AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL AVANÇADA

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AUTOMAÇÃO 
INDUSTRIAL AVANÇADA
SENAI-RJ • Automação
Federação das Indústrias do Estado do Rio de Janeiro - FIRJAN
Eduardo Eugenio Gouvêa Vieira
Presidente
Diretoria-Geral do Sistema FIRJAN
Augusto Cesar Franco de Alencar
Diretor-Geral
Diretoria Regional do SENAI-RJ
Maria Lúcia Telles
Diretora
Diretoria de Educação
Andréa Marinho de Souza Franco
Diretora
SENAI-RJ
Rio de Janeiro 
2011
AUTOMAÇÃO 
INDUSTRIAL AVANÇADA
FICHA TÉCNICA DA 1a Edição
Luis Arruda - Gerente de Projetos em 
Educação - SESI-RJ/SENAI-RJ
Frank W. Geissler - Diretor Adjunto do 
Projeto - ThyssenKrupp CSA
Valdir Monteiro - Gerente Geral de Recursos 
Humanos - ThyssenKrupp CSA
Coordenação do Projeto
Rosemary Lomelino de Souza Xavier
- SESI-RJ/SENAI-RJ
Pesquisa de Conteúdo e Redação
Leila Monteiro Reges - SENAI-RJ
Roberto Lopes de Oliveira Filho - SENAI-RJ
Revisão Técnica de Conteúdo
Revisão Pedagógica
Rosemary Lomelino de Souza Xavier - 
SESI-RJ/SENAI-RJ
Revisão Editorial e Gramatical
Roberto Azul
Coordenação de Comunicação
Péricles Monteiro - ThyssenKrupp CSA
Projeto Gráfi co
Leandro Diniz
Capa: Córtex Comunicação
Automação Industrial Avançada
2011 – 2a edição.
Este material está em consonância com o Acordo Ortográfi co da Língua Portuguesa de 2008.
SENAI-Rio de Janeiro
Diretoria de Educação
Gerência de Educação Profi ssional Regina Helena Malta do Nascimento
Gerência do CTS Automação e Simulação Bruno Souza Gomes
SENAI-RJ
GEP – Gerência de Educação Profi ssional
Rua Mariz e Barros, 678 – Tijuca
20270-903 – Rio de Janeiro
Tel.: (21) 2587-1323
Fax: (21) 2254-2884
mdigep@fi rjan.org.br
http://www.fi rjan.org.br
FICHA TÉCNICA da 2a Edição 
Coordenação Edson Melo
 Vera Regina Costa Abreu 
Revisão Editorial Rosy Lamas
Responsável Técnico Leila Monteiro Reges
Projeto Gráfi co Artae Design & Criação
Editoração SteimanKnorr Designers Associados
Este material é uma adaptação da publicação Automação Industrial Avançada, 
editada pelo SENAI-RJ, em 2008.
 
Prezado aluno,
Quando você resolveu fazer um curso em nossa instituição, talvez não soubesse que, 
desse momento em diante, estaria fazendo parte do maior sistema de educação profi ssional 
do país: o SENAI. Há mais de sessenta anos, estamos construindo uma história de educação 
voltada para o desenvolvimento tecnológico da indústria brasileira e da formação profi ssional 
de jovens e adultos.
Devido às mudanças ocorridas no modelo produtivo, o trabalhador não pode continuar 
com uma visão restrita dos postos de trabalho. Hoje, o mercado exigirá de você, não só domínio 
do conteúdo técnico de sua profi ssão, mas também competências que lhe permitam decidir 
com autonomia, proatividade, capacidade de análise, solução de problemas, avaliação de re-
sultados e propostas de mudanças no processo do trabalho. Você deverá estar preparado para 
o exercício de papéis fl exíveis e polivalentes, assim como para a cooperação e a interação, o 
trabalho em equipe e o comprometimento com os resultados.
Soma-se, ainda, que a produção constante de novos conhecimentos e tecnologias exigirá 
de você a atualização contínua de seus conhecimentos profi ssionais, evidenciando a necessi-
dade de uma formação consistente que lhe proporcione maior adaptabilidade e instrumentos 
essenciais à autoaprendizagem. 
Essa nova dinâmica do mercado de trabalho vem requerendo que os sistemas de educação 
se organizem de forma fl exível e ágil, motivos esses que levaram o SENAI a criar uma estrutura 
educacional, com o propósito de atender às novas necessidades da indústria, estabelecendo, 
assim, uma formação fl exível e modularizada.
Essa formação fl exível tornará possível a você, aluno do sistema, voltar e dar continuidade 
à sua educação, criando seu próprio percurso. Além de toda a infraestrutura necessária ao seu 
desenvolvimento, você poderá contar com o apoio técnico-pedagógico da equipe de educação 
dessa escola do SENAI para orientá-lo em seu trajeto.
Mais do que formar um profi ssional, estamos buscando formar cidadãos.
Seja bem-vindo! 
Andréa Marinho de Souza Franco
Diretora de Educação
Sumário
1 
2
APRESENTAÇÃO ......................................................................................11
UMA PALAVRA INICIAL .............................................................................13
CLP: CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL ...........................................17
Modos de Operação ..................................................................................19
Inicialização do PLC ..................................................................................21
Metodologia de desenvolvimento de aplicações ..........................................22
Os endereços ...........................................................................................25
Especifi cação de Controladores Lógicos Programáveis ................................25
Redes de CLPs .........................................................................................28
Confi abilidade e Diagnósticos ....................................................................29
Algumas limitações de aplicações para CLPs ..............................................31
SISTEMAS DE SUPERVISÃO E CONTROLE .................................................33
Interface homem-máquina (IHM) ................................................................35
Sistemas de Supervisão ...........................................................................41
REDES INDUSTRIAIS ................................................................................43
Introdução ...............................................................................................45
Protocolo HART ........................................................................................46
Profi bus ...................................................................................................49
RS-485 ....................................................................................................56
Ethernet Industrial ....................................................................................58
MEIOS DE TRANSMISSÃO ........................................................................63
Hardware necessário para a rede ..............................................................65
Topologia de rede .....................................................................................70
3
4
INVERSOR DE FREQUÊNCIA .....................................................................73
Acionamento de motores elétricos .............................................................75
Acionamento de Corrente Contínua ............................................................75
Curva V/F ................................................................................................77
O Inversor por dentro ................................................................................80
Instalação do inversor ...............................................................................82
Os dez mandamentos da instalação do inversor de frequência ....................83
Parametrização .........................................................................................84
Dimensionamento ....................................................................................88
SOFT-STARTERS .......................................................................................91
Soft-Starters ............................................................................................93
Tipos de controle de Soft-Starters..............................................................95
Praticando: ...............................................................................................97REFERÊNCIAS .........................................................................................98
5
6
SENAI-RJ 11
Automação Industrial Avançada – Apresentação
Apresentação
SENAI-RJ 11
Os objetivo deste módulo é aprofundar e aplicar mais detalhadamente alguns assuntos já 
estudados no módulo de Automação Básica.
Você também estudará as principais interfaces de comunicação entre Sistemas de Super-
visão e o Controlador Lógico Programável.
Obviamente, devido à diversidade de equipamentos e softwares de automação existentes 
e dos inúmeros tipos e aplicações de sistemas de automação, o aprofundamento de todos os 
sistemas e técnicas deverão ser aprofundados no decorrer de sua vida profi ssional.
Bom estudo!
SENAI-RJ 13
Automação Industrial Avançada – Uma palavra inicial
Uma palavra inicial
SENAI-RJ 13
Meio ambiente...
Saúde e segurança no trabalho...
O que é que nós temos a ver com isso?
Antes de iniciarmos o estudo deste material, há dois pontos que merecem destaque: a 
relação entre o processo produtivo e o meio ambiente; e a questão da saúde e segurança no 
trabalho.
As indústrias e os negócios são a base da economia moderna. Produzem os bens e serviços 
necessários e dão acesso a emprego e renda; mas, para atender a essas necessidades, precisam 
usar recursos e matérias-primas. Os impactos no meio ambiente muito frequentemente de-
correm do tipo de indústria existente no local, do que ela produz e, principalmente, de como 
produz.
É preciso entender que todas as atividades humanas transformam o ambiente. Estamos 
sempre retirando materiais da natureza, transformando-os e depois jogando o que “sobra” de 
volta ao ambiente natural. Ao retirar do meio ambiente os materiais necessários para produzir 
bens, altera-se o equilíbrio dos ecossistemas e arrisca-se ao esgotamento de diversos recursos 
naturais que não são renováveis ou, quando o são, têm sua renovação prejudicada pela velo-
cidade da extração, superior à capacidade da natureza para se recompor. É necessário fazer 
planos de curto e longo prazo, para diminuir os impactos que o processo produtivo causa na 
natureza. Além disso, as indústrias precisam se preocupar com a recomposição da paisagem e 
ter em mente a saúde dos seus trabalhadores e da população que vive ao redor dessas indústrias. 
Com o crescimento da industrialização e a sua concentração em determinadas áreas, o 
problema da poluição aumentou e se intensifi cou. A questão da poluição do ar e da água é 
bastante complexa, pois as emissões poluentes se espalham de um ponto fi xo para uma grande 
região, dependendo dos ventos, do curso da água e das demais condições ambientais, tornando 
difícil localizar, com precisão, a origem do problema. No entanto, é importante repetir que, 
quando as indústrias depositam no solo os resíduos, quando lançam efl uentes sem tratamento 
em rios, lagoas e demais corpos hídricos, causam danos ao meio ambiente.
O uso indiscriminado dos recursos naturais e a contínua acumulação de lixo mostram a 
falha básica de nosso sistema produtivo: ele opera em linha reta. Extraem-se as matérias-primas 
através de processos de produção desperdiçadores e que produzem subprodutos tóxicos. 
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Automação Industrial Avançada – Uma palavra inicial
14 SENAI-RJ 
Fabricam-se produtos de utilidade limitada que, fi nalmente, viram lixo, o qual se acumula 
nos aterros. Produzir, consumir e dispensar bens desta forma, obviamente, não é sustentável.
Enquanto os resíduos naturais (que não podem, propriamente, ser chamados de “lixo”) são 
absorvidos e reaproveitados pela natureza, a maioria dos resíduos deixados pelas indústrias não 
tem aproveitamento para qualquer espécie de organismo vivo e, para alguns, pode até ser fatal. 
O meio ambiente pode absorver resíduos, redistribuí-los e transformá-los. Mas, da mesma forma 
que a Terra possui uma capacidade limitada de produzir recursos renováveis, sua capacidade 
de receber resíduos também é restrita, e a de receber resíduos tóxicos praticamente não existe.
Ganha força, atualmente, a ideia de que as empresas devem ter procedimentos éticos que 
considerem a preservação do ambiente como uma parte de sua missão. Isto quer dizer que se 
devem adotar práticas que incluam tal preocupação, introduzindo processos que reduzam o 
uso de matérias-primas e energia, diminuam os resíduos e impeçam a poluição.
Cada indústria tem suas próprias características. Mas já sabemos que a conservação de 
recursos é importante. Deve haver crescente preocupação com a qualidade, durabilidade, 
possibilidade de conserto e vida útil dos produtos. 
As empresas precisam não só continuar reduzindo a poluição, como também buscar novas 
formas de economizar energia, melhorar os efl uentes, reduzir a poluição, o lixo, o uso de ma-
térias-primas. Reciclar e conservar energia são atitudes essenciais no mundo contemporâneo.
É difícil ter uma visão única que seja útil para todas as empresas. Cada uma enfrenta de-
safi os diferentes e pode se benefi ciar de sua própria visão de futuro. Ao olhar para o futuro, nós 
(o público, as empresas, as cidades e as nações) podemos decidir quais alternativas são mais 
desejáveis e trabalhar com elas.
Infelizmente, tanto os indivíduos quanto as instituições só mudarão as suas práticas quan-
do acreditarem que seu novo comportamento lhes trará benefícios — sejam estes fi nanceiros, 
para sua reputação ou para sua segurança. 
A mudança nos hábitos não é uma coisa que possa ser imposta. Deve ser uma escolha 
de pessoas bem-informadas a favor de bens e serviços sustentáveis. A tarefa é criar condições 
que melhorem a capacidade de as pessoas escolherem, usarem e disporem de bens e serviços 
de forma sustentável.
Além dos impactos causados na natureza, diversos são os malefícios à saúde humana 
provocados pela poluição do ar, dos rios e mares, assim como são inerentes aos processos pro-
dutivos alguns riscos à saúde e segurança do trabalhador. Atualmente, acidente do trabalho é 
uma questão que preocupa os empregadores, empregados e governantes, e as consequências 
acabam afetando a todos.
De um lado, é necessário que os trabalhadores adotem um comportamento seguro no 
trabalho, usando os equipamentos de proteção individual e coletiva, de outro, cabe aos em-
pregadores prover a empresa com esses equipamentos, orientar quanto ao seu uso, fi scalizar 
as condições da cadeia produtiva e a adequação dos equipamentos de proteção.
A redução do número de acidentes só será possível à medida que cada um – trabalhador, 
patrão e governo – assuma, em todas as situações, atitudes preventivas, capazes de resguardar 
a segurança de todos.
Deve-se considerar, também, que cada indústria possui um sistema produtivo próprio, e, 
SENAI-RJ 15
Automação Industrial Avançada – Uma palavra inicial
SENAI-RJ 15
portanto, é necessário analisá-lo em sua especifi cidade, para determinar seu impacto sobre o 
meio ambiente, sobre a saúde e os riscos que o sistema oferece à segurança dos trabalhadores, 
propondo alternativas que melhorem as condições de vida para todos.
Da conscientização, partimos para a ação: cresce, cada vez mais, o número de países, em-
presas e indivíduos que, já estando conscientizados acerca dessas questões, vêm desenvolvendo 
ações que contribuem para proteger o meio ambiente e cuidar da nossa saúde. Mas, isso ainda 
não é sufi ciente... faz-se preciso ampliar tais ações, e a educação é um valioso recurso que pode 
e deve ser usado em tal direção. Assim, iniciamos este material conversando com você sobre o 
meio ambiente, saúde e segurança no trabalho, lembrando que, no seu exercício profi ssional 
diário, você deve agir de forma harmoniosa com o ambiente, zelando também pela segurança 
e saúde de todos no trabalho.
Tente responder à pergunta que inicia este texto: meio ambiente, a saúde e a segurança 
no trabalho– o que é que eu tenho a ver com isso? Depois, é partir para a ação. Cada um de 
nós é responsável. Vamos fazer a nossa parte?
1
Nesta seção...
CLP: Controlador 
Lógico Programável
Modos de operação
Inicialização do PLC
Metodologia de desenvolvimento de aplicações
Os endereços
Especifi cação de controladores lógicos programáveis
Redes de CLPs
Confi abilidade e Diagnósticos
Algumas limitações de aplicações para CLPs
SENAI-RJ 19
Automação Industrial Avançada – CLP: Controlador Lógico Programável
Modos de Operação
A Unidade Central de Processamento (CPU) é responsável pelo processamento do progra-
ma, isto é, coleta os dados dos cartões de entrada, efetua o processamento segundo o programa 
do usuário, armazena na memória, e envia o sinal para os cartões de saída como resposta ao 
processamento.
Geralmente, cada CLP tem uma CPU, que pode controlar vários pontos de E/S (entradas 
e saídas) fi sicamente compactadas ou não compactadas (modular).
Este processamento poderá ter estruturas diferentes para a execução de um programa, como:
 Processamento cíclico;
 Processamento por interrupção;
 Processamento comandado por tempo;
 Processamento por evento.
Processamento cíclico
É a forma mais comum de execução que predomina em todas as CPUs conhecidas, e de 
onde vem o conceito de varredura, ou seja, as instruções de programa contidas na memória são 
lidas uma após a outra sequencialmente do início ao fi m, daí retornando ao início ciclicamente.
Início
Fim
Figura 1
20 SENAI-RJ 
Automação Industrial Avançada – CLP: Controlador Lógico Programável
Processamento por interrupção
Certas ocorrências no processo controlado não podem, algumas vezes, aguardar o ciclo 
completo de execução do programa. Neste caso, ao reconhecer uma ocorrência deste tipo, a 
CPU interrompe o ciclo normal de programa e executa um outro programa chamado de rotina 
de interrupção.
Esta interrupção pode ocorrer a qualquer instante da execução do ciclo de programa. Ao 
fi nalizar esta situação, o programa voltará a ser executado do ponto onde ocorreu a interrupção.
Uma interrupção pode ser necessária, por exemplo, numa situação de emergência em que 
procedimentos referentes a esta situação devem ser adotados.
Início
Fim
Interrupção
Rotina de interrupção
Ciclo normal de programa
Processamento comandado por tempo
Da mesma forma que determinamos execuções não podem ser dependentes do ciclo 
normal de programa, algumas devem ser executadas a certos intervalos de tempo, às vezes 
muito curto, na ordem de 10ms.
Este tipo de processamento também pode ser encarado como um tipo de interrupção, 
porém ocorre a intervalos regulares de tempo dentro do ciclo normal de programa.
Processamento por evento
Este é processado em eventos específi cos, como no retorno de energia, falha na bateria e 
limite do tempo de supervisão do ciclo da CPU.
Figura 2
SENAI-RJ 21
Automação Industrial Avançada – CLP: Controlador Lógico Programável
Inicialização do PLC
No momento em que é ligado o CLP executa uma série de operações pré–programadas, 
gravadas em seu Programa Monitor:
 Verifi ca o funcionamento eletrônico da CPU, memórias e circuitos auxiliares;
 Verifi ca a confi guração interna e compara com os circuitos instalados;
 Verifi ca o estado das chaves principais (RUN / STOP, PROG etc.);
 Desativa todas as saídas;
 Verifi ca a existência de um programa de usuário; e
 Emite um aviso de erro caso algum dos itens acima falhe.
Verifi car Estado das Entradas
O CLP lê os estados de cada uma das entradas, verifi cando se alguma foi acionada. O 
processo de leitura recebe o nome de Ciclo de Varredura (Scan) e normalmente é de alguns 
microssegundos (scan time).
Transferir para a Memória
Após o Ciclo de Varredura, o CLP armazena os resultados obtidos em uma região de me-
mória chamada de Memória Imagem das Entradas e Saídas. Ela recebe este nome por ser um 
espelho do estado das entradas e saídas. Esta memória será consultada pelo CLP no decorrer 
do processamento do programa do usuário.
Comparar com o Programa do Usuário
O CLP ao executar o programa do usuário, após consultar a Memória Imagem das Entra-
das, atualiza o estado da Memória Imagem das Saídas, de acordo com as instruções defi nidas 
pelo usuário em seu programa.
22 SENAI-RJ 
Automação Industrial Avançada – CLP: Controlador Lógico Programável
Atualizar o Estado das Saídas
O CLP escreve o valor contido na Memória das Saídas, atualizando as interfaces ou mó-
dulos de saída. Inicia-se então, um novo ciclo de varredura.
Metodologia de desenvolvimento 
de aplicações
Existem diversas técnicas e métodos que foram criados para auxiliar o desenvolvimento 
de aplicações. Algumas delas podem ser perfeitamente aplicadas à programação em ladder. A 
seguir tem-se uma abordagem bem superfi cial sobre alguns conceitos e técnicas que poderão 
facilitar o desenvolvimento futuro de uma determinada aplicação.
Modularização
A modularização consiste na divi-
são do programa em sub-rotinas, cada 
uma com uma função específi ca. Desta 
forma fi ca mais fácil para quem analisa 
o programa entender e alterá-lo quando 
necessário. A outra grande vantagem 
de modularização é poder aproveitar 
mais facilmente rotinas de um progra-
ma para outro. Algumas rotinas como 
estatística e aquecimento são pratica-
mente idênticas em qualquer programa 
e podem ser adaptadas de forma fácil 
quando usadas como rotinas isoladas. 
A estrutura de sub-rotinas é montada 
utilizando-se das instruções CALL, RET 
e JMP.
Figura 3
SENAI-RJ 23
Automação Industrial Avançada – CLP: Controlador Lógico Programável
Estruturação
Um programa quando bem-montado é simples de ser analisado por qualquer pessoa, e 
um dos principais conceitos que contribuem para isso é a estruturação. Podemos chamar de 
estruturado um programa que não possui muitas instruções JMP, uma vez que elas causam 
desvios no programa difi cultando a sua análise; observe que a instrução CALL não provoca 
isso, visto que após a instrução RET a execução do programa continua a partir do ponto onde 
havia sido desviado.
Fluxogramas
Os fl uxogramas são uma das maneiras de se representar a lógica de um programa ou rotina. 
Eles consistem em blocos funcionais representando determinadas tarefas que quando ligados 
juntos formam a lógica do programa. Os principais blocos são:
Processo
Bloco que indica uma ação genérica, como ler uma entrada analógi-
ca, realizar uma operação aritmética. A fi gura é um bloco que representa 
um Processo.
Condição
É um bloco que representa uma condição a ser avaliada, se ela for 
verdadeira é executada uma lógica, se for falsa outra. A fi gura é um bloco 
que representa uma Condição.
Página
Indica que a lógica continua em outra página, usada quando não 
é possível colocar toda lógica numa única página. A fi gura é um bloco 
de Fim de Página.
Label
É um bloco usado para indicar o início e o fi m do programa ou início 
de uma nova página. A fi gura ao lado é um bloco de Label para Início 
de Programa ou Página.
Dessa forma, através de uma associação destes blocos básicos, 
temos como montar uma representação da lógica de nossa rotina.
Figura 4
Figura 5
Figura 6
Figura 7
24 SENAI-RJ 
Automação Industrial Avançada – CLP: Controlador Lógico Programável
Observe um exemplo
Uma esteira rolante transporta três 
peças de tamanhos diferentes. O tama-
nho dessas peças é determinado pelos 
sensores 1, 2, 3 e 4, de forma que quando 
a peça 1 é transportada o sensor 1 é atu-
ado e quando a peça 3 é transportada 
os 4 sensores são acionados. Para cada 
peça transportada o valor de uma saída 
analógica que controla a velocidade de 
um motor é diferente. Existe um último 
sensor, que quando acionado indica que 
a peçachegou ao fi m da esteira e ela deve 
ser desligada.
O fluxograma para este exemplo 
fi caria:
Diagrama de tempos e eventos
O diagrama de tempos e eventos é uma representação, num diagrama temporal das en-
tradas, sinais auxiliares e das respectivas saídas que eles geram. É como se pudéssemos fi lmar 
as saídas a cada instante e depois colocar este fi lme sobre uma folha de papel no qual analisa-
ríamos todos os seus valores a cada instante. A seguir, temos a representação do diagrama de 
tempos e eventos para o exemplo anterior.
Para montar o diagrama de tempos e eventos criamos linhas que representam cada uma das 
saídas de nosso processo, e então colocamos sobre esta linha as entradas e suas combinações 
e, também, indicamos o valor de cada saída. Os estados auxiliares são montados observando-
se as entradas e as saídas a cada instante. A seguir, temos uma representação para o exemplo 
anterior de um diagrama de tempos e eventos.
Figura 8
Figura 9
SENAI-RJ 25
Automação Industrial Avançada – CLP: Controlador Lógico Programável
Os endereços
O endereçamento das Entradas e Saídas
Num programa aplicativo do CLP é necessário que se tenha uma identifi cação correta e 
não ambígua de cada entrada e cada saída.
Embora não haja uma padronização defi nida para se identifi car cada “ponto” de E/S, a 
maneira que os vários fabricantes usam para “endereçar” cada ponto é praticamente uniforme. 
O primeiro caractere defi ne se o ponto é uma entrada ou uma saída. Isto é essencial para o pro-
grama saber se deve interrogar o estado (ligado ou desligado) da entrada, ou se deve comandar 
a atuação daquele ponto (ligar ou desligar).
Usualmente a letra “I” (de Input) designa uma entrada, enquanto a letra “O” (de output) 
designa uma saída. Alguns fabricantes alemães usam “Q” em vez de “O” e “E” em vez de I.
Especifi cação de Controladores 
Lógicos Programáveis
A especifi cação correta de controladores lógicos programáveis faz com que se obtenha a 
melhor relação custo/benefício do equipamento. Para isso, se faz necessário um prévio estudo 
do projeto para se alcançar um bom resultado. A seguir estão relacionados oito tópicos im-
portantes que se deve considerar na elaboração de um projeto quando está à procura do CLP 
para uma determinada aplicação.
Determine quando o seu sistema é novo ou já existente
O seu sistema será instalado 
desde o início ou existem 
produtos já instalados que 
seu novo sistema terá de ser 
compatível com estes?
Importância
Certamente existem produtos que não são compatíveis 
com todos os CLPs. Certifi que-se de que todos os produtos 
já existentes sejam compatíveis com o CLP que está 
procurando para que economize tempo e dinheiro.
26 SENAI-RJ 
Automação Industrial Avançada – CLP: Controlador Lógico Programável
 Defi na qualquer condição ambiental que irá afetar a sua aplicação:
Existem específi cas questões 
ambientais que irão afetar 
seu sistema (temperatura, 
ruídos, vibrações, códigos 
específi cos para sua 
facilidade etc.)
Importância
Certamente o meio ambiente pode afetar na operação de 
um CLP. Por exemplo, um típico CLP tem a sua faixa de 
temperatura de 0-60ºC. Se sua aplicação incluir qualquer 
condição ambiental externa, precisará encontrar produtos 
que satisfaçam tais condições, ou projetar uma instalação 
que reúna estas especifi cações.
 Determine quantos dispositivos analógicos e discretos sua 
aplicação terá
Quantos dispositivos discretos 
e analógicos o sistema terá? 
Quais tipos (AC, DC etc.) serão 
necessários?
Importância
O número e o tipo de dispositivos que seu sistema incluirá, 
é diretamente relacionado ao número de EIS que será 
necessário para seu sistema. Você precisará escolher um 
CLP que suporte a quantidade de EIS que serão utilizadas e 
tenham módulos que suportem os tipos de sinal utilizados.
 Determine quando o seu sistema irá utilizar qualquer caracte-
rística especial
Sua aplicação irá utilizar 
algum contador rápido ou 
posicionamento? Quanto a 
um clock em tempo real ou 
outra função especial?
Importância
Funções especiais não são necessariamente possíveis 
utilizando módulos de EIS padrões. Planejando 
primeiramente quando ou não sua aplicação irá requerer 
tais características, ajudará a determinar se você precisará 
adquirir os módulos especiais para o seu sistema.
 Determine o tipo da CPU que irá utilizar:
Quanta memória o seu 
sistema necessita? Quantos 
dispositivos o sistema terá 
(determina a memória de 
dados)? Qual o tamanho do 
programa e quantos tipos de 
instruções serão incluídos 
(determina a memória de 
programa)?
Importância 
A memória de dados se refere à quantidade de memória 
necessária para a manipulação de dados dinâmicos e 
de armazenamento do sistema. Por exemplo, 
contadores e temporizadores normalmente utilizam a 
memória de dados para armazenar os valores 
registrados e os valores correntes.
Em uma aplicação com um histórico da retenção de dados, 
como medidas dos valores dos dispositivos durante um longo 
espaço de tempo, os tamanhos da tabela de dados requerida 
vai depender de qual modelo de CPU você escolher.
SENAI-RJ 27
Automação Industrial Avançada – CLP: Controlador Lógico Programável
A memória de programa é a quantidade de memória 
necessária para armazenar a lista de instruções do programa 
que foram planejadas para a aplicação. Cada tipo de 
instrução requer uma quantidade de memória diferente, 
normalmente especifi cada no manual de programação do 
CLP. Mas a memória se tornou de algum modo barata e 
facilmente é feito um upgrade, se necessário.
 Determine onde as EIS estarão localizadas:
O seu sistema terá apenas 
EIS locais, ou ambas EIS 
locais e remotas?
Importância 
Se sua aplicação irá necessitar de elementos a uma longa 
distância da CPU, então você irá precisar de um modelo 
de CLP que suporte EIS remota. Você também terá de 
determinar se a distância e a velocidade suportada pelo CLP 
irão se adequar à sua aplicação.
 Determine os requisitos de comunicação:
O seu sistema terá de se 
comunicar com outra rede 
ou outro sistema?
Importância 
As portas de comunicação não são necessariamente 
incluídas com os CLPs. Sabendo, primeiramente, que seu 
sistema irá ou não comunicar com outro sistema, ajudará na 
escolha da CPU que suportará os requisitos de comunicação 
ou módulos adicionais de comunicação, se necessário.
 Determine os requisitos do programa:
O seu programa 
necessita apenas de 
funções tradicionais ou são 
necessárias funções especiais?
Importância 
Alguns CLPs não suportam todos os tipos de instruções. 
Você terá de escolher um CLP que suporte todas as 
instruções que necessite para uma aplicação específi ca. 
Por exemplo, funções PID que são muito fáceis de usar, 
escrevendo o seu próprio código para realizar controles de 
processo de ciclo fechado.
28 SENAI-RJ 
Automação Industrial Avançada – CLP: Controlador Lógico Programável
Redes de CLPs
Uma rede entre CLPs tem como objetivo o intercâmbio de informações, possibilitando, 
por exemplo, que um sistema supervisório tenha acesso a praticamente todas as informações 
presentes nos equipamentos do “chão de fábrica”, ou então que se consiga distribuir o hardwa-
re de controle, facilitando assim sua instalação diminuindo bastante o volume da cablagem.
Os softwares de supervisão de processos, também chamados supervisórios, são programas 
executados num computador e se comunicam com o CLP por uma porta serial, trocando infor-
mações, permitindo uma visualização gráfi ca do processo. Os supervisórios também permitem 
que se criem relatórios impressos e gráfi cos que mostram o comportamento do sistema. Cada 
ponto de conexão entre o supervisório e o controlador é chamado de “tag”, ou seja, um super-
visório com 50 “tags” permite que se tenha 50 variáveis do controlador sendomonitoradas.
Os supervisórios permitem que se confi gurem as telas com uma visualização gráfi ca do 
processo e funcionam normalmente em três modos:
 Confi gurador: modo em que é possível a defi nição das telas, endereços a serem monito-
rados, gráfi cos, relatórios. Alguns fabricantes exigem a utilização de hardkey (dispositivo 
de proteção) para funcionar.
 Runtime: modo de execução da aplicação desenvolvida no modo confi gurador, não 
permite a edição dos parâmetros e necessita de um hardkey (dispositivo de proteção) 
para funcionar.
 Demo: modo limitado que permite normalmente alguns minutos de comunicação com 
o CLP, na maioria das vezes limitando também o número de tags que se pode utilizar.
O CLP e as comunicações
Os CLPs necessitam se comunicar “internamente”, entre módulos de entrada/saída e a 
CPU, com unidades de programação e outros “acessórios”, bem como “externamente” com 
outros equipamentos microprocessados, como outros CLPs, SDCDs1, microcomputadores de 
interface homem-máquina, instrumentos autônomos microprocessados como analisadores 
industriais de variáveis de processo e de laboratório, instrumentação em Fieldbus etc.
1SDCD (Sistema Digital de Controle Distribuído) – É um sistema de controle industrial microprocessado.
SENAI-RJ 29
Automação Industrial Avançada – CLP: Controlador Lógico Programável
 Comunicação Interna
Quanto à comunicação interna, os CLPs em geral têm duas classes de “portas” diferentes 
de acesso. Existe a comunicação com estruturas de entrada e saídas “locais”, geralmente em 
baixa velocidade e para distâncias da ordem de até 10 metros, e para estruturas remotas, em 
maior velocidade, com opções tipo cabo coaxial ou fi bra óptica, e distâncias de até um a três 
quilômetros. Alguns fabricantes incluem estas portas de comunicação como padrão na sua 
própria CPU, outros fornecem como módulos acessórios opcionais para interligação à CPU, ou 
“resi-dentes fi sicamente” nas estruturas de E/S. Às vezes, por questões de carregamento e/ou 
confi guração da comunicação com as entradas e saídas, é preciso usar comunicação remota, 
mesmo com as estruturas de E/S instaladas localmente.
 Comunicação Externa
Quanto à comunicação externa, quase todos os CLPs apresentam pelo menos uma opção de 
via de dados “proprietária” que permite interligar muitas CPUs do mesmo fabricante. Há fabri-
cantes que têm opção para mais de um tipo de via “proprietária” com características diferentes 
e até para atender a gerações diferentes de equipamentos, ou CPUs de diferentes portes. Há 
fabricantes de CLPs que têm uma grande quantidade de opções para comunicações, incluindo-
se aí módulos “encaixáveis” nas estruturas de E/S, módulos para instalação autônoma, modems 
e gateways confi guráveis para comunicação com diferentes tipos de SDCDs, computadores, e 
interligação das vias de dados de diferentes gerações de CLPs do mesmo fabricante, conversão 
de protocolos de comunicação os mais variados, em várias velocidades, com diferentes caracte-
rísticas de delimitação de tempo de resposta, de diagnóstico etc.
Há, ainda, CLPs que incluem em sua estrutura módulos opcionais de comunicação 
com instrumentação Fieldbus2 compatíveis com a Fieldbus Foundation, e CLPs que fazem o 
mesmo em relação ao Profi bus3. O que normalmente não se encontra são formas simples e 
efi cientes de se estabelecer comunicação entre CLPs de diferentes fabricantes.
Confi abilidade e Diagnósticos
Nos sistemas tradicionais a relés, uma falha de um relé afetava uma parte da lógica e uma 
parte, geralmente pequena, das saídas do sistema.
2 Fieldbus – É um sistema de comunicação bidirecional, totalmente digital, serial, que interconecta 
equipamento de medição e controle, como sensores, atuadores e controladores.
3 Profi bus – É um padrão aberto de rede de comunicação industrial, utilizado em um amplo espectro de 
aplicações em automação da manufatura e de processos.
30 SENAI-RJ 
Automação Industrial Avançada – CLP: Controlador Lógico Programável
Uma falha em um CLP pode causar uma parada total descontrolada. Há muitos processos 
em que a parada de um equipamento exige uma série de providências para evitar acidentes. 
Por exemplo, a parada de um reator, sem a ativação de uma refrigeração auxiliar, pode causar 
um sobreaquecimento que resulte em acidente.
Assim, em muitos casos, uma parada não controlada, como acontece em falhas gerais de 
um CLP, pode trazer riscos adicionais. Além disso, relés falham de modo conhecido. Uma falha 
de relé será tipicamente a desenergização inesperada (comumente pela queima da bobina ou 
um mau contato), enquanto a falha de uma entrada ou saída de um CLP pode ser tanto na con-
dição energizada como desenergizada. É importante que as falhas de CLPs sejam detectadas 
e que uma sequência de desligamento programado possa ser efetuada em processos em que 
esta condição seja crítica.
Técnicas de Diagnóstico nos CLPs
A maioria dos fabricantes de CLP inclui diagnósticos bem mais poderosos em suas CPUs 
do que normalmente se encontram em microcomputadores de arquitetura aberta. A seguir, 
algumas técnicas de diagnósticos empregadas:
 Temporizador Cão de Guarda (Watch-dog timer)
Este dispositivo verifi ca se a varredura do CLP não se interrompeu. Ele consta de um 
temporizador hard wired, isto é, feito com componentes discretos, não programáveis, e não 
dependente da CPU, e de uma instrução inserida pelo fabricante do CLP a ser executada após 
a última linha do programa do usuário. Imagine um temporizador, cuja função é interromper o 
funcionamento da CPU e desligar todas as saídas do CLP. A tal instrução, inserida pelo fabrican-
te, faz simplesmente com que o tempo de ajuste do temporizador volte ao início sempre que o 
programa do usuário passe pelo fi nal e retome do início. O temporizador, assim, enquanto tudo 
correr bem, jamais deve chegar ao fi nal de seu ciclo e executar a parada do CLP. Desse modo, 
em um ciclo normal, enquanto o programa é executado, o tempo contado pelo temporizador 
se escoa, porém, antes que acabe, quando o programa chega ao fi m, e volta para reiniciar da 
primeira linha, o tempo decorrido é recomeçado, e o temporizador nunca chega a disparar 
sua saída. Se, por algum motivo, a varredura for interrompida, ou o programa executar saltos 
(jumps) que o impeçam de passar pela última instrução, o tempo ajustado no temporizador 
cão de guarda se esgotará, e este desligará o CLP.
 Verifi cação de Paridade
Acrescentam-se bits de paridade a cada palavra. Se alguma palavra aparecer sem a pari-
dade correta, isto indica que ela foi corrompida, seja por uma falha de um bit de memória, ou 
erro no programa.
SENAI-RJ 31
Automação Industrial Avançada – CLP: Controlador Lógico Programável
 Soma de Verifi cação
Faz-se a paridade cruzada para cada palavra (linha de instrução, programa ou dados) e 
para cada coluna de palavras. A detecção de erros por soma de verifi cação é bem mais efi ciente 
do que por paridade. Além disso, a soma detecta qual o bit que está errado, e assim permite 
corrigir alguns erros, sem que se precise recuperar a palavra original.
Algumas limitações de aplicações 
para CLPs
Na medida em que o uso dos CLPs se difunde, os clientes pressionam os fabricantes para 
aumentar a habilitação dos CLPs e melhorar sua performance. Assim, para certos tipos de 
controle, como em bateladas e alguns controles lógicos sequenciais, onde se exige que certas 
variáveis analógicas (nível, temperatura, pressão, tipicamente) possam ter seus valores altera-
dos ao longo do tempo ou em função de alguns eventos ou fases da produção, conforme pro-
gramado, e então seria muito conveniente ter estas variáveis controladas pelo CLP. Na época 
do controle por relés, estas variáveis só podiam ser controladas por controladores analógicos 
dedicados. Os CLPs responderam a estas demandas incluindo o algoritmo decontrole PID, e 
modifi cando sua arquitetura interna de forma a poderem dar conta de executarem este con-
trole analógico mantendo uma performance (e um tempo de resposta) ainda aceitável para 
as variáveis discretas. Uma das maneiras de controlar estas variáveis analógicas é através dos 
chamados módulos de controle PID inteligentes, em que o controle PID é efetuado em uma 
CPU contida no mesmo módulo que funciona como entrada/saída analógica, aliviando assim 
a CPU principal do CLP da sobrecarga que tal controle lhe imporia. Algumas aplicações espe-
cífi cas ainda impõem ao CLP um regime de trabalho bastante pesado e às vezes impossível de 
suportar. Uma das limitações é a velocidade da CPU, que embora seja atualmente bastante 
elevada, não permite, por exemplo, uma resposta sufi cientemente rápida.
Deve-se, também, lembrar que os CLPs não são computadores de uso geral e, portanto, 
sua capacidade de computação é bem mais limitada, assim como sua memória, e fazê-los 
executar algoritmos matemáticos pesados, como, por exemplo, a otimização do controle de 
processo, pode sobrecarregá-los a ponto de tornar o controle inviável ou antieconômico. É 
melhor usar um micro para “os cálculos” e associá-lo ao CLP que, então, executa realmente o 
controle. Pelos mesmos motivos, se a aplicação exigir uma aquisição de dados elevada, é me-
lhor passar os dados do CLP ao micro, onde pode residir até uma planilha eletrônica completa, 
capaz de “digerir” a massa de dados e calcular os valores de que o usuário precisa já formatado 
adequadamente para sua aquisição.
2
Nesta seção...
Sistemas de supervisão 
e controle
Interface homem-máquina (IHM)
Sistemas de Supervisão
SENAI-RJ 35
Automação Industrial Avançada – Sistemas de Supervisão e Controle
Interface homem-máquina (IHM)
Um sistema de supervisão e controle é um conjunto defi nido por estações de operação, 
que são representadas por microcomputadores, instrumentos de aquisição e/ou controle e 
um software de supervisão.
Tem como funções não só fornecer informações sobre o processo de forma numérica e 
gráfi ca, mas também iniciar e interromper os vários processos e, ainda armazenar as ocorrên-
cias geradas pelos equipamentos e pelo operador, emitir relatórios, realizar cálculos, controle 
estatístico, entre outras funções.
Este equipamento é de suma importância em uma automação, pois é através da IHM que 
o operador pode interagir com a máquina ou processo.
Em uma máquina ou processo muitas vezes se faz necessário que o operador intervenha 
no processo ou na sequência de operação da máquina, ou então que o operador simplesmente 
visualize informações e tome atitudes no processo.
Para esse fi m são utilizados vários equipamentos, entre os quais podemos citar:
 Quadro sinótico;
 IHM (Interface Homem-Máquina); e
 Software de supervisão, também chamado Software Supervisório.
Ao propósito a que se destina, todos os equipamentos mencionados são Interfaces Homem-
-Máquina, pois em todos existe uma interação entre o operador (homem) e a máquina, porém 
essa denominação tornou-se mais conhecida aos equipamentos que abordaremos.
Em poucas palavras, uma IHM é um hardware industrial composto normalmente por 
uma tela de cristal líquido e um conjunto de teclas para navegação ou inserção de dados que 
se utiliza de um software proprietário para a sua programação.
Há várias utilizações para uma IHM, em que os operadores empregam IHMs para interagir 
com uma linha de fabricação qualquer.
Um exemplo da utilização das IHMs são nas máquinas operatrizes.
36 SENAI-RJ 
Automação Industrial Avançada – Sistemas de Supervisão e Controle
Tipos de IHMs
Há diversos fornecedores de IHM em nosso mercado, e a maioria é constituída por fabri-
cantes estrangeiros, oriundos de países como Alemanha, Estados Unidos e França.
A maioria dos fornecedores possui uma ou várias famílias de IHM e cada uma delas tem 
suas características e particularidades. Porém, entre os fornecedores, exceto alguns casos es-
peciais, todas possuem similaridades.
Existem IHMs que somente possibilitam a visualização de textos e outros modelos que 
possuem recursos gráfi cos para o desenho das telas da máquina, geração de gráfi cos, entre 
outras funções.
Especifi cando uma IHM
Em uma aplicação onde exista a necessidade de uma IHM, temos de pensar em qual deverá 
ser o grau de recursos que estamos fornecendo ao operador.
Algumas perguntas são básicas:
 Visualização somente de texto ou será necessário o uso de 
gráfi cos?
IHMs que apresentam somente textos costumam ser bem mais baratas que as gráfi cas; 
pondere, portanto, se realmente a gráfi ca é necessária.
 E se for gráfi ca, qual a resolução do display?
A resolução é um fator importante a ser considerado quando pensamos no gráfi co que 
iremos reproduzir e até mesmo para os desenhos que faremos.
 A IHM deve ser grande ou pequena?
Quem irá determinar o tamanho é o display, se este for grande (normalmente telas gráfi cas) 
ou pequeno (normalmente textos).
 O display deve ser colorido ou pode ser monocromático?
Essa questão vai um pouco da beleza da aplicação, apesar de que existem casos onde uma 
tela colorida faz falta, por exemplo, onde temos gráfi cos com mais de uma variável e desejamos 
distingui-las utilizando cores diferentes.
SENAI-RJ 37
Automação Industrial Avançada – Sistemas de Supervisão e Controle
 Touch-screen?
Touch-Screen é um recurso que algumas IHMs possuem e que consistem no fato de o ope-
rador interagir com a IHM tocando diretamente na tela, dispensando o teclado convencional 
de uma IHM. Essa função é a mesma que as utilizadas em caixas eletrônicos.
 Quantas teclas de funções serão necessárias?
As teclas de funções são destinadas para a navegação, para alteração de valores de variáveis 
e para algumas funções específi cas de cada IHM. Normalmente, o número de teclas de funções 
é defi nido de acordo com o tamanho do display.
 Como a IHM irá se comunicar com o CLP?
Este é um ponto importante, pois nem todas as IHMs trocam dados com todos os CLPs e com as 
redes Fieldbus. É fundamental observar também o protocolo elétrico do CLP, se é RS-232, RS-485 ou TTY.
 Comunicação direta? Qual o protocolo do CLP? Fieldbus? Qual?
CLP incorporado? É a ideal onde temos máquinas e necessitamos baratear a aplicação, 
além de contribuir também com uma redução do espaço no painel.
 É necessário o uso do teclado alfanumérico para a inserção de textos?
Muitas vezes em uma aplicação o operador precisa entrar com dados para o processo, 
e em uma IHM isso só é possível se houver um teclado para a inserção dos dados (se a 
IHM não for Touch-Screen). Caso não seja imprescindível a inserção dos dados pelo ope-
rador, a IHM não precisará ter um teclado. Existem vários modelos de IHM sem o teclado 
e normalmente elas têm o custo menor do que as outras.
 Poderá ser conectada uma impressora na IHM?
Em algumas aplicações há impressoras ligadas às IHM, e existem dois motivos para isto:
 Relatórios de alarmes;
 Relatórios de processo.
As impressoras a serem ligadas nas IHMs devem ter uma porta de comunicação serial RS-
232 para esse fi m, além de admitir uma programação em código ASCII dos seus parâmetros.
 A IHM exigirá quais recursos de software?
Todas as IHMs têm algumas funções básicas porém nem todas possuem algumas funções 
mais específi cas como, por exemplo:
 Gerenciamento de alarmes;
 Realização de bargraphs;e
 Criação de receitas.
38 SENAI-RJ 
Automação Industrial Avançada – Sistemas de Supervisão e Controle
 Quando não utilizar uma IHM?
Apesar de a IHM ser um componente fundamental em uma aplicação, ele se revela limi-
tado em alguns recursos quando comparado com um software supervisório. Por exemplo, os 
recursos matemáticos de uma IHM são muito restritos e, em alguns casos, somenteé possível 
a normalização de variáveis (equação do primeiro grau). Em um software supervisório a co-
municação com o mundo exterior torna-se muito mais simples pelo fato de ser em plataforma 
Windows. Entretanto, como tudo tem seu custo, um software supervisório é um programa 
caro, que precisa de uma base operacional que é o Windows (já existe para Linux também) e 
um computador, de preferência padrão industrial. Esse conjunto acaba saindo muito caro. Por 
esse motivo, a IHM ainda é a preferência na maioria das aplicações.
Meios de comunicação da IHM
Geralmente, existem quatro meios de comunicação entre a IHM e o controlador do sistema 
(na maioria dos casos um CLP):
 Comunicação direta com o CLP
Este tipo de comunicação é o mais utilizado, tendo em vista que o nosso maior mercado 
ainda é o CLP, empregando a fi losofi a de centralização de sistema. Essa comunicação depen-
de exclusivamente do protocolo de comunicação e do protocolo elétrico usado pelo CLP. Se o 
protocolo elétrico do CLP for RS-232, a IHM precisará ter uma porta de comunicação em RS-
232. Os protocolos elétricos mais comuns são: RS-232, RS-485 e TTY, porém também temos 
de levar em consideração o protocolo de comunicação. Assim, tomemos o seguinte exemplo: 
O CLP da Rockwell SLC500 tem em sua porta de comunicação o protocolo elétrico RS-232 e o 
protocolo de comunicação DF1. Por isso, a IHM tem de ter uma porta RS-232 e possuir em sua 
“biblioteca” de protocolos de comunicação o protocolo DF1.
Normalmente, as IHMs têm uma biblioteca de protocolos de comunicação disponível no 
seu software de programação, e ao fazer o programa da IHM é necessário escolher o protocolo 
adequado para o CLP através do qual queremos comunicar, mas para isso é imprescindível ter 
o protocolo disponível, é claro! E, caso não exista o protocolo disponível, o que fazer? Quase 
nada, pois imaginem a seguinte situação: Uma empresa americana (Rockwell) desenvolveu 
um protocolo chamado DF1, e para qualquer outro fabricante de equipamentos que quiser 
realizar uma troca de dados com o CLP em questão, este terá de desenvolver um “Driver” de 
comunicação entre o protocolo DF1 e o protocolo de comunicação da própria IHM. Dependen-
do do volume de vendas envolvido nessa aplicação, ou outros fatores comerciais, justifi ca-se 
o tempo e o gasto para o desenvolvimento do Driver; caso contrário, não se justifi ca. Isso tudo 
com um detalhe, o fabricante do CLP tem de disponibilizar a documentação do protocolo, que 
denomina-se “Protocolo Aberto”.
Veja na fi gura uma comunicação direta entre uma IHM e um CLP.
SENAI-RJ 39
Automação Industrial Avançada – Sistemas de Supervisão e Controle
Comunicação em rede de chão de fábrica (Fieldbus)
Cada vez mais o Fieldbus está se expandindo no nosso mercado. Com isso os equipamen-
tos utilizados em uma automação também tendem a se comunicar em uma rede de chão de 
fábrica. As principais redes do mercado para manufatura são: Interbus, Profi bus-DP, Device-Net. 
Para uma IHM se comunicar com a maioria dessas redes, os clientes escolhem em qual 
rede estas serão instaladas com a utilização de placas adicionais para cada rede. 
A fi gura abaixo mostra a utilização de uma IHM em rede Fieldbus, tendo como elemento 
controlador uma placa-mestre conectada a um bastidor de um CLP.
Figura 1
Figura 2
40 SENAI-RJ 
Automação Industrial Avançada – Sistemas de Supervisão e Controle
Comunicação em um nível superior de uma rede Fieldbus
Existe, também, a possibilidade da comunicação de uma IHM no nível chamado “Cell 
Level” em um sistema de automação. Para esse tipo de comunicação utilizam-se redes com 
características de grande capacidade de troca de dados.
Nesse modo de aplicação, a IHM entra como um dos mestres da rede Fieldbus, podendo, 
com isso, efetuar uma maior troca de dados em um tempo satisfatório para esse nível de rede, 
além de conseguir programá-las diretamente pela rede.
Para efetuar a comunicação, valem as mesmas regras já citadas, isto é, precisa-se de 
hardware adicional para a comunicação com a rede Fieldbus.
IHM com EIS ou Redes Fieldbus incorporadas
Para uma pequena aplicação: uma máquina, por exemplo, existem IHMs que possuem 
também a função de um CLP – um CLP incorporado na IHM. Com esse recurso obtemos as 
seguintes vantagens:
 Redução de espaço no painel;
 Diminuição do número de fi os e cabos na instalação;
 Comunicação entre o CLP e a IHM bem mais rápidos do que o modelo tradicional; e
 Redução de custos.
Figura 3
SENAI-RJ 41
Automação Industrial Avançada – Sistemas de Supervisão e Controle
Há dois métodos de IHM com CLP incorporado: somente “IHM e CLP” e “IHM, CLP e 
Fieldbus”. Quando usamos CLP e IHM temos um sistema centralizado em que as EIS estão no 
corpo do equipamento.
E ao utilizarmos o IHM, CLP e Fieldbus podem ter, além das EIS incorporados, EIS remo-
tos, obtendo com isso um sistema totalmente distribuído. Observe a ilustração de como seria 
uma IHM, CLP e Fieldbus.
Sistemas de Supervisão
Devemos entender como controle supervisório a função de monitoração somada à capa-
cidade dos operadores alterarem os set points e outras variáveis de processo através do micro-
computador, como ligar/desligar bombas, abrir/fechar válvulas, gerar relatórios de alarmes e 
históricos etc. A função de controle representa a capacidade de realizar algoritmos de controle, 
controlando processos industriais.
Figura 4
42 SENAI-RJ 
Automação Industrial Avançada – Sistemas de Supervisão e Controle
Principais partes dos aplicativos de um software de 
supervisão
Um sistema de supervisão é composto de vários aplicativos:
 Base de dados
A parte central do software de supervisão é a base de dados, em que são defi nidas todas as 
variáveis que serão utilizadas no software de supervisão, fi cando esta com função de concentrar 
e conectar todos os aplicativos disponíveis no software de supervisão.
 Telas de Sinóticos
As telas de sinóticos são desenhos gráfi cos que representam o processo a ser controlado, 
podendo assumir o formato de um desenho, fl uxograma, foto digitalizada ou imagem em 
tempo real. Os sinóticos podem receber características adicionais que possibilitem um melhor 
atendimento, como janelas para ligar e desligar dispositivos, faceplate de controlador etc.
As telas de sinótico podem, também, assumir vários formatos, sendo o desenvolvimento 
de telas muito particular para cada sistema e para cada confi gurador. Mesmo considerando a 
personalização algumas formatações são utilizadas.
 Drivers de comunicação
O driver de comunicação em um supervisório representa um software que faz a interface 
de comunicação entre o software de supervisão e o equipamento a ser conectado, ou seja, o 
driver compatibiliza a linguagem entre o supervisor e o equipamento a ser controlado.
O driver é necessário quando se conecta o software de supervisão a um equipamento 
digital, ou um outro software aplicativo.
 Tipos de estações
Um sistema de supervisão e controle pode ser estruturado para trabalhar com uma ou 
mais estações. Quando temos somente uma estação, é realizado por esta a aquisição de dados 
e a supervisão do processo.
Quando o sistema é composto de mais de uma estação, pode ser colocado também esta-
ções que fazem simplesmente a supervisão do processo, compartilhando, assim, o sistema de 
aquisição de dados.
3
Nesta seção...
Redes industriais
Introdução
Protocolo Hart
Profi bus
RS-485
Ethernet Industrial
SENAI-RJ 45
Automação Industrial Avançada – Redes Industriais
Introdução
A tecnologia da informação tem sido determinante no desenvolvimento da tecnologia da 
automação, alterou hierarquias e estruturas no ambiente dos escritórios e chega agora ao am-
biente industrial nos seus mais diversos setores, desde as indústrias de processo e manufatura 
até prédiose sistemas logísticos. A capacidade de comunicação entre dispositivos e o uso de 
mecanismos padronizados, abertos e transparentes são componentes indispensáveis do conceito 
de automação de hoje. A comunicação vem se expandindo rapidamente no sentido horizontal 
nos níveis inferiores (fi eld level), assim como no sentido vertical integrando todos os níveis 
hierárquicos. De acordo com as características da aplicação e do custo máximo a ser atingido, 
uma combinação gradual de diferentes sistemas de comunicação, como: Ethernet, PROFIBUS 
e AS-Interface oferecem as condições ideais de redes abertas em processos industriais.
No nível de atuadores/sensores o AS-Interface é o sistema de comunicação de dados ideal, 
pois os sinais binários de dados são transmitidos via um barramento extremamente simples e 
de baixo custo, bem como a energia (24Vdc) necessária para alimentar estes mesmos sensores 
e atuadores. Outra característica importante é que os dados são transmitidos ciclicamente, de 
uma maneira extremamente efi ciente e rápida.
No nível de campo, a periferia distribuída, como módulos de E/S, transdutores, aciona-
mentos (drives), válvulas e painéis de operação, comunicam-se com sistemas de automação 
via um efi ciente sistema de comunicação em tempo real, o PROFIBUS DP ou PA. A transmissão 
de dados do processo é efetuada ciclicamente, enquanto alarmes, parâmetros e diagnósticos 
são transmitidos aciclicamente, somente quando necessário.
No nível de célula, os controladores programáveis, como CLPs e PCs comunicam-se uns 
com os outros, o que requer grandes pacotes de dados e um grande número de funções po-
derosas de comunicação. Além disto uma integração efi ciente aos sistemas de comunicação 
corporativos existentes, como Intranet, Internet e Ethernet é um requisito absolutamente 
mandatório, o que o PROFIBUS FMS e o PROFINet podem suprir.
A revolução das redes industriais na tecnologia da automação está revelando um enorme 
potencial na otimização de sistemas de processo e tem feito uma importante contribuição na 
direção da melhoria no uso de recursos. As informações, a seguir, fornecerão uma explicação 
detalhada do PROFIBUS como um elo central no fl uxo de informações na automação. Veremos, 
também, a integração da tecnologia PROFIBUS com base em TCP/IP.
46 SENAI-RJ 
Automação Industrial Avançada – Redes Industriais
Protocolo HART
O protocolo de comunicação HART® é mundialmente reconhecido como um padrão da 
indústria para comunicação de instrumentos de campo inteligentes 4-20mA microprocessa-
dos. O uso dessa tecnologia vem crescendo rapidamente e hoje todos os maiores fabricantes 
de instrumentação mundiais oferecem produtos dotados de comunicação HART®.
O protocolo HART® permite a sobreposição do sinal de comunicação digital aos 
sinais analógicos de 4-20mA, sem interferência, na mesma fiação. O HART® proporciona 
alguns dos benefícios apontados pelo Fieldbus, mantendo ainda a compatibilidade com a 
instrumentação analógica e aproveitando o conhecimento já dominado sobre os sistemas 
4-20mA existentes.
Comunicação Analógica + Digital
Há vários anos, a comunicação de campo padrão usada pelos equipamentos de controle 
de processos tem sido o sinal analógico de corrente, o miliampére (mA). Na maioria das apli-
cações, esse sinal de corrente varia dentro da faixa de 4-20mA proporcionalmente à variável 
de processo representada. Quase todos os sistemas de controle de processos de plantas usam 
esse padrão internacional para transmitir a informação da variável de processo.
O protocolo de comunicação de campo HART® estende o padrão 4-20mA ao permitir 
também a medição de processos de forma mais inteligente que a instrumentação de contro-
le analógica, proporcionando um salto na evolução do controle de processos. O protocolo 
HART® promove, ainda, uma signifi cativa inovação na instrumentação de processos. As ca-
racterísticas dos instrumentos podem ser vistas via comunicação digital que são refl etidas na 
denominação do protocolo HART®, que signifi ca Highway Addressable Remote Transducer.
O Protocolo HART® possibilita, também, a comunicação digital bidirecional em ins-
trumentos de campo inteligentes sem interferir no sinal analógico de 4-20mA. Tanto o sinal 
analógico 4-20mA como o sinal digital de comunicação HART® podem ser transmitidos simul-
taneamente na mesma fi ação. A variável primária e a informação do sinal de controle podem 
ser transmitidos pelo 4-20mA, se desejado, enquanto as medições adicionais, parâmetros 
de processo, confi guração do instrumento, calibração e as informações de diagnóstico são 
disponibilizadas na mesma fi ação e ao mesmo tempo. Ao contrário das demais tecnologias 
de comunicação digitais “abertas” para instrumentação de processos, o HART® é compatível 
com os sistemas existentes.
SENAI-RJ 47
Automação Industrial Avançada – Redes Industriais
Comunicação Digital + Sinal Analógico Simultâneo 
A tecnologia HART®
O Protocolo HART® usa o padrão Bell 202, de chaveamento por deslocamentos de fre-
quência (FSK) para sobrepor os sinais de comunicação digital ao de 4-20mA. Por ser o sinal 
digital FSK simétrico em relação ao zero, não existe nível DC associado ao sinal e, portanto, ele 
não interfere no sinal de 4-20mA. A lógica “1” é representada por uma frequência de 1200Hz e 
a lógica “0” é representada por uma frequência de 2.200Hz.
O sinal HART® FSK possibilita a comunicação digital em duas vias, o que torna possí-
vel a transmissão e recepção de informações adicionais, além da normal que é a variável de 
processo em instrumentos de campo inteligentes. O protocolo HART® também se propaga a 
uma taxa de 1.200 bits por segundo, sem interromper o sinal 4-20mA e permite uma aplica-
ção tipo “mestre” possibilitando duas ou mais atualizações por segundo vindas de um único 
instrumento de campo.
+0.5mA
Sinal Analógico
-0.5mA
FSK freq: 1200Hz 2200Hz
Logical: “1” “0”
Sinal Digital
Sinal Analógico
Nota: Fora da escala.
20 mA
4 mA
Tempo
Figura 1
Figura 2
48 SENAI-RJ 
Automação Industrial Avançada – Redes Industriais
Flexibilidade de Aplicação
O HART® é um protocolo do tipo mestre/escravo, o que signifi ca que um instrumento de 
campo (escravo) somente “responde” quando “perguntado” por um mestre. Dois mestres (pri-
mário e secundário) podem se comunicar com um instrumento escravo em uma rede HART®. 
Os mestres secundários, como os terminais portáteis de confi guração, podem ser conectados 
normalmente em qualquer ponto da rede e se comunicar com os instrumentos de campo sem 
provocar distúrbios na comunicação com o mestre primário. Este é tipicamente um SDCD (Sis-
tema Digital de Controle Distribuído), um CLP (Controlador Lógico Programável), um controle 
central baseado em computador ou um sistema de monitoração.
Uma instalação típica com dois mestres é mostrada na fi gura a seguir. 
Sinal analógico + Comunicação digital
Confi guração remota e diagnóstico
2 atualizações
digitais/segundo
(Posicionador de válvulas etc)
HART
Interface
HART
+ 4–20mA
O Protocolo HART® pode ser usado de diversas maneiras para trocar informações de/para 
instrumentos de campo inteligentes a controles centrais ou equipamentos de monitoração. 
A comunicação mestre/escravo digital simultânea com o sinal analógico de 4-20mA é a mais 
comum.
Este modo, como mostra a fi gura, permite que a informação digital proveniente do instru-
mento escravo seja atualizada duas vezes por segundo no mestre. O sinal de 4-20mA é contínuo 
e carrega a variável primária para controle.
Figura 3
SENAI-RJ 49
Automação Industrial Avançada – Redes Industriais
Profi bus
O PROFIBUS é um padrão aberto de rede de comunicação industrial, utilizado em um 
amplo espectro de aplicações em automação da manufatura e de processos. Sua total indepen-
dência de fabricantes e sua padronizaçãosão garantidas pelas normas EN50170 e EN50254. Com 
o PROFIBUS, dispositivos de diferentes fabricantes podem comunicar-se sem a necessidade 
de qualquer adaptação na interface.
O PROFIBUS pode ser usado tanto em aplicações com transmissão de dados em alta ve-
locidade como em tarefas complexas e extensas de comunicação.
Através de seu contínuo esforço de desenvolvimento tecnológico, o PROFIBUS é o sistema 
de comunicação industrial mais bem-preparado para o futuro. A PROFIBUS oferece diferentes 
protocolos de comunicação (Communication Profi le): DP e FMS.
De acordo com a aplicação, pode-se utilizar como meio de transmissão (Physical Profi le) 
qualquer um dos seguintes padrões: RS-485, IEC 61158-2 ou fi bra óptica.
O Perfi l da Aplicação (Aplication Profi le) defi ne as opções do protocolo e da tecnologia de 
transmissão requerida nas respectivas áreas de aplicação e para os vários tipos de dispositivos. 
Estes perfi s também defi nem o comportamento do dispositivo.
Características Básicas
O PROFIBUS especifi ca as características técnicas e funcionais de um sistema de comu-
nicação industrial, através de quais dispositivos digitais podem se interconectar, desde o nível 
de campo até o nível de células.
O PROFIBUS é um sistema multimestre e permite a operação conjunta de diversos sistemas 
de automação, engenharia ou visualização, com seus respectivos dispositivos periféricos (por 
exemplo EIS). O PROFIBUS diferencia seus dispositivos entre mestres e escravos.
Dispositivos mestres determinam a comunicação de dados no barramento. Um mestre 
pode enviar mensagens, sem uma requisição externa, sempre que possuir o direito de acesso 
ao barramento (o token).
Os mestres também são chamados de estações ativas no protocolo PROFIBUS.
Os dispositivos escravos são dispositivos remotos (de periferia), como módulos de EIS, 
válvulas, acionamentos de velocidade variável e transdutores. Eles não têm direito de acesso 
ao barramento e só podem enviar mensagens ao mestre ou reconhecer mensagens recebidas 
quando solicitados. Os escravos também são chamados estações passivas. Já que para executar 
estas funções de comunicação somente uma pequena parte do protocolo se faz necessária, sua 
implementação é particularmente econômica.
50 SENAI-RJ 
Automação Industrial Avançada – Redes Industriais
Perfi l de comunicação
PROFIBUS-DP – Periferia Descentralizada (Decentralized Periphery)
O DP é o perfi l mais frequentemente utilizado. Otimizado para alta velocidade e conexão 
de baixo custo, foi projetado especialmente para a comunicação entre sistemas de controle 
de automação e suas respectivas EIS distribuídos no nível de dispositivo. O PROFIBUS-DP 
pode ser usado para substituir a transmissão de sinal em 24V em sistemas de automação de 
manufatura, assim como para a transmissão de sinais de 4 a 20mA ou HART em sistemas de 
automação de processo.
PROFIBUS-FMS (Fieldbus Message Specifi cation)
O PROFIBUS-FMS é o perfi l de comunicação universal para tarefas de comunicação com-
plexas. FMS oferece muitas funções sofi sticadas de comunicação entre dispositivos inteligentes. 
No futuro, com o uso do TCP/IP no nível de célula, o FMS terá um papel menos signifi cativo.
Perfi l físico (Physical Profi le)
A aplicação de um sistema de comunicação industrial é amplamente infl uenciada pela 
escolha do meio de transmissão disponível. Assim sendo, aos requisitos de uso genérico, como 
alta confi abilidade de transmissão, grandes distâncias a serem cobertas e alta velocidade de trans-
missão, soma-se as exigências específi cas da área de automação de processos como operação 
em área classifi cada, transmissão de dados e alimentação no mesmo meio físico etc. Partindo-
-se do princípio de que não é possível atender a todos estes requisitos com um único meio de 
transmissão, existem atualmente três tipos físicos de comunicação disponíveis no PROFIBUS:
 RS-485 para uso universal, em especial em sistemas de automação da manufatura;
 IEC 61158-2 para aplicações em sistemas de automação em controle de processo;
 Fibra óptica para aplicações em sistemas que demandam grande imunidade a interfe-
rências e grandes distâncias.
Atualmente, estão sendo realizados desenvolvimentos para uso de componentes comer-
ciais de 10 e 100 Mbit/s como camada física para PROFIBUS.
Links e acopladores são disponíveis para acoplamento entre os vários meios de transmissão. 
Enquanto o termo Acoplador (Couplers) aplica-se a dispositivos que implementam o protocolo 
somente no que se refere ao meio físico de transmissão, o termo Link se aplica aos dispositivos 
inteligentes que oferecem maiores opções na operação entre sub-redes.
Perfi l de Aplicação (Application Profi le)
O perfi l de Aplicação descreve a interação do protocolo de comunicação com o meio de 
transmissão que está sendo utilizado, além de defi nir o comportamento do dispositivo durante 
SENAI-RJ 51
Automação Industrial Avançada – Redes Industriais
a comunicação. O mais importante perfi l de aplicação PROFIBUS é, atualmente, o perfi l PA, que 
defi ne os parâmetros e blocos de função para dispositivos de automação de processo, como 
transmissores, válvulas e posicionadores.
Existem ainda alguns outros perfi s disponíveis, como: Acionamentos (Drives), Interface 
Homem-Máquina e Encoders etc, os quais defi nem a comunicação e o comportamento destes 
equipamentos de uma maneira independente do fabricante.
 Protocolo de Acesso ao Meio PROFIBUS
Os perfi s de comunicação PROFIBUS (Communication Profi les) usam um protocolo 
uniforme de acesso ao meio. Este protocolo é implementado pela camada 2 do modelo de 
referência da OSI. Isto inclui também a segurança de dados e a manipulação do protocolos de 
transmissão e mensagens.
No PROFIBUS a camada 2 é chamada Fieldbus Data Link (FDL). O Controle de acesso ao 
meio (MAC) especifi ca o procedimento quando uma estação tem a permissão para transmitir 
dados. Este controle deve assegurar que uma única estação tem direito de transmitir dados 
em um determinado momento. O protocolo do PROFIBUS foi projetado para atender aos dois 
requisitos básicos do Controle de acesso ao meio:
 Durante a comunicação entre sistemas complexos de automação (mestres), deve ser 
assegurado que cada uma destas estações detém tempo sufi ciente para executar suas 
tarefas de comunicação dentro de um intervalo defi nido e preciso de tempo.
 Por outro lado, a transmissão cíclica de dados em tempo real deverá ser implementada 
tão rápida e simples quanto possível para a comunicação entre um controlador progra-
mável complexo e seus próprios dispositivos de EIS (escravos).
Portanto, o protocolo PROFIBUS de acesso ao barramento, como mostra a fi gura a seguir, 
inclui o procedimento de passagem do token, que é utilizado pelas estações ativas da rede 
(mestres) para comunicar-se uns com os outros, e o procedimento de mestre-escravo que é 
usado por estações ativas para se comunicarem com as estações passivas (escravos).
Figura 4 – Confi guração PROFIBUS com 3 estações ativas (mestres) e 7 estações passivas (escravas). 
Os 3 mestres formam um anel lógico de token.
52 SENAI-RJ 
Automação Industrial Avançada – Redes Industriais
O procedimento de passagem do token garante que o direito de acesso ao barramento (o 
token) é designado a cada mestre dentro de um intervalo preciso de tempo. A mensagem de 
token, um telegrama especial para passar direitos de acesso de um mestre ao próximo mes-
tre, deve ser distribuída no anel lógico de token pelo menos uma vez a todos mestres dentro 
de um intervalo de tempo máximo denominado tempo de rotação do Token. No PROFIBUS 
o procedimento de passagem de token somente é utilizado na comunicação entre estações 
ativas (mestres).
O procedimento mestre-escravo permite ao mestre, que no momento possui o token, 
acessar seus próprios escravos. O mestre pode enviarmensagens aos escravos ou, ainda, ler 
mensagens deles. Este método de acesso permite as seguintes confi gurações de sistema:
 sistema puro mestre-escravo
 sistema puro mestre-mestre (com passagem de token)
 uma combinação dos dois
A fi gura da página anterior mostra uma confi guração PROFIBUS com três estações ativas 
(mestres) e sete estações passivas (escravos). Os três mestres formam um anel lógico de token. 
No momento em que uma estação ativa recebe o telegrama de token passa a executar seu papel 
de mestre durante um determinado período de tempo. Durante este tempo, pode comunicar-
-se com todas as estações escravas num relacionamento de comunicação de mestre-escravo e 
com todas as estações mestres num relacionamento mestre-mestre de comunicação.
Um anel de token é a corrente organizacional de estações ativas que forma um anel lógico 
baseado em seus endereços de estação. Neste anel, o token (direito de acesso à rede) é passado 
de um mestre, ao próximo, numa ordem especifi cada (endereços crescentes).
Na fase de inicialização do sistema, a tarefa do controle de acesso (MAC) das estações ati-
vas é captar esta designação lógica e estabelecer o anel de token. Na fase operacional, estações 
ativas defeituosas ou fora de operação são removidas do anel e novas estações ativas podem 
ser adicionadas ao anel. Além disto, o controle de acesso assegura que o token seja passado 
de um mestre ao próximo em ordem crescente de endereços. O tempo de retenção do token 
por um mestre depende do tempo de rotação de token confi gurado. A detecção de defeitos no 
meio de transmissão ou no receptor, assim como a detecção de erros de endereçamento (por 
exemplo endereços duplicados) ou na passagem do token (por exemplo múltiplos ou tokens 
ou perda do token) são funções do Controle de acesso ao meio do PROFIBUS.
Outra tarefa importante de camada 2 é a segurança de dados. A camada 2 do PROFIBUS 
formata frames que asseguram a alta integridade de dados. Todos os telegramas têm Hamming 
Distance HD=4, alcançada através do uso de telegramas especiais delimitadores de início/fi m, 
bit de paridade e byte de check.
A camada 2 do PROFIBUS opera num modo denominado “sem conexão”. Além de trans-
missão de dados ponto a ponto, proporciona também comunicações do tipo multiponto 
(Broadcast e Multicast).
Comunicação Broadcast signifi ca que uma estação ativa envia uma mensagem sem con-
fi rmação a todas outras estações (mestres e escravos). Comunicação Multicast signifi ca que 
uma estação ativa envia uma mensagem sem confi rmação a um grupo de estações predeter-
minadas (mestres e escravos).
SENAI-RJ 53
Automação Industrial Avançada – Redes Industriais
Perfi l de Comunicação PA
O uso do PROFIBUS em dispositivos e aplicações típicas de automação e controle de 
processos é defi nido por perfi l PA. O perfi l pode ser obtido no documento número 3.042 da 
Associação PROFIBUS e é baseado no perfi l de comunicação DP e, dependendo do campo de 
aplicação, os meios de comunicação: IEC 61158-2, RS-485 ou fi bra óptica podem ser usadas. 
O perfi l PA defi ne os parâmetros dos dispositivos e o comportamento de dispositivos típicos, 
como: transmissores de variáveis, posicionadores etc. independente do fabricante, facilitando 
assim a intercambiabilidade do dispositivo e a total independência do fabricante. A descrição 
das funções e o comportamento dos dispositivos está baseado no internacionalmente reco-
nhecido modelo de Blocos Funcionais (Function Block Model). As defi nições e opções do perfi l 
de aplicação PA tornam o PROFIBUS um conveniente substituto para transmissão analógica 
com 4 a 20mA ou HART.
Figura 5 – Confi guração típica de um sistema em automação de processo
O PROFIBUS também permite medir e controlar em malha fechada processos industriais 
através de um único par de cabos, além de efetuar manutenção e conexão/desconexão de 
dispositivos durante a operação, até mesmo em áreas perigosas. O perfi l PROFIBUS-PA foi 
desenvolvido juntamente com os usuários da indústria de processos (NAMUR) e possui os 
seguintes requisitos especiais para trabalho nestas áreas de aplicação:
 processo e intercambiabilidade de dispositivos de campo entre diferentes fabricantes;
 inserção e remoção de estações (dispositivos), mesmo em áreas intrinsecamente seguras, 
sem infl uenciar outras estações;
 alimentação dos dispositivos tipo transmissores, executada via o próprio barramento, 
conforme o padrão IEC 61158-2; e
 possibilidade de uso em áreas potencialmente explosivas com proteções do tipo intrín-
seca (Eex ia/ib) ou encapsulada (Eex d).
54 SENAI-RJ 
Automação Industrial Avançada – Redes Industriais
Perfi l de comunicação DP
O PROFIBUS-DP foi projetado para comunicação de dados em alta velocidade no nível de 
dispositivo. Os controladores centrais (p. ex. PLCs/PCs) comunicam com seus dispositivos de cam-
po distribuídos: (EIS), acionamentos (drivers), válvulas etc., via um link serial de alta velocidade.
A maior parte desta comunicação de dados com os dispositivos distribuídos é feita de 
uma maneira cíclica.
As funções necessárias para estas comunicações são especifi cadas pelas funções básicas 
do PROFIBUS DP. Além da execução destas funções cíclicas, funções de comunicação não 
cíclicas estão disponíveis especialmente para dispositivos de campo inteligentes, permitindo 
assim confi guração, diagnóstico e manipulação de alarmes.
Funções básicas Profi bus-DP
O controlador central (mestre) lê ciclicamente a informação de entrada dos escravos e 
escreve também ciclicamente a informação de saída nos escravos. O tempo de ciclo do Profi bus 
é geralmente mais curto que o tempo de ciclo do programa do PLC, que em muitas aplicações 
é em torno de 10ms. Além da transmissão cíclica de dados de usuário, PROFIBUS-DP propor-
ciona funções poderosas de diagnóstico e confi guração.
A comunicação de dados é controlada por funções de monitoração tanto no mestre como 
no escravo. A tabela a seguir proporciona um resumo das funções básicas do PROFIBUS-DP.
Continua...
SENAI-RJ 55
Automação Industrial Avançada – Redes Industriais
Perfi l de comunicação FMS
O perfi l de comunicação FMS foi projetado para a comunicação no nível de células. Neste 
nível, controladores programáveis (CLPs ou PCs) comunicam-se uns com outros. Nesta área de 
aplicação, mais importante que um sistema com tempos de reação rápida é um sistema com 
uma diversidade grande de funções disponíveis.
A camada de aplicação do FMS é composta das seguintes partes:
 FMS: Fieldbus Message Specifi cation; e
 LLI: Lower Layer Interface
O modelo de comunicação PROFIBUS FMS possibilita que aplicações distribuídas sejam 
unifi cadas em um processo comum através do uso de relacionamentos de comunicação. A 
parte da aplicação situada no dispositivo de campo que pode ser acessada via comunicação é 
denominada de dispositivo virtual de campo (VFD – virtual fi eld device).
Todos os objetos de comunicação de um dispositivo FMS são registrados em um dicionário 
de objetos. O dicionário contém descrição, estrutura e tipo de dados, assim como a associação 
entre os endereços internos do dispositivo do objeto de comunicação e sua denominação no 
barramento (índice/nome).
Objetos de comunicação estática são registrados no dicionário de objetos estáticos. São 
confi gurados uma única vez e não podem ser modifi cados durante a operação. FMS reconhece 
cinco tipos de objetos de comunicação:
 variáveis simples;
 matriz (array): série de simples variáveis do mesmo tipo;
Tabela1: Funções básicas do PROFIBUS-DP
56 SENAI-RJ 
Automação Industrial Avançada – Redes Industriais
 registro (record): série de variáveis simples de diferentes tipos;
 domínio (domain);
 evento (event message).
Objetos de comunicação dinâmica são registrados na seção dinâmica do dicionário de 
objetos.Estes podem ser modifi cados durante a operação.
RS-485
O padrão RS-485 é a tecnologia de transmissão mais frequentemente encontrada no 
PROFIBUS. Sua aplicação inclui todas as áreas nas quais uma alta taxa de transmissão aliada a 
uma instalação simples e barata são necessárias. Neste caso, um par trançado de cobre blindado 
(shieldado) com um único par condutor é o sufi ciente.
A tecnologia de transmissão RS-485 é muito fácil de manusear. O uso de par trançado 
não requer nenhum conhecimento ou habilidade especial. A topologia, por sua vez, permite 
a adição e remoção de estações, bem como uma colocação em funcionamento do tipo passo 
a passo, sem afetar outras estações.
Expansões futuras, portanto, podem ser implementadas sem afetar as estações já em operação.
Taxas de transmissão entre 9.6 kbit/s e 12 Mbit/s podem ser selecionadas, porém uma 
única taxa de transmissão é selecionada para todos dispositivos no barramento, quando o 
sistema é inicializado.
Instruções de instalação para o RS-485
Todos os dispositivos são ligados a uma estrutura de tipo barramento linear. Até 32 es-
tações (mestres ou escravos) podem ser conectados a um único segmento. O barramento é 
terminado por um terminador ativo do barramento no início e fi m de cada segmento. Para 
assegurar uma operação livre de erros, ambas as terminações do barramento devem estar 
sempre ativas. Normalmente, estes terminadores encontram-se nos próprios conectores de 
barramento ou nos dispositivos de campo, acessíveis através de uma dip-switch. No caso em 
que mais que 32 estações necessitem ser conectadas ou, ainda quando a distância total entre 
as estações ultrapasse um determinado limite, devem ser utilizados repetidores (repeaters) 
para se interconectar diferentes segmentos do barramento.
SENAI-RJ 57
Automação Industrial Avançada – Redes Industriais
Conforme as tabelas abaixo, o comprimento máximo do cabo depende da velocidade de 
transmissão. As especifi cações de comprimento de cabo, são baseadas em cabo Tipo-A, com 
os seguintes parâmetros:
 Impedância: 135 a 165ohms
 Capacidade: < 30pf/m
 Resistência: 110ohms/km
 Medida do cabo: 0.64mm
 Área do condutor: > 0.34mm2
Tabela 2: Características básicas do RS-485
Os cabos PROFIBUS são oferecidos por vários fabricantes e uma característica particular 
é o sistema de conexão rápida.
Durante a instalação, observe atentamente a polaridade dos sinais de dados. O uso da 
blindagem é absolutamente essencial para se obter alta imunidade contra interferências ele-
tromagnéticas. A blindagem, por sua vez, deve ser conectada ao sistema de aterramento em 
ambos os lados através de bornes de aterramento adequados. Adicionalmente recomenda-se 
que os cabos de comunicação sejam mantidos separados dos cabos de alimentação. O uso de 
cabos de derivação deve ser evitado para taxas de transmissão acima de 1,5Mbits/s. Os conec-
tores disponíveis hoje no mercado permitem que o cabo do barramento entre/saia diretamente 
no conector, permitindo assim que um dispositivo seja conectado/desconectado da rede sem 
interromper a comunicação.
Nota-se que quando problemas ocorrem em uma rede PROFIBUS, cerca de 90% dos casos 
são provocados por incorreta ligação e/ou instalação. Estes problemas podem ser facilmente 
solucionados com o uso de equipamentos de teste, os quais detectam falhas nas conexões.
Mídia Cabo par trançado blindado. A blindagem pode ser omitida, dependendo 
das condições eletromagnéticas do ambiente (EMC).
Número de 
Estações
32 estações em cada segmento sem repetidores. Com repetidores pode 
ser estendida até 126 estações.
Conectores Preferencialmente DB-9 para IP20. M12, Han-Brid ou tipo Híbrido para 
IP65/67.
Baud rate 
(Kbit/s)
9,6 19,2 93,75 187,5 500 1.500 12.000
Distância/
segmento(m)
1.200 1.200 1.200 1.000 400 200 100
Tabela 3: Distâncias baseadas em velocidade de transmissão para cabo Tipo A
58 SENAI-RJ 
Automação Industrial Avançada – Redes Industriais
Ethernet Industrial
Ethernet Industrial é uma rede de comunicação de células e área aberta, multimarcas de 
alta performance de acordo com os padrões internacionais IEEE 802.34 (Ethernet) e adequada 
para uso em ambiente industrial. Ela permite a interconexão de sistemas de automação e destes 
com outros sistemas, como PCs e Workstations (estações de trabalho).
Ethernet Industrial permite, também, soluções abrangentes em redes de comunicação 
aberta com velocidades de transmissão de até 100Mbits/s. Atualmente padrão número 1 no 
mercado mundial de redes de comunicação e possui importantes características que podem 
ser extremamente benéfi cas quanto à aplicação, tais como:
 Rápido startup graças à simplicidade dos métodos de conexão;
 Alto grau de fl exibilidade, já que plantas existentes podem ser expandidas sem efeitos 
de prejuízo;
Figura 6 – Ligação e terminação para o RS-485
Para a conexão em locais com grau de proteção IP20, utilizam-se conectores tipo 
DB9 (9 pinos). A defi nição da pinagem e esquema de ligação é mostrada na fi gura abaixo:
4 IEEE – Instituto de Engenheiros Eletricistas e Eletrônicos ou IEEE é uma organização profi ssional sem fi ns lucrativos, 
fundada nos Estados Unidos. É a maior (em número de sócios) organização profi ssional do mundo. Sua meta é promover 
conhecimento no campo da engenharia elétrica, eletrônica e computação.
SENAI-RJ 59
Automação Industrial Avançada – Redes Industriais
 Alta disponibilidade com uso de topologia de rede redundante;
 Praticamente ilimitada performance em comunicação, já que uma performance esca-
lonável pode ser obtida através do uso da tecnologia de switchs;
 Integração entre diferentes aplicações, desde a área de escritórios até a produção;
 Comunicação integrada de toda a planta, já que pode ser conectada a uma WAN (Wide 
Area Network), tais como ISDN5 ou Internet;
 Investimento seguro, uma vez que o sistema vem sendo constantemente desenvolvido 
com a preocupação de manter uma total compatibilidade.
Opções de redes Ethernet Industrial
As necessidades de uma rede de comunicação de área e célula de acordo com o padrão 
IEEE 802.3 são muitas e variadas. Este é o motivo pelo qual o Industrial Ethernet está disponível 
nas seguintes versões:
 Rede Triaxial
Cabos triaxiais tradicionais têm sido utilizados por mais de 10 anos. São utilizados em 
topologias de barramento e são extremamente robustos devido ao design passivo e seu siste-
ma de aterramento. Todos os dispositivos interconectados a ele utilizam a taxa de 10Mbits/s.
 Rede Twisted Pair e Fibra Óptica
Redes Ethernet usando tecnologia de transmissão Twisted Pair (TP) e Fibra Óptica (FO) 
até 10Mbits/s podem ser utilizadas em topologias lineares ou estrela usando OLM – Optical 
Link Module e ELM – Electrical Link Module. Estas diferentes topologias podem ser misturadas 
livremente. Se uma taxa de transmissão superior ou uma extensão maior são desejadas, a tec-
nologia Fast Ethernet deve ser utilizada em conjunto com sistemas de switches, por exemplo, 
OSM – Optical Switch Module ou ESM – Electrical Switch Modul.
 Fast Ethernet (100Mbits/s) 
É um desenvolvimento adicional da tecnologia Ethernet. O padrão Fast Ethernet 
IEEE 802.3u (100BaseT) é amplamente baseada no padrão Ethernet tradicional para cabos 
Twisted Pair (10BaseT), apesar da velociadade de transmissão aumentada por um fator de 10 
até 100Mbits/s.
5 ISDN (Integrated Service Digital Network) ou RDSI (Rede Digital de Serviços Integrados) usa o sistema telefônico 
comum. A conexão pode ser realizada até uma taxa de 128Kbps, através de duas linhas de até 64 Kbps, que são usadas 
tanto para conexão com a internet quanto para chamadas telefônicas de voz normais.
60 SENAI-RJ 
Automação Industrial Avançada – Redes Industriais
Os principais benefícios para o usuário são os seguintes:
 Não há necessidade dese aprender uma nova tecnologia;
 Uma tecnologia nova e mais rápida pode ser usada efi cientemente de agora em diante;
 Industrial Ethernet incorpora uma opção de staggered migração do 10Mbits/s para a 
nova 100Mbits/s; e
 Redes existente podem ser gradualmente integradas e expandidas.
Características comuns entre redes Ethernet e Fast 
Ethernet
1 – Formato de dados;
2 – Método de acesso – CSMA/CD6;
3 - Cabos comuns (no caso de Twisted Pair e FO vidro); e
4 – Switches devem ser preferencialmente utilizados em redes de 100Mbit/s.
Principais diferenças entre redes Ethernet e Fast Ethernet
1 – Extensão das redes;
2 – Não existe especifi cação para cabos coaxiais (ou triaxiais) para Fast Ethernet; e
3 – Regras de confi guração.
Princípios básicos do Ethernet e Fast Ethernet
A fi m de garantir que o processo de detecção de colisão (CSMA/CD) do Ethernet opere 
corretamente, o comprimento máximo do segmento de rede é limitado pelo tempo máximo 
de atraso de um pacote de dados.
No Ethernet tradicional (10Mbits/s), esta área – conhecida como domínio de colisão – tem 
um range de 4.520m, e no Fast Ethernet esta distância reduz-se para 412m devido à velocidade 
do transmissor superior.
6 CSMA/CD - É um protocolo de telecomunicação que organiza a forma como os computadores compartilham o canal.
CS (Carrier Sense): Capacidade de identifi car se está ocorrendo transmissão.
MA (Multiple Access): Capacidade de múltiplos nós concorrerem pelo utilização da mídia.
CD (Collision Detection): É responsável por identifi car colisões na rede.
SENAI-RJ 61
Automação Industrial Avançada – Redes Industriais
É possível aumentar o domínio de colisão através do uso de componentes de redes que 
incorporam a tecnologia de repetidores (p. ex. Ethernet Industrial Repeater7, OLM (Optical Link 
Module) e ELM (Electrical Link Module).
Os Switches são utilizados em confi gurações de redes relativamente extensas em Fast 
Ethernet, apesar do reduzido domínio de colisão da mesma.
Ethernet Switching
Switches tem as seguintes funcionalidades:
 Podem temporariamente conectar vários pares de seções de redes ao mesmo tempo, 
dependendo do número de interfaces disponíveis;
 Filtrando o tráfego de dados baseado no endereço Ethernet (MAC) dos equipamentos 
terminais assegura-se que o tráfego de dados permaneça “local” e somente os dados 
destinados a outras partes da rede são encaminhados pelo switch;
 Um número superior de terminais pode ser conectado comparado a uma confi guração 
tradicional; e
 Erros fi cam restritos a parte da rede afetada.
Apesar de a tecnologia ser um pouco mais complexa, em contrapartida oferece uma série 
de vantagens sobre a tecnologia de repetidores:
 Opção de instalar redes ou segmentos parcialmente;
 Aumenta o fl uxo de dados e, portanto, a performance da rede devido à estruturação do 
tráfego de dados;
 Regras simples de confi guração;
 Topologias de rede com extensões de até 150km podem ser facilmente atingidas sem a 
necessidade de se considerar os atrasos de propagação dos dados;
 Ilimitada expansão do tamanho da rede conectando-se domínios de colisão/redes 
parciais individuais. Se a extensão excede 150km, os atrasos de propagação devem ser 
considerados.
 Simples expansão de redes existentes sem efeito de prejuízos.
7 Repeater ou Repetidor – Equipamento utilizado para interligação de redes idênticas, pois eles amplifi cam 
e regeneram eletricamente os sinais transmitidos no meio físico.
4
Nesta seção...
Meios de transmissão
Hardware necessário para a rede
Topologia de rede
SENAI-RJ 65
Automação Industrial Avançada – Meios de transmissão
Hardware necessário para a rede
O hardware da rede é o conjunto de equipamentos que serão interligados a fi m de constituir 
fi sicamente a rede local. O hardware constitui o “esqueleto” da rede e é composto basicamente 
por: servidores, estações-cliente, cabos, placas adaptadoras, concentradores e switches. Como 
os produtos de hardware seguem padrões internacionais, muitas vezes é possível combinar 
produtos de diferentes fabricantes em uma mesma rede.
Servidores e estações-cliente
Em uma rede local baseada em PCs, os computadores são usados como servidores e estações-
-cliente.
Os servidores permitem que as estações-cliente acessem as unidades do disco, as impressoras 
e também os canais de comunicação exclusivos de uma rede local. Nas unidades de disco dos 
servidores estão armazenados os programas e arquivos que serão compartilhados pelos usuários.
Existem três tipos de servidores utilizados em redes locais: os servidores de arquivos, de 
impressão e de comunicação. Os servidores de arquivos contêm os arquivos que serão compar-
tilhados pelos usuários da rede e é o tipo mais utilizado em redes locais. O servidor de impres-
são é um computador da rede que coloca à disposição dos usuários uma ou mais impressoras 
da rede ligadas a ele. O servidor de comunicação é dedicado exclusivamente para realizar a 
troca de dados entre servidores de arquivo e estações-cliente da rede. A sua utilização torna o 
processamento mais efi ciente, já que libera os processadores dos servidores de arquivo apenas 
para processamento evitando que percam tempo para comunicar os dados. As estações-cliente 
buscam os arquivos de dados e os programas nos servidores de arquivos. Os usuários geral-
mente utilizam as estações cliente para acessar a rede local. Nada impede que um servidor seja 
utilizado como estação-cliente, o que não é recomendado por medidas de segurança da rede.
Um bom servidor de arquivos deve ser constituído de um (ou mais) processador rápido, bas-
tante espaço interno com suporte para montagem vertical e também de unidades de disco grandes e 
rápidas. A utilização de processadores rápidos facilita a execução de programas aplicativos “pesados”.
66 SENAI-RJ 
Automação Industrial Avançada – Meios de transmissão
Placas de interface
O investimento mais comum em hardware de redes locais se refere a Placas Adaptadoras 
de Interface de Rede, geralmente denominadas placas de interface ou placas adaptadoras. 
Cada computador precisa ter uma dessas placas de circuito impresso para transportar os sinais 
através dos cabos da rede (comunicação serial de dados) até as estações-cliente (PCs).
É bom lembrar que a comunicação dos dados em cabos de rede é feita de forma serial, 
isto é, os bits de informação são transportados um após o outro pelos cabos.
Essas placas também são responsáveis pela importante tarefa de controlar o acesso aos 
meios físicos, ou seja, se a estação-cliente pode utilizar os cabos da rede para transmitir ou 
buscar as informações do servidor ou de outra estação-cliente.
Meios físicos de comunicação – Tipos de cabos
A questão mais importante associada com a placa adaptadora é o tipo de cabo ou de fi o a 
ser usado na rede local. A placa adaptadora utilizada, o meio onde a rede será instalada (escri-
tório ou industrial) e a rapidez com que as informações devem trafegar na rede determinam o 
tipo de cabeamento necessário para conectar os servidores e as estações-cliente.
As opções incluem fi os eletrônicos de par trançado, fi os condutores de dados de par tran-
çado blindados, cabos coaxiais e cabos de fi bra óptica.
Cabo coaxial
O cabo coaxial é constituído por um fi o de cobre condutor (sinais elétricos) revestido por 
um material isolante e por duas camadas protetoras. Este meio permite transmissões até fre-
quências muito elevadas, e isto para longas distâncias. Possui vantagens em relação aos outros 
condutores utilizados tradicionalmente em linhas de transmissão por causa de sua blindagem 
adicional, que o protege contra o fenômeno da indução, causado por interferências elétricas ou 
magnéticas externas. Essa blindagem constitui-se de uma malha metálica (condutor externo) 
que envolve um condutor internoisolado.
Os cabos coaxiais geralmente são usados em múltiplas aplicações desde áudio até as 
linhas de transmissão de frequências da ordem dos giga hertz. A velocidade de transmissão é 
bastante elevada devido a tolerância aos ruídos graças à malha de proteção desses cabos. Os 
cabos coaxiais são utilizados nas topologias físicas em barramento e, podemos afi rmar, que 
este tipo de cabo é constituído por diversas camadas concêntricas de condutores e isolantes, 
daí o nome coaxial.
SENAI-RJ 67
Automação Industrial Avançada – Meios de transmissão
A malha metálica condutora é constituída por muitos condutores:
 A malha é circular e metálica para criar uma gaiola de Faraday, isolando, deste modo, o 
condutor interior de interferências, o inverso também é verdadeiro, ou seja, frequências 
e dados que circulam pelo condutor não conseguem atingir o exterior pelo isolamento 
da malha e, deste modo, não interferindo em outros equipamentos.
 A blindagem eletromagmética é feita pela malha exterior.
 Quando as frequências em jogo são elevadas, como é o caso de transmissões de uma rede 
informática, a condução passa a ser superfi cial. Para aumentar a superfície de condução, 
a malha condutora é constituída por múltiplos condutores de seção reduzida. Esta área 
da superfície de condução é o somatório da superfície de cada um desses pequenos 
condutores. Dimimui-se, assim, a resistência da malha condutora.
Os cabos coaxiais são usados em diferentes aplicações:
 Ligações de áudio
 Ligações de rede de computadores e
 Ligações de sinais radiofrequência para rádio e TV (transmissores/receptores)
Os cabos coaxiais são constituídos de:
A – revestimento de plástico;
B – tela de cobre;
C – isolador dielétrico interno; e
D – núcleo de cobre.
Figura 1
68 SENAI-RJ 
Automação Industrial Avançada – Meios de transmissão
Par trançado sem blindagem
Como o próprio nome indica, a fi ação de par trançado é composta por pares de fi os isolados 
uns dos outros e trançados juntos de uma capa isolante. São conhecidos como UTP (Unshilded 
Twisted Pair, que signifi ca “par trançado não blindado”).
A trança de pares de fi os produz um efeito de proteção mútua. Esse efeito diminui a ab-
sorção e radiação de energia elétrica. Apresentam alta confi abilidade e menor custo de insta-
lação. As instalações de redes locais utilizam, normalmente, um cabo contendo dois pares de 
fi os trançados.
A trança dos fi os apresenta, ainda, alguma proteção contra 
interferências eletromagnéticas. Entretanto, motores elétricos, 
luzes fl uorescentes e muitos outros dispositivos, emitem sinais 
fortes o sufi ciente para ultrapassar a barreira do cabo e interrom-
per sinais digitais. Devido a isto, fi os sem blindagem devem evitar 
áreas com alta incidência de ruídos eletromagnéticos. O conector 
usado com este tipo de cabeamento é geralmente o RJ-45.
Par trançado blindado
O fi o condutor de dados de par trançado contém uma lâmina 
de alumínio ou uma blindagem de cobre trançado especialmen-
te projetada para diminuir a absorção de ruídos elétricos. Além 
disso, este tipo de cabo combina as características de proteção 
dos cabos coaxiais e dos fi os de par trançado sem blindagem e 
são conhecidos como STP (Shield Twisted Pair).
Cabos de fi bra óptica
Fibra óptica é um fi lamento, de vidro ou de materiais poliméricos, com capacidade de 
transmitir luz. Estes fi lamentos têm diâmetros variáveis, dependendo da aplicação, indo des-
de diâmetros ínfi mos, da ordem de micrômetros (mais fi nos que um fi o de cabelo) até vários 
milímetros. A transmissão da luz pela fi bra segue um mesmo princípio, independentemente 
do material usado ou da aplicação: é lançado um feixe de luz em uma extremidade da fi bra, e 
pelas características ópticas do meio (fi bra), esse feixe percorre a fi bra através de consecutivas 
refl exões. A fi bra possui no mínimo duas camadas: o núcleo e o revestimento. No núcleo ocorre 
a transmissão da luz propriamente dita, embora o revestimento não seja menos importante. A 
transmissão da luz dentro da fi bra é possível graças a uma diferença de índice de refração entre 
o revestimento e o núcleo, e este possui sempre um índice de refração mais elevado, caracterís-
tica que, aliada ao ângulo de incidência do feixe de luz, possibilita o fenômeno da refl exão total.
As fi bras ópticas são utilizadas como meio de transmissão de ondas eletromagnéticas 
(como a luz) uma vez que são transparentes e podem ser agrupadas em cabos. Estas fi bras são 
feitas de plástico ou de vidro.
Figura 2
Figura 3
SENAI-RJ 69
Automação Industrial Avançada – Meios de transmissão
O vidro é mais utilizado porque absorve menos as ondas eletromagnéticas e as mais uti-
lizadas são as correspondentes à gama da luz infravermelha.
O meio de transmissão por fi bra óptica é chamado de “guiado”, porque as ondas eletro-
magnéticas são “guiadas” na fi bra, embora o meio transmita ondas unidirecionais, contraria-
mente à transmissão “sem fi o”, cujo meio é chamado de “não guiado”. Mesmo confi nada a um 
meio físico, a luz transmitida pela fi bra óptica proporciona o alcance de taxas de transmissão 
(velocidades) elevadíssimas, da ordem de dez elevado à nona potência a dez elevado à décima 
potência, de bits por segundo, com baixa taxa de atenuação por quilômetro. Mas a velocidade 
de transmissão total possível ainda não foi alcançada pelas tecnologias existentes. Como a 
luz se propaga no interior de um meio físico, sofrendo ainda o fenômeno de refl exão, ela não 
consegue alcançar a velocidade de propagação no vácuo, que é de 300.000 km/segundo, sendo 
esta velocidade diminuída consideravelmente (na realidade a luz não abranda, mas percorre 
uma distância maior visto que não vai em linha reta, mas sim aos zigue-zague).
Para transmitir dados pela fi bra óptica, é necessário um equipamento especial denomi-
nado “infoduto”, que contém um componente fotoemissor, que pode ser um diodo emissor 
de luz (LED) ou um diodo laser. O fotoemissor converte sinais elétricos em pulsos de luz que 
representam os valores digitais binários (0 e 1).
Uma característica importante que torna a fi bra óptica indispensável em muitas aplicações 
é o fato de não ser suscetível à interferência eletromagnética, pela razão de que não transmite 
pulsos elétricos, como ocorre com outros tipos de meio de transmissão que empregam os fi os 
metálicos, como o cobre.
O cabo de fi bra óptica apresenta, também, algumas vantagens sobre os outros tipos de 
cabo como, por exemplo: maior confi abilidade e maior segurança. Apesar disto, o custo de 
instalação é elevado e requer cuidados especiais.
Tipos de fi bras:
As fi bras ópticas podem ser basicamente de dois modos;
Monomodo – apenas núcleo e casca, a casca pode ser simples ou dupla;
Multimodo – apresenta diversas camadas de substâncias e índices de refração diferentes 
que ajudam na propagação da luz e combatem a perda de sinal (atenuação).
Figura 4
70 SENAI-RJ 
Automação Industrial Avançada – Meios de transmissão
Concentrador ou hub
Um hub é constituído de um gabinete, geralmente montado num rack de fi ação, que possui 
módulos de conexão para diversos tipos de cabos. Contém, também, circuitos eletrônicos que 
ressincronizam e repetem os sinais dos cabos garantindo a qualidade dos sinais da rede local. 
Basicamente, dois tipos de hub podem ser encontrados: o inteligente e o que é chamado de 
hub burro. Este último apenas permite a estruturação do cabeamento, isto é, todas as estações 
da rede são conectadas nos seus módulos de modo que todo o cabeamento seja concentrado 
no hub partindo dele para estações e servidores. Daí vem o nome concentrador. Já o hub inte-
ligente, além do que foi descrito para o hub burro, possui também um microprocessador que 
monitora a atividade da rede e pode ser confi gurado sobre quais estações-cliente podemter 
acesso a um determinado servidor. Os maiores fabricantes mundiais de concentradores são a 
Bay, 3Com e Synoptics.
Switch
O switch é um equipamento que isola diversas partes de uma rede (chamadas de segmentos 
de rede) permitindo apenas que a comunicação necessária seja feita entre estas partes da rede. 
O switch faz com que a comunicação feita em um segmento de rede não degrade a performance 
da rede local como um todo, pois isola a comunicação entre as estações-cliente dentro de um 
segmento do restante da rede local.
Uma rede que tenha inúmeras estações-cliente e alguns servidores gera um tráfego muito 
grande, isto é, a necessidade de comunicação é intensa e o cabeamento escolhido pode não 
suportar a enorme quantidade de sinais de informação que devem passar pelos cabos. Assim, o 
recurso utilizado em um projeto de uma rede é dividir os seus diversos nós de rede em segmentos. 
É necessário que nós de segmentos distintos se comuniquem entre si. Isto é possível com a utili-
zação de um switch que possibilita a comunicação entre segmentos diferentes e ainda apresenta 
a vantagem de isolar a comunicação dentro de um mesmo segmento.
Topologia de rede
A topologia de uma rede defi ne a forma como serão interconectados os equipamentos 
ao meio físico (cabeamento). Basicamente, existem três topologias distintas para rede local: 
topologia em estrela, barramento ou anel. Temos também a topologia mista, que é uma com-
binação das topologias apresentadas antes.
SENAI-RJ 71
Automação Industrial Avançada – Meios de transmissão
Topologia em estrela
Diz-se que uma rede tem topologia es-
trela quando uma estação se conecta a outra 
apenas através de um equipamento central 
concentrador, sem nenhuma ligação direta, 
nem através de outra estação.
A topologia estrela é caracterizada por 
um elemento central que “gerencia” o fl u-
xo de dados da rede, estando diretamente 
conectado (ponto a ponto) a cada nó, daí a 
designação “estrela”. Toda informação enviada de um nó para outro deverá obrigatoriamente 
passar pelo ponto central, ou concentrador, tornando o processo muito mais efi caz, já que os 
dados não irão passar por todas as estações. O concentrador encarrega-se de rotear o sinal 
para as estações solicitadas, economizando tempo. Existem também redes estrela com cone-
xão passiva (similar ao barramento), na qual o elemento central nada mais é do que uma peça 
mecânica que atrela os “braços” entre si, não interferindo no sinal que fl ui por todos os nós, 
da mesma forma que o faria em redes com topologia barramento. Mas este tipo de conexão 
passiva é mais comum em redes ponto a ponto lineares, sendo muito pouco utilizado já que os 
dispositivos concentradores (HUBs, Multiportas, Pontes e outros) não apresentam um custo 
tão elevado se levarmos em consideração as vantagens que são oferecidas.
Topologia em barramento
Na topologia em barramento (também 
chamado de “bus”), todos os equipamentos, 
isto é, os nós da rede, estão ligados no mes-
mo meio físico. Isto signifi ca, quando uma 
estação transmite, todas as outras recebem 
a mensagem simultaneamente, descontados 
apenas os atrasos de propagação do sinal. É 
mais comumente utilizada em redes locais e 
está esquematizada na fi gura ao lado.
Esta topologia tem como vantagem a implementação simples, dado que cada estação deve 
apenas transmitir, receber e descartar as mensagens; é descentralizada em relação a qualquer 
equipamento, isto é, a falha de qualquer equipamento no barramento não acarreta a descon-
tinuidade da comunicação no meio físico.
Por outro lado, qualquer falha no meio físico, em qualquer parte do barramento, acarretará 
a perda da capacidade de transmissão. Por este motivo esta topologia é de difícil gerenciamento.
Figura 5
Figura 6
72 SENAI-RJ 
Automação Industrial Avançada – Meios de transmissão
Topologia em anel
A topologia de rede em anel consiste em estações conectadas através de um circuito 
fechado, em série, formando um circuito fechado (anel). O anel não interliga as estações di-
retamente, mas consiste em uma série de repetidores ligados por um meio físico, sendo cada 
estação ligada a estes repetidores. Redes em anel são capazes de transmitir e receber dados 
em qualquer direção. As confi gurações mais comuns, no entanto, são unidirecionais; o proje-
to dos repetidores é mais simples e torna menos sofi sticados os protocolos de comunicação 
que asseguram a entrega da mensagem corretamente e em sequência ao destino, pois sendo 
unidirecionais evita o problema do roteamento. Nesta topologia cada estação está conectada 
a apenas duas outras estações, quando todas estão ativas.
Uma desvantagem é que se por acaso apenas uma das máquinas falharem, toda a rede 
pode ser comprometida.
A fi gura abaixo mostra a topologia em anel de uma rede local.
Figura 7
5
Nesta seção...
Inversor de frequência
Acionamento de motores elétricos
Acionamento de corrente contínua
Curva V/F
O inversor por dentro
Instalação do inversor
Os dez mandamentos da instalação do inversor de frequência
Parametrização
Dimensionamento
SENAI-RJ 75
Automação Industrial Avançada – Inversor de Frequência
Acionamento de motores elétricos
Há duas famílias de acionamentos: acionamentos de corrente contínua (também chamados 
conversores Corrente Contínua), e acionamentos de corrente alternada (também chamados de 
inversores de frequência). O primeiro deles já se tornou obsoleto, sendo utilizado atualmente 
apenas em situações bem específi cas.
Mesmo assim, temos de estudá-lo um pouco para que possamos compreender melhor 
os inversores de frequência.
Acionamento de Corrente Contínua
O motor CC tem como principal qualidade seu alto torque. Esse tipo de motor é largamente 
utilizado em tração elétrica, situação em que necessitamos de alto torque (principalmente na partida).
Como tudo na vida, também temos desvantagens em corrente contínua. O motor CC, de-
vido à construção do seu rotor, e à comutação do coletor (faiscamento), não pode atingir uma 
velocidade muito alta. Outra desvantagem é a necessidade de constante manutenção (troca de 
escovas, limpeza, balanceamento etc.). Atualmente, os custos de manutenção e o alto preço do 
motor CC limitaram a sua utilização em situações que exigem um torque muito alto. A fórmula 
que mostra o comportamento de um motor CC é apresentada a seguir:
Figura 1
76 SENAI-RJ 
Automação Industrial Avançada – Inversor de Frequência
Resumindo, em um motor CC a velocidade de rotação é proporcional à sua tensão de 
alimentação, e o torque é proporcional à corrente que circula pela armadura (enrolamento 
do rotor).
Também o fl uxo magnético infl uencia a rotação, só que de modo inverso (quanto maior 
o fl uxo, menor a rotação, e vice-versa).
Inversores de frequência
A função do inversor de frequência é a mesma do conversor CC, isto é, regular a velocidade 
de um motor elétrico mantendo seu torque (conjugado). A diferença agora é o tipo de motor 
utilizado.
Os inversores de frequência foram desenvolvidos para trabalhar com motores CA.
O motor CA tem uma série de vantagens sobre o CC:
 baixa manutenção;
 ausência de escovas comutadoras;
 ausência de faiscamento;
 baixo ruído elétrico;
 custo inferior; e
 velocidade de rotação superior.
Essas vantagens levaram a indústria a desenvolver um sistema capaz de controlar a po-
tência (velocidade + torque) de um motor CA.
Conforme mostra a fórmula a seguir, a velocidade de rotação de um motor CA depende da 
frequência da rede de alimentação. Quanto maior for a frequência, maior a rotação e vice-versa.
Em que:
N = rotação em rpm
f = frequência da rede, em Hz
P = número de polos.
N = 120 . f / P
Em que:
E = tensão de alimentação (armadura);
K = constante de material;
 = densidade do fl uxo magnético; e
 = velocidadede rotação (rotações por minuto – rpm).
SENAI-RJ 77
Automação Industrial Avançada – Inversor de Frequência
Os circuitos internos de um inversor são bem diferentes de um acionamento CC (conversor 
CC). A fi gura ilustra um diagrama simplifi cado dos principais blocos.
A primeira etapa do circuito é formada por uma ponte retifi cadora (onda completa) trifá-
sica, e dois capacitores de fi ltro. Esse circuito forma uma fonte CC simétrica, pois há um ponto 
de terra como referência.
Temos então uma tensão contínua +V/2 (positiva) e uma –V/2 (negativa) em relação ao 
terra, formando o que chamamos de “barramento CC”. Este alimenta a segunda etapa, cons-
tituída de seis transistores IGBTs que, através de uma lógica de controle (terceira etapa), “liga 
e desliga” os transistores de modo a alternarem o sentido de corrente que circula pelo motor.
Curva V/F
Como vimos, se variarmos a frequência da tensão de saída no inversor, alteramos na mesma 
proporção a velocidade de rotação do motor.
Normalmente, a faixa de variação de frequência dos inversores situa-se entre 5 e 300Hz 
(aproximadamente).
Assumindo que o número de polos de um motor CA seja fi xo (determinado na sua cons-
trução), ao variarmos a frequência de alimentação, variamos na mesma proporção, sua veloci-
dade de rotação. O inversor de frequência, portanto, pode ser considerado uma fonte de tensão 
alternada de frequência variável.
Certamente que isso é uma aproximação grosseira, porém nos dá uma ideia pela qual 
chamamos um acionamento CA, de “inversor de frequência”.
M
3
Lógica de controle 
e PMW
R
S
T
IGBT
Figura 2
78 SENAI-RJ 
Automação Industrial Avançada – Inversor de Frequência
A função do inversor de frequência, entretanto, não é apenas controlar a velocidade de um 
motor CA. Ele precisa manter o torque (conjugado) constante para não provocar alterações na 
rotação, quando o motor estiver com carga.
Um exemplo clássico desse problema é a máquina operatriz. Imaginem um inversor con-
trolando a velocidade de rotação de uma placa (parte da máquina onde a peça a ser usinada 
é fi xada) de um torno.
Quando introduzimos a ferramenta de corte, uma carga mecânica é imposta ao motor, 
que deve manter a rotação constante. Caso a rotação se altere, a peça pode apresentar um mau 
acabamento de usinagem.
Para que esse torque realmente fi que constante o inversor, por sua vez, deve manter a razão 
V/F constante. Isto é, caso haja mudança de frequência, ele deve mudar (na mesma proporção) 
a tensão para que a razão se mantenha, por exemplo:
Situação 1: o inversor foi programado para enviar 50Hz ao motor, e sua curva V/f está parame-
trizada em 6. Automaticamente, ele alimenta o motor com 300V.
f = 60Hz V = 360V
V/f = 6
Situação 2: o inversor recebeu uma nova instrução para mudar de 50Hz para 60Hz. Agora a ten-
são passa a ser 360V e a razão V/f mantém-se em 6. Acompanhe a curva, como mostra a fi gura.
360 V
300 V
50 60
Curva V
 F
Constante
(função linear)
f = 50Hz V = 300V
V/f = 6
Figura 3
Figura 4
SENAI-RJ 79
Automação Industrial Avançada – Inversor de Frequência
O valor de V/f pode ser programado (parametrizado) em um inversor e dependerá da 
aplicação.
Quando o inversor necessita de um grande torque, porém não atinge velocidade muito 
alta, atribuímos a ele o maior V/f que o equipamento puder fornecer e, desse modo, ele terá 
um melhor rendimento em baixas velocidades, e alto torque. Já no caso em que o inversor deva 
operar com altas rotações e com torques não tão altos, parametrizamos um V/f menor, e encon-
traremos o melhor rendimento para essa outra situação. Mas, como o inversor poderá mudar 
a tensão V, se ela é fi xada no barramento DC através da retifi cação e fi ltragem da própria rede?
O inversor altera a tensão V, oriunda do barramento DC, através da modulação por largura 
de pulso (PWM). A unidade lógica, além de distribuir os pulsos aos IGBTs, também controla o 
tempo em que cada IGBT permanece ligado (ciclo de trabalho).
Quando V tem de aumentar, os pulsos são “alargados” (maior tempo em ON), e quando V 
tem de diminuir, os pulsos são “estreitados”.
Dessa forma, a tensão efi caz entregue ao motor poderá ser controlada.
A frequência de PWM também pode ser parametrizada, e geralmente encontra-se entre 
2,5kHz e 16kHz. Na medida do possível, devemos deixá-la próxima do limite inferior, pois assim 
diminuímos as interferências eletromagnéticas geradas pelo sistema (EMI).
Observe na fi gura a seguir um conjunto de cinco inversores de frequência para centro de 
usinagem.
Figura 5
80 SENAI-RJ 
Automação Industrial Avançada – Inversor de Frequência
Podemos, portanto, dividi-lo em 4 blocos principais:
1º bloco – CPU
A CPU (Unidade Central de Processamento) de um inversor de frequência pode ser formada 
por um microprocessador ou por um microcontrolador (como o CLP). Isso depende apenas do 
fabricante. De qualquer forma, é nesse bloco que todas as informações (parâmetros e dados do 
sistema) estão armazenadas, visto que também uma memória está integrada a esse conjunto. 
A CPU não apenas armazena os dados e parâmetros relativos ao equipamento, como também 
executa a função mais vital para o funcionamento do inversor.
O Inversor por dentro
A fi gura abaixo mostra um diagrama de blocos de um inversor de frequência típico. Cabe 
lembrar que cada fabricante utiliza sua própria tecnologia, mas esse modelo abrange uma 
grande parte dos inversores encontrados no mercado atual.
Figura 6
SENAI-RJ 81
Automação Industrial Avançada – Inversor de Frequência
3º bloco – Interfaces
A maioria dos inversores pode ser comandada através de dois tipos de sinais: analógicos 
ou digitais. Normalmente, quando queremos controlar a velocidade de rotação de um motor 
CA no inversor, utilizamos uma tensão analógica de comando. Essa tensão situa-se entre 0 a 
10Vcc. A velocidade de rotação (rpm) será proporcional ao seu valor, por exemplo:
1 Vcc = 1.000rpm, 2Vcc = 2.000rpm etc.
Para inverter o sentido de rotação, basta inverter a polaridade do sinal analógico (ex: 0 a 
10Vcc sentido horário, e –10V a 0 anti- horário). Esse é o sistema mais utilizado em máquinas-
-ferramenta automáticas, e a tensão analógica de controle é proveniente do controle numérico 
computadorizado (CNC).
Além da interface analógica, o inversor possui entradas digitais. Através de um parâmetro 
de programação, podemos selecionar qual entrada é válida (analógica ou digital).
2º bloco – IHM
O 2º bloco é a IHM (Interface Homem-Máquina).
É através desse dispositivo que podemos visualizar o que está ocorrendo no inversor 
(display), e parametrizá-lo de acordo com a aplicação (teclas).
A fi gura mostra uma IHM típica, com suas respectivas funções. Esse módulo também 
pode ser remoto.
Figura 7
82 SENAI-RJ 
Automação Industrial Avançada – Inversor de Frequência
4º bloco – Etapa de potência
A etapa de potência é constituída por um circuito retifi cador, que alimenta (através de um 
circuito intermediário chamado “barramento DC”) o circuito de saída inversor (módulo IGBT).
Instalação do inversor
Realizada essa pequena re-
visão da estrutura funcional do 
inversor, vamos mostrar como 
instalá-lo. A fi gura ao lado mostra 
a confi guração básica de instala-
ção de um inversor de frequência. 
Existe uma grande quantidade 
de fabricantes e uma infi nidade 
de aplicações diferentes para os 
inversores. Portanto, o esquema 
da fi gura refere-se à versão mais 
comum.
Sensores e chaves extras, 
certamente, serão encontrados em campo, mas a estrutura é a mesma.
Os terminais identifi cados como R, S, e T (ou L1, L2, e L3) referem-se à entrada trifásica da 
rede elétrica. Não é comum encontrarmos inversores monofásicos aplicados na indústria. Para 
diferenciar a entrada da rede para a saídado motor, a saída (normalmente) vem indicada por: 
W, V, e U. Além da potência, temos os bornes de comando. Cada fabricante possui sua própria 
confi guração, portanto, para saber “quem é quem” temos de consultar o manual do respectivo 
fabricante. De qualquer maneira, os principais bornes são as entradas (analógicas ou digitais), 
e as saídas (geralmente digitais).
No exemplo da fi gura acima, temos um CNC comandando um inversor através da sua 
entrada analógica (0 a 10Vcc).
Nesse caso, as entradas digitais foram utilizadas para um botão de emergência e um sensor 
de velocidade de rotação (encoder).
 Figura 8
SENAI-RJ 83
Automação Industrial Avançada – Inversor de Frequência
Os dez mandamentos da instalação 
do inversor de frequência
1 - Cuidado! Não há inversor no mundo que resista à ligação invertida de entrada da rede elé-
trica trifásica, com a saída trifásica para o motor.
2 - O aterramento elétrico deve estar bem conectado, tanto ao inversor como ao motor.
3 - O valor do aterramento nunca deve ser maior que 5 Ù (norma IEC536), e isso pode ser fa-
cilmente comprovado com um terrômetro, antes da instalação.
4 - Caso o inversor possua uma interface de comunicação (RS 232, ou RS 485) para o PC, o 
tamanho do cabo deve ser o menor possível.
5 - Devemos evitar ao máximo, misturar (em um mesmo eletroduto ou canaleta) cabos de 
potência (rede elétrica, ou saída para o motor) com cabos de comando (sinais analógicos, 
digitais, RS 232 etc.).
6 - O inversor deve estar alojado próximo a “orifícios” de ventilação, ou, caso a potência seja 
muito alta, deve estar submetido a uma ventilação (ou exaustão). Alguns inversores já pos-
suem um pequeno exaustor interno.
7 - A rede elétrica deve ser confi ável, isto é, jamais ultrapassar variações de + ou - 10% em sua 
amplitude.
8 - Sempre que possível, utilizar os cabos de comando devidamente blindados.
9 - Os equipamentos de controle (CLP, CNC etc.), que funcionarem em conjunto com o inver-
sor, devem possuir o “terra” em comum. Normalmente, esse terminal vem indicado pela 
referência “PE” (proteção elétrica) e sua cor é amarela e verde (ou apenas verde).
10 - Utilizar sempre parafusos e arruelas adequadas para garantir uma boa fi xação ao painel. 
Isso evitará vibrações mecânicas. Além disso, muitos inversores utilizam o próprio painel 
em que são fi xados como dissipador de calor. Uma fi xação pobre, nesse caso, causará um 
aquecimento excessivo (e possivelmente queima).
Caso haja contatores e bobinas agregadas ao funcionamento do inversor, utilizar sempre 
supressores de ruídos elétricos (circuitos RC para bobinas CA e diodos para bobinas CC).
Essas precauções não são tomadas apenas para melhorar o funcionamento do inversor, 
mas para evitar que ele interfi ra em outros equipamentos ao seu redor. O inversor de frequên-
cia é, infelizmente, um grande gerador de EMI (interferências eletromagnéticas) e, caso não o 
instalarmos de acordo com as orientações acima, poderemos prejudicar toda a máquina (ou 
sistema) ao seu redor. Basta mencionar que, para um equipamento atender o mercado europeu, 
a certifi cação CE (Comunidade Europeia) exige que a emissão eletromagnética chegue a níveis 
baixíssimos (norma IEC 22G – WG4 (CV) 21).
84 SENAI-RJ 
Automação Industrial Avançada – Inversor de Frequência
Parametrização
Para que o inversor funcione a contento, não basta instalá-lo corretamente. É preciso 
“informar” a ele em que condições de trabalho irá operar. Essa tarefa é justamente a parame-
trização do inversor.
Quanto maior o número de recursos que o inversor oferece, tanto maior será o número 
de parâmetros disponíveis.
Existem inversores com tal nível de sofi sticação, que o número de parâmetros ultrapassa 
a marca dos 900.
Certamente, neste artigo, veremos apenas os principais e não utilizaremos particularidades 
de nenhum fabricante, pois um mesmo parâmetro, por certo, muda de endereço de fabricante 
para fabricante.
A partir de agora, portanto, nosso inversor imaginário será da marca “XX”.
O inversor de frequência “XX” tem as mesmas funções dos demais fabricantes (Siemens, 
ABB etc.), porém, temos a liberdade de nomearmos segundo a nossa conveniência a ordem dos 
parâmetros. Isso não deverá difi cultar o trabalho com inversores reais, pois basta associarmos 
com os indicados pelo manual do fabricante específi co.
Parâmetro 001
Tensão nominal do motor
Esse parâmetro existe na maioria dos inversores comerciais, lembrando que não necessa-
riamente como P 001, e serve para informarmos ao inversor qual é a tensão nominal em que o 
motor irá operar. Suponha que o motor tenha tensão nominal 380 VCA. Como vamos introduzir 
essa informação (parâmetro) no inversor?
Tomando como base a fi gura do 2° bloco (IHM) vamos observar a sequência de “teclas”. 
O display deverá estar 0.0 (pois só podemos parametrizar o inversor com o motor parado).
1º passo
Acionamos a tecla P e as setas  para acharmos o parâmetro.
Ex.: P, e  até achar o parâmetro respectivo. No nosso caso, é logo o 1º
0001
2º passo
Agora aciona-se P novamente, e o valor mostrado no display será o valor do parâmetro e não 
mais a ordem em que ele está.
Ex.: 0 2 2 0
SENAI-RJ 85
Automação Industrial Avançada – Inversor de Frequência
3º passo
Como no exemplo a tensão desse parâmetro está em 220VCA e nosso motor funciona com 380 
VCA, acionamos P , e  até chegar nos 380.
0 3 8 0
4º passo
Basta acionar P novamente e o novo parâmetro estará programado. Cerca de 90% dos inver-
sores comerciais funcionam com essa lógica! Todos os demais parâmetros são programados 
de forma análoga.
Parâmetro 002
Frequência máxima de saída.
Esse parâmetro determina a velocidade máxima do motor.
Parâmetro 003
Frequência mínima de saída.
Esse parâmetro determina a velocidade mínima do motor.
Parâmetro 004
Frequência de JOG.
A tecla JOG é um recurso que faz o motor girar com velocidade bem baixa, o que facilita o 
posicionamento de peças antes de a máquina funcionar em seu regime normal. Por exemplo: 
encaixar o papel em uma bobinadeira, antes de o papel ser bobinado efetivamente.
Parâmetro 005
Tempo de partida (“rampa de subida”).
Esse parâmetro indica em quanto tempo deseja-se que o motor chegue à velocidade pro-
gramada, estando ele parado. Neste caso pode-se pensar:
“Quanto mais rápido melhor.” Mas, caso o motor esteja conectado mecanicamente a cargas 
pesadas (Ex. placas de tornos com peças grandes, guindastes etc.), uma partida muito rápida 
poderá “desarmar” disjuntores de proteção do sistema. Isso ocorre, pois o pico de corrente, 
necessário para vencer a inércia do motor, será muito alto. Portanto, esse parâmetro deve 
respeitar a massa da carga e o limite de corrente do inversor, como mostra a fi gura a seguir.
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Automação Industrial Avançada – Inversor de Frequência
Parâmetro 006
Tempo de parada (rampa de descida).
O inversor pode produzir uma parada gradativa do motor. Essa facilidade pode ser para-
metrizada e, como a anterior, deve levar em consideração a massa (inércia) da carga acoplada.
Parâmetro 007
Tipo de frenagem
Parâmetro = 1 Parada por rampa
Parâmetro = 0 Parada por CC
No inversor “XX”, o parâmetro 007 pode assumir dois estados: “1” ou “0”.
Caso esteja em 1, a parada do motor obedecerá a rampa programada no P 006. Caso esteja 
em 0, o motor terá sua parada através da “injeção” de corrente contínua em seus enrolamentos.
Em um motor CA, quando submetemos seus enrolamentos a uma tensão CC, o rotor para 
imediatamente (“estanca”), como se uma trava mecânica atuasse em seu eixo.
Portanto, o projetista de máquinas deve pensar muito bem se é assim mesmo que ele deseja 
que a parada ocorra. Normalmente, esse recurso é utilizado para cargas mecânicas pequenas 
(leves) e que necessitam de resposta rápida (Ex.: eixos das máquinas-ferramenta).Parâmetro 008:
Liberação de alteração de parâmetros:
Parâmetro = 1 os parâmetros podem ser lidos e alterados.
Parâmetro = 0 os parâmetros podem ser apenas lidos.
Esse parâmetro é uma proteção contra “curiosos” no sentido de impedir que alguém, 
inadvertidamente, altere algum parâmetro da máquina.
Rotação (velocidade)
n (desejada)
Tempo
t (p005)
Figura 9
SENAI-RJ 87
Automação Industrial Avançada – Inversor de Frequência
Parâmetro 009
Tipo de entrada:
Parâmetro = 1 a entrada signifi cativa é analógica (0 – 10Vcc).
Parâmetro = 0 a entrada signifi cativa é digital.
Esse parâmetro diz ao inversor como vamos controlar a velocidade do motor. Caso esteja em 
1 , a velocidade será proporcional à tensão analógica de entrada. A entrada digital será ignorada.
Caso o parâmetro esteja em 0, a velocidade será controlada por um sinal digital (na entrada 
digital), e o sinal analógico não mais infl uenciará.
Parâmetro 010
Frequência de PWM:
Parâmetro = 1 Freq. PWM = 2kHz
Parâmetro = 2 Freq. PWM = 4kHz
Parâmetro = 3 Freq. PWM = 8kHz
Parâmetro = 4 Freq. PWM = 16kHz
Esse parâmetro determina a frequência de PWM do inversor.
Notem que para P 010 = 1 temos 2kHz, e os demais dobram de valor até 16kHz 
(frequência máxima).
Para evitarmos perdas no motor e interferências eletromagnéticas (EMI), quanto menor 
essa frequência, melhor.
O único inconveniente de parametrizarmos o PWM com frequências baixas (2 ou 4kHz) é a 
geração de ruídos, isto é, a máquina fi ca mais “barulhenta”. Portanto, devemos fazer uma “análise 
crítica” das condições gerais do ambiente de trabalho, antes de optarmos pelo melhor PWM.
Como já mencionado, existe uma infi nidade de parâmetros nos inversores. Lembre-se 
que o inversor de frequência da marca “XX” é fi ctício. A ordem dos parâmetros foi “inventada” 
para viabilizar a didática, porém, é bem parecida com a maioria dos inversores comerciais.
Para parametrizar um inversor real, basta consultar o manual do fabricante e fazer uma 
analogia com o que foi apresentado antes.
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Automação Industrial Avançada – Inversor de Frequência
Dimensionamento
Como posso saber: qual é o modelo, tipo e potência do meu inversor para a minha aplicação?
Bem, vamos responder a essa pergunta em três etapas:
Potência do inversor:
Para calcularmos a potência do inversor, temos de saber qual motor (e qual carga) ele 
acionará. Normalmente, a potência dos motores é dada em CV ou HP. Basta fazermos a con-
versão para watts e o resto é fácil.
Vamos dar um exemplo prático:
Rede elétrica = 380Vca
Motor = 1HP
Aplicação = exaustor industrial
Cálculos:
1HP = 746W ( e 1CV = 736W ).
Portanto, como a rede elétrica é de 380Vca e os inversores (normalmente) possuem um 
fator de potência = 0,8 (Cos = 0,80), temos:
CI = Corrente do inversor
Tensão de entrada = 380VCA
Corrente nominal = 2,5A (“arredondando 2,45 para cima”).
Tipo de inversor
A maioria dos inversores utilizados é do tipo escalar. Só utilizamos o tipo vetorial em 
duas ocasiões: extrema precisão de rotação e torque elevado para rotação baixa ou zero (Ex.: 
guindaste, pontes rolantes, elevadores etc.).
SENAI-RJ 89
Automação Industrial Avançada – Inversor de Frequência
Modelo e fabricante
Para escolher o modelo, basta consultarmos os catálogos dos fabricantes, ou procurarmos 
um que atenda (no nosso exemplo) às seguintes características mínimas:
Tensão de entrada: 380Vca
Corrente nominal: 2,5A
Tipo: escalar.
Todas as demais funções são opcionais.
Quanto ao fabricante, o preço deve determinar a escolha. Apenas como referência ao leitor, 
os mais encontrados na indústria são: Siemens, Weg etc.
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Nesta seção...
Soft-Starters
Soft-Starters
Tipos de controle de Soft-Starters
Praticando
SENAI-RJ 93
Automação Industrial Avançada – Soft-starters
Motores com características de velocidade máxima quase idênticas podem ter diferenças 
grandes na capacidade de partida. As correntes de partida variam de 5 a 9 vezes a corrente 
nominal. Torques de rotor bloqueado variam de 0,7 a 2,3 do torque nominal. As características 
de tensão, corrente e torques máximos formam o conjunto de limites que uma partida com 
tensão reduzida pode administrar.
Quando uma tensão reduzida de partida é utilizada, 
o torque de partida do motor é reduzido de acordo com 
a seguinte fórmula:
Soft-Starters
Soft-Starters são equipamentos eletrônicos destinados ao controle da partida de motores 
elétricos de corrente alternada.
Quando acionamos um motor através da conexão direta da fonte de alimentação com 
valores nominais, inicialmente ele drena a corrente de rotor bloqueado (Irb) e produz um 
torque de rotor bloqueado (Trb). Assim que o motor acelera a corrente cai e o torque aumenta 
antes de cair para seus valores nominais na velocidade nominal. Em ambos, a magnitude e o 
formato das curvas de torque e corrente dependem do projeto do motor.
Figura 1
94 SENAI-RJ 
Automação Industrial Avançada – Soft-starters
A corrente de partida pode ser reduzida até o ponto onde o torque de partida continue 
excedendo o torque resistente (carga). Abaixo desse ponto o motor cessará a aceleração e o 
motor/carga não atingirá a velocidade nominal.
Os tipos mais comuns para redução da tensão de partida são:
 Partidas estrela/triângulo;
 Partidas com autotransformador;
 Partidas com resistência primária; e
 Soft-starters.
A partida estrela triângulo é a mais barata das formas de partida com tensão reduzida, 
entretanto sua performance é limitada. As duas limitações mais importantes são:
 Não existe controle sobre a limitação do torque e da corrente de partida que são fi xos 
em 1/3 do nominal.
 Existem, normalmente, grandes transientes de corrente e torque quando há mudança 
da estrela para o triângulo, o que causa estresse mecânico e elétrico.
O autotransformador oferece melhor controle da partida, entretanto a tensão continua 
sendo aplicada em passos. Algumas limitações do autotrafo são:
 Transientes de torque causados pelos passos de tensão.
 Número limitado de taps restringe a possibilidade de selecionar a corrente ideal de 
partida.
 Altos custos para partidas frequentes ou pesadas.
 Não consegue fornecer uma solução efetiva para partidas com características variáveis. 
Por exemplo, uma correia transportadora pode ser partida vazia ou com carga. O auto-
transformador só pode ser otimizado para uma situação.
Partida com resistência primária (rotor bobinado) também oferece grandes vantagens 
sobre a partida estrela triângulo. Porém, os motores possuem algumas características que 
reduzem sua efetividade, como:
 Difi culdade para otimizar a partida no comissionamento, pois a resistência deve ser 
calculada quando a partida é fabricada e não é facilmente alterada depois.
 Baixa performance com partidas frequentes, pois a resistência muda seus valores com 
o aquecimento. Um período longo de resfriamento é necessário entre as partidas.
 Baixa performance em partidas longas e pesadas, pois a resistência muda seus valores 
com o aquecimento.
 Não consegue fornecer uma solução efetiva para partidas com características variáveis.
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Automação Industrial Avançada – Soft-starters
Os soft-starters são os equipamentos mais avançados para redução de tensão na partida. 
Eles oferecem melhor controle sobre a corrente e o torque, assim como podem incorporar 
funções avançadas para proteção do motor e ferramentas de interface.
 Controle simples e fl exível sobre a corrente e o torque de partida.
 Controle suave da tensão e da corrente, livre de passos ou transientes.
 Capaz de partidas frequentes.
 Capaz de gerenciar partidas com características variáveis.
 Controle soft stop (parada suave) para aumentar o tempo de parada dosmotores.
 Controles para freio para reduzir o tempo de parada dos motores.
Tipos de controle de Soft-Starters
O termo soft starter é aplicado a uma gama de tecnologias. Essas tecnologias estão todas rela-
cionadas com a partida suave de motores, mas existem diferenças signifi cativas entre os métodos 
e os benefícios que os acompanham. Os soft starters podem ser divididos da seguinte maneira:
 Controladores de torque.
 Controladores de tensão em malha aberta.
 Controladores de tensão em malha fechada.
 Controladores de corrente em malha fechada.
Controladores de torque promovem apenas a redução do torque de partida. Dependendo 
do tipo, eles podem controlar apenas uma ou duas fases. Como consequência não existe controle 
sobre a corrente de partida como é conseguido com os tipos mais modernos de soft-starter.
Controladores de torque com apenas uma fase devem ser utilizados com contator e relé 
de sobrecarga. Eles são apropriados para aplicações pequenas.
O controle trifásico deve ser usado para partidas frequentes ou com cargas de alta inércia, 
pois os controladores monofásicos causam um aquecimento extra na partida. Isso acontece, 
pois a tensão nas bobinas que não são controladas fi cam sob a tensão nominal. Essa corrente 
circula por um período maior do que durante uma partida direta, resultando num sobreaque-
cimento do motor.
96 SENAI-RJ 
Automação Industrial Avançada – Soft-starters
Controladores com duas fases devem ser usados com um relé de sobrecarga mas podem 
parar e partir o motor sem um contator. Entretanto, a tensão continua presente no motor mes-
mo que ele não esteja rodando. Se instalado dessa maneira, é importante assegurar medidas 
de segurança.
Controladores de tensão em malha aberta controlam as três fases e têm todos os benefícios 
fornecidos pelos soft-starters. Esses sistemas controlam a tensão aplicada no motor de manei-
ra preconfi gurada e não têm nenhuma realimentação de corrente. A performance da partida 
é conseguida confi gurando-se parâmetros como tensão inicial, tempo de rampa e tempo de 
rampa duplo. A parada suave também está disponível.
Controladores de tensão em malha aberta também devem ser usados com relés de sobre-
carga e com contatores, se requerido. Dessa forma, são componentes que devem estar agregados 
a outros componentes para formar um sistema de partida do motor.
Controladores de tensão em malha fechada são uma variante do sistema de malha aberta. 
Eles recebem realimentação da corrente de partida do motor e usam essa informação para 
cessar a rampa de partida do motor quando a corrente de limite confi gurada pelo usuário é 
atingida. O usuário tem as mesmas confi gurações do sistema de malha aberta com a adição 
do limite de corrente.
A informação da corrente do motor também é normalmente utilizada para fornecer uma 
variedade de proteções baseadas na corrente. Essas funções incluem sobrecarga, desbalan-
ceamento de fases, subcorrente etc. Controladores de corrente em malha fechada é o mais 
avançado de todos.
Ao contrário do sistema de tensão em malha fechada eles usam a corrente como referência 
principal. As vantagens dessa aproximação são o controle preciso da corrente de partida e fácil 
ajuste. Muitos ajustes do usuário podem ser feitos automaticamente por sistemas baseados 
em corrente.
SENAI-RJ 97
Automação Industrial Avançada – Soft-starters
Praticando:
Responda às questões, após leitura cuidadosa.
 Quais as operações pré-programadas que o CLP executa no momento em que é ligado?
 Explique para que são utilizadas as redes de CLPs.
 Explique algumas técnicas de diagnósticos de alguns fabricantes de CLPs.
 Cite alguns tópicos importantes que devem ser considerados na elaboração de um projeto 
para escolha correta de um CLP.
 O que você entende por Sistemas de Supervisão e Controle?
 Cite algumas perguntas básicas para especifi cação de uma IHM.
 Escreva quais os quatro meios de comunicação entre a IHM e o controlador do Sistema.
 O que você entende por Profi bus?
 O que são inversores de frequência?
 O que são soft-starters?
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Automação Industrial Avançada – Referências
Referências
SENAI-RJ . Controladores Lógicos Programáveis I . Rio de Janeiro, 2004.
SENAI-RJ . Controladores Lógicos Programáveis II . Rio de Janeiro, 2004.
Instituto Brasileiro de Petróleo e Gás . Instrumentação Industrial . Editora Interciência : Rio de 
Janeiro, 2006.
Associação Profi bus Brasil . Descrição técnica . 2005 .
Mecatrônica Atual n° 2 . Rio de Janeiro, 2006 .
Sites
www.siemens.com.br
www.ifm-electronic.com.br