desde a fiação até a sinalização de caracteres utilizados em uma 
rede local. A mídia usada para o cabeamento na comunicação ethernet pode ser 
em forma de par trançado e linhas de fibra óptica. Assim como os outros métodos 
de comunicação citados neste documento, a ethernet somente descreve as 
características físicas do sistema em termos de cabeamento e não o protocolo de 
comunicação utilizado por meio dos fios e das fibras. Hoje, devido ao uso 
generalizado da ethernet na computação, todos os computadores, controladores 
lógicos programáveis, relés de proteção entre outros dispositivos de automação 
possuem porta ethernet. Os switches servem para conectar os equipamentos para 
controlar dispositivos em configurações mais amplas. Existem dois tipos de 
configuração direta do terminal para terminal, usado com switches, e outro 
conhecido como cabeamentocrossover, utilizado para conexão diretas de porta a 
porta (Lamb, 2015). 
Figura 6 – Configuração direta cabo de rede 
 
Fonte: Lamb (2015). 
 
 
 
011 
Figura 7 – Cabo de rede Crossover 
 
Fonte: Lamb (2015). 
 As comunicações ethernet são bem mais velozes em comparação com as 
comunicações seriais, transferindo uma grande quantidade de dados de forma 
rápida. Aos dispositivos é atribuído um endereço único de fábrica chamado 
endereço MAC, que é uma abreviação de Media Access Control. Esse MAC é um 
endereço binário de 48 bits, usado geralmente para representar um número em 
hexadecimal com traços, por exemplo, 12 – 3C – 6F – 0A – 31 – 1B. Os endereços 
devem, então, ser configurados para cada dispositivo em uma rede no formato de 
“xxx.xxx.xxx.xxx”. Eles podem ser configurados diretamente, por meio da entrada 
dos dígitos em campos específicos para endereços, ou configurado de forma 
automática por um servidor, utilizando o protocolo de configuração dinâmica de 
endereços de rede o DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol). Os sistemas 
de LANs utilizam o DHCP para evitar a duplicidade acidental de endereços. Uma 
máscara de sub-rede também é usada para prevenir a interferência entre 
diferentes redes conectadas (Lamb, 2015). 
3.1 Endereçamento IP 
 Dentro de uma rede TCP/IP, cada micro recebe um IP único que o identifica 
na rede. Um endereço IP é composto por uma sequência de 32 bits, divididos em 
4 grupos de 8 bits cada. Cada grupo de 8 bits recebe o nome de octeto. 
Figura 8 – Endereçamento IP 
 
Fonte: O autor. 
 
 
012 
 Perceba que 8 bits permitem 256 combinações diferentes. Para facilitar a 
configuração dos endereços, usamos números de 0 a 255 para representar cada 
octeto formando endereços como 220.45.100.222, 131.175.34.7 etc. 
Figura 9 – Configuração de IP em controlador lógico programável 
 
Fonte: O autor. 
3.2 Camadas de Rede 
 O TCP/IP é o conjunto de protocolos de comunicação usados pela Internet 
e por outras redes similares. Essa coleção de padrões é denominada suíte de 
protocolos da internet. O TCP/IP recebe o nome de dois dos seus protocolos mais 
importantes: o protocolo de controle de transmissão (TCP, Transmission Control 
Protocol) e o protocolo de internet (IP, Internet Protocol), que foram os dois 
primeiros protocolos de rede definidos na norma. As redes IP atuais são resultado 
de um conjunto de inovações que começaram nas décadas de 1960 e 1970. A 
internet e as LANs começaram a aparecer na década de 1980 e evoluíram com o 
aparecimento da World Wide Web (www) no início década de 1990 (Lamb, 2015). 
 A suíte de protocolos da internet pode ser vista como um conjunto de 
camada de cabeamento e de sinais. Cada camada trata de um conjunto de 
problemas inerentes à transmissão de dados. Os serviços são fornecidos para as 
camadas superiores, pelas camadas inferiores, que traduzem os dados em formas 
que podem ser transmitidas. O fluxo de dados transmitido é divido em seções 
conhecidas como frames (quadros). Esses frames contêm os endereços de 
origem e de destino, junto com os dados transmitidos e a informação de 
 
 
013 
verificação de erro. Isso permite que a informação seja transmitida, isto é, se for 
detectado que ela é diferente da enviada originalmente. Os erros, em geral, são 
causados pelas colisões de dados e exigem que os dados sejam transmitidos 
novamente. Isso é mais comum à medida que mais dispositivos são colocados 
em uma rede. Por conta de tal fato, a velocidade da rede é radicalmente diminuída 
e nem sempre pode ser estimada de forma confiável. O padrão ethernet é 
considerado um sistema de rede não determinístico e, por conta disso, não 
adequado para controle direto de I/O (Lamb, 2015). 
Figura 10 – Camada de rede 
 
Fonte: Lamb (2015). 
TEMA 4 – TOPOLOGIA DE REDES ETHERNET 
 A topologia de redes ethernet refere-se ao "layout físico" e ao meio de 
conexão dos dispositivos na rede, ou seja, à forma como estes estão conectados. 
Os pontos no meio (onde são conectados) recebem a denominação de nós, sendo 
que estes sempre estão associados a um endereço para que possam ser 
reconhecidos pela rede. 
 São estruturas sofisticadas e complexas, que mantêm os dados e as 
informações ao alcance de seus usuários. É a topologia de redes que descreve 
como as redes de computadores, de controladores entre outros equipamentos 
estão interligadas, tanto do ponto de vista físico, como o lógico (Macêdo, 2012). 
 
 
014 
 Várias são as estratégias de topologia, embora as variações sempre 
derivem de duas topologias básicas que são as mais frequentemente 
empregadas: em anel e em estrela. 
4.1 Anel 
 A topologia em anel utiliza, em geral, ligações ponto a ponto que operam 
em um único sentido de transmissão. O sinal circula no anel até chegar ao destino. 
Essa topologia é pouco tolerável à falha e possui uma grande limitação quanto à 
sua expansão pelo aumento de “retardo de transmissão” (intervalo de tempo entre 
o início e chegada do sinal ao nó destino) (Macêdo, 2012). 
 Como uma rede de barramento, os anéis também têm nós ligados em série. 
A diferença é que a extremidade da rede volta para o primeiro nó e cria um circuito 
completo. Em uma rede em anel, cada nó tem sua vez para enviar e receber 
informações por meio de um token (ficha). O token, junto com quaisquer 
informações, é enviado do primeiro para o segundo nó, que extrai as informações 
endereçadas a ele e adiciona quaisquer informações que deseja enviar. Depois, 
o segundo nó passa o token e as informações para o terceiro nó e assim por 
diante, até chegar novamente ao primeiro nó. Somente o nó com o token pode 
enviar informações. Todos os outros nós devem esperar o token chegar (Macêdo, 
2012). 
 Na topologia em anel os dispositivos são conectados em série, formando 
um circuito fechado (anel). Os dados são transmitidos unidirecionalmente, de nó 
em nó, até atingir o seu destino. Uma mensagem enviada por uma estação passa 
por outras estações, por meio das retransmissões, até ser retirada pela estação 
destino ou pela estação fonte. Os sinais sofrem menos distorção e atenuação no 
enlace entre as estações, pois há um repetidor em cada estação. Há um atraso 
de um ou mais bits em cada estação para processamento de dados. Existe uma 
queda na confiabilidade para um grande número de estações, pois, a cada 
estação inserida, há um aumento de retardo na rede. É possível usar anéis 
múltiplos para aumentar a confiabilidade e o desempenho (Macêdo, 2012). 
 Vantagens: 
 Direcionamento simples; 
 Possibilidade de ter dois anéis funcionando ao mesmo tempo. Caso 
exista falha em um, ocorrerá somente uma queda de performance. 
 
 
 
015 
 Desvantagens: 
 Dificuldade de isolar a fonte de uma falha de sistema ou de equipamento; 
 Ampliação da rede, inclusão de novas estações ou servidores implica na 
paralisação da rede. 
Figura 11 – Topologia de rede em anel 
 
Fonte: Macêdo (2012). 
4.2 Estrela 
 A topologia em estrela utiliza um nó central (comutador ou switch) para 
chavear e gerenciar a comunicação entre as estações. Esta unidade central 
determina a velocidade de transmissão, como também converte sinais 
transmitidos por protocolos diferentes. Neste tipo de topologia é comum acontecer 
o overhead localizado, já que uma máquina é acionada por vez, simulando um 
ponto a ponto (Macêdo, 2012). 
 Em uma rede em estrela, cada nó se conecta a um dispositivo central 
chamado hub. O hub obtém um sinal que vem de qualquer nó e o passa adiante 
para todos os outros nós da rede. Um hub não faz qualquer tipo de roteamento ou 
filtragem de dados. Ele simplesmente une os diferentes nós (Macêdo, 2012). 
 Mais comum atualmente, a topologia em estrela utiliza cabos de par 
trançado e um concentrador como ponto central da rede. O concentrador se 
encarrega de retransmitir todos os dados para todas as estações, mas com a 
vantagem de tornar mais fácil a localizaçãodos problemas, já que se um dos 
cabos, uma das portas do concentrador ou uma das placas de rede estiver com 
problemas, apenas o nó ligado ao componente defeituoso ficará fora da rede. 
Essa topologia se aplica apenas a pequenas redes, pois os concentradores 
costumam ter apenas oito ou dezesseis portas. Em redes maiores, é utilizada a 
 
 
016 
topologia de árvore, em que existem vários concentradores interligados entre si 
por comutadores ou roteadores (Macêdo, 2012). 
 Vantagens: 
 Facilidade de isolar a fonte de uma falha de sistema ou equipamento, 
uma vez que cada estação está diretamente ligada ao concentrador; 
 Facilidade de inclusão de nova estação na rede, bastando apenas 
conectá-las ao concentrador; 
 Direcionamento simples, apenas o concentrador tem esta atribuição; 
 Baixo investimento a médio longo prazo. 
 Desvantagens: 
 Confiabilidade – se houver uma falha no concentrador, no caso de redes 
sem redundância, todas as estações perderão comunicação com a rede; 
 Todo o tráfego flui por meio do concentrador, podendo representar um 
ponto de congestionamento. 
Figura 12 – Topologia de rede estrela 
 
Fonte: Macêdo (2012). 
TEMA 5 – DIAGNÓSTICO DE REDES DE COMUNICAÇÃO 
 Apesar do intenso investimento que se observou nos últimos anos na 
melhoria de desempenho de sistemas de automação como um todo, é comum 
encontrar casos em que estes não atendem às necessidades dos usuários finais. 
É comum atribuir o desempenho de uma rede estritamente aos elementos que a 
constituem, deixando à parte a interação entre eles. Normalmente, os sistemas 
que fazem interface com o usuário final são taxados como responsáveis pelo mau 
desempenho da rede como um todo, uma vez que todos os problemas culminam 
na limitação da operabilidade destes. Em um sistema de automação já 
 
 
017 
consolidado, muitas vezes ocorrem mudanças a partir do projeto original realizado 
na concepção da planta, motivadas principalmente por expansão ou pela falta de 
padrões de implementação. 
 Ao se deparar com problemas de comunicação, é preciso realizar um 
estudo sistemático e global da situação, buscando encontrar não somente o 
“elemento-problema”, mas entender como os elementos da rede influenciam no 
desempenho uns dos outros. Com etapas bem definidas é possível realizar o 
diagnóstico de maneira eficiente, baseando-se em critérios de fácil mensuração, 
despendendo poucas horas de engenharia e utilizando softwares de análise. 
(Guiero; Leão; Abreu, 2017). 
 O diagnóstico de uma rede de automação deve incluir seus elementos 
físicos, passando pelas configurações dos dispositivos integrantes e de software. 
(Guiero; Leão; Abreu, 2017). 
5.1 Exemplo da implementação do Diagnóstico de Rede 
 A seguir, apresentaremos um exemplo que demonstrará a implementação 
do diagnóstico de rede em uma PCH (Pequena Central Hidrelétrica). 
 A usina possui a seguinte topologia: de rede que não apresenta um sistema 
de diagnóstico. 
Figura 13 – Topologia de rede PCH 
 
 
 
 
018 
O sistema apresentou duas falhas de comunicação, sendo: 
 Falha 1 - Entre a IHM e CLP dos serviços auxiliares; 
 Falha 2 - Na rede em anel no trecho entre a unidade geradora 01 e 02. 
Figura 14 – Falhas na rede de comunicação PCH 
 
 Como o sistema não apresenta um diagnóstico de rede, a operação e a 
manutenção terão os seguintes problemas. 
 Operação e manutenção não perceberão a falha do link entre as unidades 
geradoras 1 e 2, pois, pela concepção de rede em anel, o sistema 
continuará comunicando normalmente; 
 A operação e a manutenção só perceberão a falha do link da IHM dos 
Serviços Auxiliares quando tentar usar a IHM; neste momento é que será 
tomada alguma atitude para correção; 
 Não será tomada atitude alguma para normalização da falha de link entre 
as unidades geradoras 1 e 2, pois tal falha não é conhecida devido à falta 
de monitoramento; 
 A falha de link entre as unidades geradoras 1 e 2 só será percebida quando 
ocorrer a falha de outro link do anel, deixando parte da rede ilhada, trazendo 
riscos para a integridade física dos equipamentos. 
 Desta forma, se faz necessária a implantação do diagnóstico de rede nesta 
planta, trazendo os seguintes benefícios: 
 
 
019 
 Ao sensibilizar alguma falha de link, o sistema gerará um alarme e animará 
a tela sinótica com a condição atual da rede; 
 A manutenção consegue atuar nas falhas de link antes que ocorra um 
isolamento de comunicação de parte da rede; 
 A manutenção consegue verificar a necessidade de correção do link da 
IHM antes da necessidade da sua utilização, que possivelmente pode ser 
em um momento de isolamento da área a que a IHM pertence; 
 Com a utilização de um sistema de supervisão, os responsáveis pela 
manutenção podem receber notificações das falhas, sem a necessidade de 
verificar com frequência a rede e de fazer o alerta sobre a falha; 
 Diminuição dos riscos de avarias dos equipamentos da usina. 
FINALIZANDO 
 Nesta quinta aula, discorremos sobre os meios físicos e as topologias de 
comunicação utilizados na automação de processos industriais. Por meio das 
redes de comunicação, podemos realizar a integração dos CLPs com servidores, 
robôs, balanças, relés de proteção, controladores inteligentes de motores, 
medidores de energia entre outros equipamentos. Como vimos, cada meio físico 
de comunicação possui características que devem ser estudadas e analisadas por 
técnicos e engenheiros na etapa de planejamento e definição do projeto de 
automação, pois a definição errada da estrutura de rede de um sistema de 
automação pode ocasionar a inviabilidade da solução. Também é importante 
implementar sistemas de diagnósticos que possibilitem a detecção e a correção 
do problema no menor tempo possível, fazendo com as perdas de produção sejam 
minimizadas. 
 
 
 
 
020 
REFERÊNCIAS 
GUIERO, G. A.; LEÃO, J. de A.; ABREU, L. F. Metodologia para análise de redes 
de automação em operação. 6º Congresso Mineiro de Automação. Belo 
Horizonte, 2008. Disponível em: <http://www.visionsistemas.com.br/pt/wp-
content/uploads/metodologia-para-analise-de-rede-de-automacao-em-
operacao.pdf>. Acesso em: 6 nov. 2017. 
LAMB, F. Automação Industrial: na prática. Porto Alegre, RS: McGraw-Hill, 2015. 
MACÊDO, D. Topologias de rede de computadores. Um pouco de tudo sobre 
T.I., 13 fev. 2012. Disponível em: <http://www.diegomacedo.com.br/topologias-de-
rede-de-computadores/>. Acesso em: 6 nov. 2017. 
SILVEIRA, C. B. Desvendando a Comunicação RS232. Citisystems, 18 set. 
2017. Disponível em: <https://www.citisystems.com.br/rs232/>. Acesso em: 6 nov. 
2017. 
_____. Por que o RS485 é Mais Eficiente do que o RS232. Citisystems, 18 set. 
2017. Disponível em: <https://www.citisystems.com.br/rs485/>. Acesso em: 6 nov. 
2017. 
 
http://www.diegomacedo.com.br/topologias-de-rede-de-computadores/
AULA 6 
FUNDAMENTOS DE SISTEMAS 
DE CONTROLE 
Prof. Alexandre Arioli 
 
 
02 
CONVERSA INICIAL 
Caro aluno, seja bem-vindo à sexta aula de Fundamentos de Sistemas de 
Controle. Nesta aula, abordaremos os protocolos de comunicação Modbus, 
Profibus, Devicenet, Hart e AS-I. 
De todas as tecnologias associadas ao controle industrial, as redes de 
comunicação são as que sofreram maiores evoluções na última década, seguindo, 
aliás, a tendência global de evolução das comunicações que se tem vindo a sentir, 
praticamente em todos os ramos de atividade, desde as telecomunicações móveis 
até à Internet, à comunicação sem fios (wireless) etc. A utilização das redes 
permite a comunicação rápida e confiável entre equipamentos e o uso de 
mecanismos padronizados, que são, hoje em dia, fatores indispensáveis no 
conceito de produtividade industrial (Borges, 2007). 
O aumento do grau de automatização das máquinas e sistemas aumentou 
a quantidade de cabos a serem utilizados nas ligações paralelas entre 
equipamentos. Devido ao aumento do númerode Entradas/Saídas, as 
especificações dos cabos são, muitas vezes, elevadas, por exemplo, para a 
transmissão de valores analógicos. Assim, a ligação em série dos componentes 
que utilizam um bus de campo é cada vez mais presente, devido ao menor custo 
de material e mão de obra, à redução significativa da quantidade de cabos, a 
maiores velocidades nos tempos de comando e respostas dos sistemas, entre 
outros benefícios. Uma rede de campo aberto permite a interligação de vários 
PLCs, mesmo de fornecedores distintos, e também de outros componentes de 
campo. Todos, ligados à mesma rede, permitem a comunicação dos dados, com 
maior fiabilidade e disponibilidade do sistema, minimizando os tempos de 
paragem e de manutenção. Os sistemas de rede de campo abertos normalizam a 
transmissão dos dados e a ligação de equipamentos de diversos fabricantes. O 
utilizador fica, assim, livre para escolher o fabricante e com a flexibilidade de 
expandir ou modificar facilmente o sistema (Borges, 2007). 
Neste contexto, a ideia é que, ao final da aula, você tenha uma boa noção 
dos tipos de protocolos industriais que podem ser utilizados para a automação de 
um processo. 
 
 
 
03 
CONTEXTUALIZANDO 
Diversos são os protocolos de comunicação utilizados na indústria. Pode-
se dizer que um protocolo de comunicação é um idioma no qual dois ou mais 
equipamentos conversam. Fazendo uma analogia para melhor entendimento, 
uma pessoa que fala apenas português não consegue conversar com outra que 
fale russo. O mesmo ocorre com CLPs que trabalham com protocolos de 
comunicação diferentes (Parede; Gomes, 2011). 
O protocolo de comunicação é um conjunto de regras definidas em que 
consta o formato no qual a mensagem deve ser transmitida entre os participantes 
da rede. A simbologia e os caracteres usados para questionar certo evento ou 
responder à determinada questão, bem como determinar a velocidade com que 
essa informação flui de um lado a outro, por exemplo, são detalhes que devem 
ser padronizados em um protocolo (Parede; Gomes, 2011). 
Os protocolos necessitam de um meio físico que permita a interligação 
desses dispositivos na velocidade e condições exigidas pelo fabricante, 
possibilitando a construção de uma rede de comunicação. Tais informações 
normalmente são transmitidas ou questionadas de forma serial, ou seja, bit a bit, 
por meio de sinal elétrico ou óptico. Em geral, protocolo e meio físico são ditados 
pelo fabricante (Parede; Gomes, 2011). 
No início dos anos 1980, surgiram diversas tecnologias não padronizadas 
de diferentes fabricantes, de modo que cada um deles definia a sua. Na década 
seguinte, com o crescimento desse mercado, a padronização começou a ser 
considerada, pois os clientes queriam trabalhar com o melhor produto do 
fabricante A e com o melhor produto do fabricante B, e ambos os fabricantes 
tinham protocolos distintos. Foi nesse período que surgiram as primeiras 
iniciativas de padronização (Parede; Gomes, 2011). 
É interessante citar os fatores de análise que costumam ser utilizados na 
escolha de um protocolo de comunicação industrial em novas instalações, 
segundo Parede e Gomes (2011): 
 Custo do hardware; 
 Número de pontos de entrada e saída permitidos pela interface elétrica; 
 Distância física máxima suportada pela interface elétrica; 
 Tempo de resposta; 
 Facilidade de parametrização; 
 
 
04 
 Meio físico: possui imunidade a ruído ou permite a utilização de interface 
óptica (para locais que não permitem sinais elétricos, como plantas à prova 
de explosão). 
Ainda de acordo com Parede e Gomes (2011), conheça alguns exemplos 
de fabricantes de equipamentos para automação industrial e os protocolos que 
normalmente se disponibilizam em seus CLPs: 
 Rockwell – protocolos Devicenet; Controlnet; Ethernet/IP; 
 Siemens – protocolos AS-I; Profibus DP, PA, FMS; Profinet. 
 Schneider – protocolos Modbus; Modbus Plus; Modbus TCP; 
 Outros fabricantes – protocolos Interbus; CAN; SDS; DNP3; ARCnet; 
 Outras grandes empresas de automação industrial, como Honeywell, ABB, 
Emerson Electric, Invensys, Yokogawa, Mitsubishi, GE e Omron, também 
empregam a maioria dos protocolos de comunicação citados. 
TEMA 1 – PROTOCOLO MODBUS 
Criado em 1979 para a comunicação entre controladores da Modicon, é de 
simples configuração e manutenção. Por ser um protocolo aberto, desde o início 
teve fácil penetração no mercado e continua sendo bem aceito por sua 
simplicidade e certa robustez na troca de dados entre os dispositivos. Três 
versões são mais comuns: o Modbus RTU, o Modbus Plus e o Modbus TCP/IP 
(Parede; Gomes, 2011). 
O Modbus RTU (Remote Terminal Unit, ou Unidade Terminal Remota) traz 
o conceito de visualização remota de dados. Normalmente, é utilizado para a 
comunicação dos CLPs com os blocos de E/S e com os instrumentos eletrônicos 
inteligentes, como relés de proteção, controladores de processo, atuadores de 
válvulas, transdutores de energia e outros. O meio físico usado é o serial RS232 
ou RS485 (padrão serial elétrico que trabalha com comunicação diferencial entre 
dois fios), podendo também ser empregado com conversores seriais – fibra óptica 
em uma velocidade de até 230 kbps (quilobits por segundo) (Parede; Gomes, 
2011). 
Muitas vezes, o RTU é utilizado em CLPs de pequeno porte, fornecendo 
informações do processo a softwares de supervisão em salas de controle, ou 
mesmo em IHMs, locais que possuem o protocolo Modbus também nativo. Esse 
protocolo permite que um CLP mestre interrogue até 32 blocos de E/S, 
considerados dispositivos escravos (Parede; Gomes, 2011). 
 
 
05 
O Modbus Plus é uma versão do protocolo RTU melhorada em alguns 
pontos, possibilitando que CLPs que trabalham em Modbus conversem entre si 
durante a execução do processo. Também pode trabalhar com blocos de E/S e 
outros dispositivos de ponta, como relés de proteção e diversos controladores. O 
meio físico é o serial RS485 com taxas de transmissão de até 1 Mbps (megabits 
por segundo). O Modbus TCP/IP é utilizado para comunicação entre sistemas de 
supervisão, CLPs e alguns modelos de blocos de E/S. O protocolo Modbus é 
encapsulado no protocolo TCP/IP e transmitido por redes Ethernet. Trata-se de 
uma adaptação do protocolo Modbus RTU utilizando interface Ethernet em vez 
das tradicionais interfaces seriais. Com isso, os limites de distância estão 
diretamente relacionados ao alcance das interfaces Ethernet (Parede; Gomes, 
2011). 
A topologia usada em redes Modbus pode ser observada na Figura a 
seguir. 
Figura 1 – Topologia Rede Modbus 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
Durante a comunicação em uma rede Modbus, o protocolo determina como 
o dispositivo mestre deve questionar o dispositivo escravo, ou seja, dá as 
instruções para verificar se o escravo está ativo ou não, se o escravo apresenta 
valores discretos (digitais) ou analógicos e como decodificar a informação 
recebida. Em resumo, a programação do mestre identifica os blocos a serem lidos 
 
 
06 
e em quais endereços, bem como qual conteúdo deve ser esperado como 
resposta. Isso tem de ocorrer de maneira coordenada, pois os blocos ou 
dispositivos escravos, por sua vez, devem estar parametrizados com os valores 
de endereço esperados; ser realmente dispositivos discretos ou analógicos; e 
estar preparados para responder de acordo com a mensagem formatada pelo 
protocolo, conforme previamente programado no dispositivo mestre Modbus 
(Parede; Gomes, 2011). 
O dispositivo mestre dessa rede pode enviar mensagens para um escravo 
específico ou uma única mensagem para que todos os dispositivos da rede leiam 
e entendam o que foi pedido. Esse tipo de envio em massa a todos os escravos 
da rede normalmente contempla ações que devem ser sincronizadas no tempo. 
Um exemplo é a leitura de temperatura em 64 pontos analógicos distintos (8 
blocos de E/S com 8 entradas de temperatura cada um). No instante em queo 
escravo recebe a informação de ler e armazenar temporariamente esse valor, ele 
o fará para posterior consulta do mestre e, então, consolidará toda a informação 
recolhida ao longo de alguns ciclos de varredura. A comunicação entre um mestre 
e um escravo obedece a algo semelhante ao fluxo apresentado na Figura a seguir 
(Parede; Gomes, 2011). 
Figura 2 – Fluxo de comunicação entre mestre e escravo Modbus 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
Na transmissão do mestre, os bytes de dados têm informações para o 
escravo, incluindo qual registrador inicial deve responder e a quantidade de 
 
 
07 
registros a serem lidos, ao passo que o campo de verificação de erro permite ao 
escravo validar os dados que recebeu do mestre. Na resposta do escravo, o 
código de função é repetido de volta para o mestre, juntamente com os bytes de 
dados que possuem a informação solicitada ao escravo. Se alguma falha na 
aquisição do dado ocorrer, o código da função é modificado para indicar esse erro 
e os bytes de dados conterão um código que descreverá o erro. A verificação de 
erro permite ao mestre validar os dados recebidos (Parede; Gomes, 2011). 
TEMA 2 – PROTOCOLO PROFIBUS 
O Profibus foi desenvolvido em 1987 na Alemanha por uma associação de 
21 companhias a fim de criar um barramento de campo. Em 1995, foi fundada a 
Profibus International, englobando 22 entidades espalhadas pelo mundo, com o 
objetivo de promover esse protocolo de comunicação aberto (Parede; Gomes, 
2011). 
O Profibus possibilita interligar não só a parte de controle da planta por 
meio do gerenciamento dos blocos de E/S e outros CLPs, como também 
dispositivos de outros controles externos ao processo, mas pertinentes à planta 
industrial. A Figura 3 dá uma ideia de como e onde é utilizado o protocolo Profibus 
na comunicação entre dispositivos de uma planta industrial (Parede; Gomes, 
2011). 
Figura 3 – Topologia Protocolo Profibus 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
 
 
08 
 O protocolo Profibus pode ser usado em níveis superiores de acesso, na 
parte de administração da informação de chão de fábrica, por meio do Profibus 
Ethernet, também conhecido como Profinet; em níveis inferiores, gerenciando ou 
controlando dispositivos de processo, como relés de proteção, controladores PID, 
blocos de E/S, válvulas, medidores e outros, e em conversores eletro-óptico, 
empregando fibras ópticas como meio de transmissão e recepção de dados em 
áreas classificadas, ou seja, que tenham risco de explosão (Parede; Gomes, 
2011). 
 O protocolo subdivide os elementos em dispositivos de manufatura e de 
processo, de acordo com o tipo de dados que serão enviados e recebidos por 
meio das interfaces (Parede; Gomes, 2011). 
 Fornecedores de hardware também disponibilizam conversores, 
conhecidos como gateways (portas de acesso), que funcionam como dispositivos 
de interligação entre os padrões a serem utilizados, por exemplo, o conversor 
Ethernet para RS485 e conversores RS485 para fibra óptica. Esses gateways 
decodificam a informação de um meio físico e a transmitem em outro, mantendo 
a rede sempre atualizada e os caminhos alternativos disponíveis para alguns 
fluxos de dados que o processo exige (Parede; Gomes, 2011). 
 Assim como outros protocolos, o Profibus é uma família com pequenas 
variações entre os diversos tipos. Para Parede e Gomes (2011), destacam-se: 
 Profinet (Profibus for Ethernet) – Utilizado na comunicação entre CLPs e 
PCs, usando Ethernet-TCP/IP por meio de uma interface Ethernet; 
 Profibus FMS (Fieldbus Message Specification, ou Especificação de 
Mensagem no Barramento de Dados) – Também empregado em 
comunicação entre CLPs e PCs, porém, por meio de interfaces seriais 
dedicadas de alta velocidade; 
 Profibus DP (Decentralized Peripherals, ou Periféricos Descentralizados) – 
Usado na comunicação com drivers de motores, blocos de E/S, 
transdutores, analisadores, controladores, entre outros; 
 Profibus PA (Process Automation, ou Automação de Processos) – Utilizado 
na comunicação com transmissores de pressão, nível, vazão, temperatura 
e válvulas de controle. Usa como meio físico as interfaces elétricas com 
nível de potência adequado para permitir sua instalação em áreas 
classificadas. 
 
 
09 
 Parede e Gomes (2011) também listaram os detalhes das interfaces de 
comunicação físicas usadas no Profibus: 
 Padrão RS485 
 Cabo par trancado com malha; 
 Taxas de 9600 bps (distância de 1200 metros) a 12 Mbps (distância de 
100 metros); 
 Topologia física em barramento com terminadores; 
 Até 32 dispositivos; 
 Com um repetidor, permite mais 32 dispositivos; 
 Com o uso máximo de quatro repetidores, chega a 126 dispositivos em 
uma mesma rede; 
 Conectores de interligação tipo DB9 para padrão IP20; 
 Conectores circulares específicos para IP65 ou IP66. 
TEMA 3 – PROTOCOLO DEVICENET 
Desenvolvido pela Allen-Bradley, empresa do grupo Rockwell Automation, 
e lançado em 1994, o Devicenet, ou Rede de Dispositivos, oferece uma arquitetura 
integrada no formato produtor-consumidor. Por se tratar de um protocolo aberto, 
outros fabricantes também utilizam esse padrão com o intuito de compatibilizar 
seus produtos a essa rede muito difundida nas indústrias (Parede; Gomes, 2011). 
Consiste em uma arquitetura de rede que permite a leitura, a atuação e a 
configuração de dispositivos ligados a ela. Esse protocolo é utilizado na 
interligação de CLPs e IHMs e na comunicação com atuadores on/off, inversores 
de frequência e chaves de partida eletrônica (Parede; Gomes, 2011). 
Figura 4 – Barramento de comunicação Devicenet 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
 
 
010 
A rede Devicenet utiliza dois pares de fios em seu barramento, um deles 
para comunicação e o outro para alimentação dos dispositivos. Usa corrente 
contínua na alimentação, os cabos possuem uma primeira blindagem externa, aos 
pares com fita de alumínio, e uma segunda blindagem geral, por malha trançada 
com fio de dreno. Existe uma padronização nas cores dos fios: o par de 
alimentação é vermelho (V+), e preto (V–) é o par de comunicação, branco para 
o sinal chamado de CAN High, e azul para o CAN Low. Com diversos modelos de 
cabos para diferentes aplicações na indústria, os cabos são conhecidos como 
tronco ou grosso (diâmetro de 12,5 mm), fino (diâmetro de 7 mm) e flat, cada qual 
com aplicações especificas de utilização (Parede; Gomes, 2011). 
A topologia de distribuição na Figura 5 exemplifica como os dispositivos são 
instalados em uma rede Devicenet na indústria. 
Figura 5 – Rede Devicenet 
 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
Outras características da rede Devicenet são: 
 Topologia física em barramento; 
 Linhas tronco e derivações com resistores de terminação de 121 Ω. Tem a 
função de evitar a reflexão dos sinais e deve ser ligada entre os terminais 
de comunicação (par azul e branco); 
 Conexão de até 64 elementos; 
 
 
011 
 Inserção e remoção de nós a quente, ou seja, sem a necessidade de 
desconectar a alimentação da rede; 
 Taxas de transmissão de dados da ordem de 125 a 500 kbps. 
Existe uma relação entre o comprimento de cabo e a velocidade de 
transmissão de dados que deve ser observada em novas instalações ou mesmo 
na manutenção e substituição de cabos. A tabela da Figura 6 apresenta esses 
dados para consulta. 
Figura 6 – Tipo do cabo versus taxa de transmissão 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
A configuração dos dispositivos, também chamados de nós, é baseada em 
folhas de dados eletrônicos (EDS, Electronic Data Sheets) fornecidas pelos 
fabricantes dos dispositivos Devicenet. Essas folhas contêm descrições 
eletrônicas de como o dispositivo opera e quais são os dados e formatos que lhe 
é permitido trocar. O Devicenet também possui uma versão Ethernet, o Controlnet, 
que possibilita a comunicação de dados com dispositivos hierarquicamente 
superiores à rede de controle (Parede; Gomes, 2011). 
TEMA 4 –PROTOCOLO HART 
 O protocolo de comunicação Hart (Highway Addressable Remote 
Transducer, ou, em tradução não literal, Larga Comunicação para Transdutores 
Remotos Endereçáveis) é um padrão industrial para comunicação com 
instrumentos de processo “inteligentes”. Criado pela Rosemount na década de 
1980 e mantido pela Hart Communication Foundation desde 1993, esse protocolo 
permite a comunicação digital simultânea com o sinal analógico de corrente de 4 
 
 
012 
a 20 mA, ou seja, a grandeza informada digitalmente por um sinal modulado em 
FSK (frequency shift keying, ou modulação por chaveamento de frequência) e 
proporcional à variação de corrente na malha, de 4 a 20 mA, utilizando o mesmo 
par de cabos (Parede; Gomes, 2011). 
 É importante destacar algumas características do Hart percebidas por 
Parede e Gomes (2011): 
 Possibilita o acesso remoto a todos os parâmetros e diagnósticos do 
instrumento; 
 Permite o suporte a instrumentos multivariáveis, ou seja, instrumentos que 
trabalham com mais de uma grandeza no mesmo dispositivo; 
 Disponibiliza informações do estado do dispositivo durante o 
monitoramento deste; 
 É compatível com a fiação existente para 4-20 mA; 
 Utiliza um padrão aberto de comunicação; 
 Possibilita que instrumentos de campo sejam calibrados e aferidos 
simultaneamente (medidores de pressão, vazão, temperatura, nível, entre 
outros). 
 O padrão de comunicação 4-20 mA é largamente utilizado como forma de 
transmitir uma informação do processo para um elemento de controle ou registro. 
Apenas uma informação pode ser transmitida, ou seja, tem a característica de 
uma rede ponto a ponto (Parede; Gomes, 2011). 
Figura 7 – Exemplo de ligação Protocolo Hart 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
 
 
013 
 O sistema de controle de vazão da Figura 7 exemplifica o tipo de ligação 
entre o dispositivo de medição e o controlador nesse protocolo. Esse sistema é 
composto por um transmissor multivariável de vazão (FT), um controlador e 
indicador de vazão (FC) e uma válvula de controle (FV). Todos eles utilizam o 
padrão 4-20 mA para a transmissão da informação (Parede; Gomes, 2011). 
 A vazão calculada dentro do transmissor multivariável é enviada ao 
controlador por um sinal de 4-20 mA. O controlador tem por função comparar o 
valor recebido e atuar na válvula de abertura de acordo com a vazão desejada. O 
controle da válvula também é feito enviando um sinal de 4-20 mA. Mesmo que o 
transmissor seja capaz de trabalhar com quatro grandezas físicas predefinidas 
pelo instalador do dispositivo, apenas uma delas pode ser transmitida pelo sinal 
de 4-20 mA (Parede; Gomes, 2011). 
 Detalhando um pouco mais a comunicação feita por meio do protocolo Hart, 
apresenta-se a Figura 8, na qual podemos observar como o sinal digital é 
incorporado ao sinal analógico. Ao sinal de corrente entre 4 e 20 mA é adicionado 
um sinal modulado em frequência, com amplitude máxima predefinida, em que o 
valor médio dessa corrente não interfere na proporcionalidade do sinal de 4-20 
mA. A comunicação é feita em uma taxa de 1 200 kbps (Parede; Gomes, 2011). 
 A modulação é feita com sinais senoidais, com amplitudes de corrente da 
ordem de 0,5 mA de pico. Considerando que o valor médio de uma senoide é 
zero, verifica-se que a modulação aplicada ao sinal de corrente não tem influência 
no valor real transmitido (Parede; Gomes, 2011). 
Figura 8 – Modulação aplicada ao sinal de corrente no protocolo Hart 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
 
 
014 
 Em aplicações práticas, o Hart é usado em comunicações mestre-escravo, 
ou seja, um dispositivo questiona e o outro responde ao questionamento. O 
protocolo também permite a utilização de mais de um mestre, porém, o segundo 
só assume o controle da comunicação quando percebe que o principal não está 
operando (Parede; Gomes, 2011). 
 Nessa topologia, em geral, o mestre primário é o computador de 
supervisão, e o secundário consiste em um terminal de calibração e programação 
que pode ser ligado ao próprio barramento de 4 a 20 mA. Obviamente, o 
computador deve possuir uma interface que permita a leitura do sinal analógico 
da rede. A Figura a seguir apresenta uma topologia de rede multimestre conforme 
descrito (Parede; Gomes, 2011). 
Figura 9 – Topologia de ligação multimestre no protocolo Hart 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
 O dispositivo mestre possui a capacidade de provocar variações de 
corrente na linha, modulando o sinal; o escravo faz a parte da modulação, 
transformando a corrente em tensão e aplicando essa variação proporcional no 
dispositivo que está controlando. Durante a resposta, esse processo se inverte: o 
dispositivo escravo da rede é quem define o valor de corrente, que, por sua vez, 
é interpretado pelo mestre, que vai analisar, comparar e atuar em algum ponto do 
sistema, quando necessário (Parede; Gomes, 2011). 
 A comunicação em Hart é definida com os seguintes parâmetros, segundo 
Parede e Gomes (2011): 
 
 
015 
 1 bit de início e 8 bits de dados; 
 1 bit de paridade ímpar e 1 bit de parada; 
 40 bits para endereços universais (redes de maior porte) ou 8 bits para 
endereços curtos (redes de menor porte); 
 6 bits para o código de identificação do fabricante; 
 8 bits para o código do tipo de dispositivo; 
 24 bits para o código identificador do dispositivo; 
 4 bits para endereços de 1 a 15. 
 A rede Hart permite também a comunicação somente em sinais digitais 
(modulados em FSK). Nessa situação, a corrente utilizada é fixa em 4 mA e 
comporta até 15 dispositivos interligados. É possível interligar dispositivos com 
até 3000 metros de distância utilizando um par de cabos, com tempo de leitura 
médio de 0,5 segundo por dispositivo (Parede; Gomes, 2011). 
 As Figuras 10 e 11 apresentam exemplos clássicos da utilização desse 
protocolo em automação de sistemas. A Figura 10 ilustra um exemplo de mestre- 
-escravos utilizando mais de um controle Hart, atrelados a um computador que 
efetua a supervisão do sistema. Na Figura 11, aparece um sistema multiplexado 
em que várias leituras ponto a ponto são possíveis graças ao chaveamento 
sincronizado dos pontos a serem monitorados (Parede; Gomes, 2011). 
Figura 10 – Mestres e escravos na topologia ASI 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
 
 
 
016 
Figura 11 – Sistema multiplexado utilizando Hart 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
 Por fim, vale destacar a existência de transmissores compatíveis com o 
protocolo Hart, que têm por função também o controle de PID (proporcional, 
integral e derivativo). Com eles, é possível montar redes independentes, apenas 
com o controlador e a válvula de controle. 
TEMA 5 – PROTOCOLO ASI 
Com o seu característico cabo amarelo, o AS-Interface® é uma das mais 
inovadoras soluções de rede ao nível de sensores/atuadores. Foi desenvolvida 
como uma alternativa de baixo custo de estrutura de rede e provou ser 
extremamente viável, após vários anos de utilização em diversos setores 
industriais. O objetivo é ligar entre si sensores e atuadores de diversos fabricantes, 
utilizando um cabo único, capaz de transmitir dados e alimentação 
simultaneamente (Borges, 2007). 
 
 
 
017 
Figura 12 – Cabo e escravo ASI 
 
Fonte: Borges (2007). 
A AS-International, organização que apoia o AS-Interface, formou-se em 
1991 por meio de um consórcio de 11 empresas europeias que desenvolveram a 
norma. Hoje, essa associação está aberta a qualquer fornecedor ou utilizador 
desta tecnologia, alcançando 100 empresas em todo o mundo e oferecendo mais 
de 600 produtos e serviços. No mercado norte-americano, a AS-i Trade 
Organization (ATO) existe desde 1996. Por meio da ATO, os seus membros 
podem submeter produtos AS-Interface para testes de conformidade e 
certificação. Em 1990, criou-se a associação ASI Verein (Alemanha), sendo a 
Schneider um dos membros dessa associação. Em 1997, inicia-se o 
desenvolvimento do A2 S-Interface,que permite o dobro dos escravos, estando 
disponível o “chip” desde 1998 (Borges, 2007). 
O AS-Interface é uma solução de rede para utilização em sistemas de 
automação ao nível do campo, substituindo a ligação de sensores de forma 
tradicional em meios industriais. A tecnologia AS-Interface é compatível com 
qualquer outro bus de campo ou rede. Existem gateways para ligação a CANopen, 
Profibus, Interbus, FIP, LON, RS485 e RS232. O AS-Interface está de acordo com 
as normas europeias EN50295, IEC 62026-2 (Borges, 2007). 
O sistema AS-Interface utiliza o princípio de um cabo comum, em que se 
pode ligar todos os elementos periféricos. O elemento básico do AS-Interface é 
um “chip” escravo, por meio do qual os sensores e atuadores se ligam ao cabo 
AS-Interface. Em cada ciclo, 4 bits de informação são transferidos em série do 
mestre para todos os escravos. Outros 4 bits são devolvidos dos escravos para o 
mestre com entradas ou saídas. O “chip” e outros componentes associados 
podem estar num módulo de interface em que sensores ou atuadores tradicionais 
 
 
018 
podem ser ligados ou estarem integrados nos próprios sensores ou atuadores. 
 Assim, o utilizador pode usar tanto equipamento já existente como 
equipamento específico AS-Interface (Borges, 2007). 
Figura 13 – Topologia mestre – escravo ASI 
 
Fonte: Borges (2007). 
O sistema AS-Interface utiliza apenas um mestre por rede para controlar a 
troca de dados. O mestre chama cada escravo, sequencialmente, e aguarda pela 
sua resposta. Utilizando uma transmissão de formato fixo, o AS-Interface elimina 
a necessidade de processos complicados de controle de transmissão. Assim, o 
mestre consegue interrogar os 31 escravos e atualizar as E/S em menos de 5ms 
(Borges, 2007). 
O mestre verifica também a tensão na rede e os dados transmitidos. 
Reconhece erros de transmissão e falhas dos escravos, bem como reporta tais 
eventos ao controlador (PLC). É possível trocar ou adicionar escravos durante a 
operação normal, sem interferir na comunicação com os outros nós. O 
comprimento máximo de cabo para cada mestre é de 100m, sem repetidores. Com 
repetidores, pode ir até 300m. Podem existir 2 tipos de escravos: o primeiro é um 
módulo que permite a ligação de atuadores e sensores standard 24 VDC. Podem 
ser módulos IP67 ou IP20 (4 entradas e 4 saídas), para um total de 248 E/S num 
sistema. O segundo tipo é o atuador ou sensor dedicado AS-Interface. Cada uma 
 
 
019 
destas unidades gere 4 bits de entrada e 4 bits de saída. Cada um destes 
equipamentos tem um endereço único na rede (Borges, 2007). 
Para haver troca de dados, cada escravo ligado à rede AS-Interface deve 
ser programado com um endereço de 1 a 31. Assim, cada escravo é um módulo 
AS-Interface ou um equipamento AS-Interface, com um endereço atribuído. O 
endereço, que pode ser alterado em qualquer altura, é guardado em memória não 
volátil e persiste mesmo sem alimentação. Os endereços podem ser programados 
pelo controlador (PLC), por meio do mestre AS-Interface, ou com um equipamento 
especial (Borges, 2007). 
O mestre é responsável, segundo Borges (2007), pelas seguintes tarefas: 
 Identificação dos participantes; 
 Configuração acíclica dos valores dos parâmetros dos escravos; 
 Diagnóstico do bus e dos escravos AS-Interface; 
 Envio de mensagens ao PLC; 
 Configuração dos endereços dos escravos substituídos. 
A AS-Interface utiliza um cabo simples de dois condutores não blindados 
nem trançados, trapezoidal, e de cor amarela. Embora um simples cabo redondo 
pudesse ser utilizado para as ligações, o perfil trapezoidal é o utilizado para evitar 
a troca de polaridade nas ligações. 
Figura 14 – Cabo ASI 
 
Fonte: Borges (2007). 
A rede ASI possui características especiais, sendo: 
 Alimentação pelo bus – O cabo de sinal comporta 30Vcc com uma corrente 
tipicamente de 2 A para os equipamentos. A alimentação adicional pode 
ser distribuída utilizando um cabo preto. A maioria dos equipamentos está 
preparada para essa alimentação adicional. 
 
 
020 
 Imunidade AMI/RFI – Uma questão comum é a falta de blindagem do cabo 
AS-Interface e as preocupações de imunidade ao ruído. Os dados digitais 
são codificados num sinal sinusoidal, com uma pequena largura de banda. 
Existe uma filtragem que elimina as frequências fora dessa largura de 
banda. Assim, o AS-Interface pode operar em ambientes com ruído 
eléctrico, sem haver erros de transmissão. 
 Determinismo e tempo de escrutínio – O AS-interface pode determinar o 
tempo que leva uma mudança de estado até chegar ao mestre. Para 
calcular o tempo de escrutínio, basta multiplicar o número de nós (incluindo 
o mestre) por 150 μs. O atraso máximo da rede é de 4,7ms. 
Figura 15 – Exemplo de Rede ASI 
 
Fonte: Borges (2007). 
FINALIZANDO 
As redes industriais para automação estão se tornando cada vez mais 
presentes nos meios industriais. Essa presença em relação aos sistemas 
 
 
021 
tradicionais, do tipo ponto a ponto, com CLP centralizado, deve-se, 
principalmente, aos fatores técnicos e econômicos que os tornam uma tecnologia 
extremamente vantajosa e atraente (Lugli; Santos, 2010). 
Diversos fornecedores apresentam soluções de redes de campo para 
implantação. Com o objeto principal de interoperabilidade e flexibilidade de 
operação, grupos de desenvolvedores definem normas de padrão aberto para o 
desenvolvimento de redes de campo por todos os interessados (Lugli; Santos, 
2010). 
O primeiro passo ao conceber uma solução qualquer de automação é 
desenhar a arquitetura do sistema, organizando seus elementos vitais, como 
aquisição de dados, PLCs, instrumentos, sistema de supervisão, entre outros 
elementos, em torno de redes de comunicação de dados apropriadas. A escolha 
da arquitetura determina o sucesso de um sistema em termos de alcançar os seus 
objetivos de desempenho, modularidade, expansibilidade e custos (Lugli; Santos, 
2010). 
 
 
 
 
 
022 
REFERÊNCIAS 
BORGES, F. Redes de Comunicação Industrial: documento técnico nº 2. 
Schneider Eletric, set. 2007. Disponível em: <https://www.schneider-
electric.pt/documents/product-services/training/doctecnico_redes.pdf>. Acesso em: 7 
nov. 2017. 
LUGLI, A. B.; SANTOS, M. M. D. Redes Industriais para Automação Industrial: 
AS-I, Profibus e Profinet. São Paulo: Érica, 2010. 
PAREDE, I. M.; GOMES, L. E. L. Eletrônica 6: automação industrial. São Paulo: 
Fundação Padre Anchieta, 2011. (Coleção Técnica Interativa. Série Eletrônica, v. 
6)