INSTRUMENTAÇÃO-E-SENSORIAMENTO-INDUSTRIAL

Prévia do material em texto

1 
 
INSTRUMENTAÇÃO E SENSORIAMENTO INDUSTRIAL 
 
 
 
2 
 
NOSSA HISTÓRIA 
A nossa história inicia com a realização do sonho de um grupo de empre-
sários, em atender à crescente demanda de alunos para cursos de Graduação 
e Pós-Graduação. Com isso foi criado a nossa instituição, como entidade ofere-
cendo serviços educacionais em nível superior. 
A instituição tem por objetivo formar diplomados nas diferentes áreas de 
conhecimento, aptos para a inserção em setores profissionais e para a partici-
pação no desenvolvimento da sociedade brasileira, e colaborar na sua formação 
contínua. Além de promover a divulgação de conhecimentos culturais, científicos 
e técnicos que constituem patrimônio da humanidade e comunicar o saber atra-
vés do ensino, de publicação ou outras normas de comunicação. 
A nossa missão é oferecer qualidade em conhecimento e cultura de forma 
confiável e eficiente para que o aluno tenha oportunidade de construir uma base 
profissional e ética. Dessa forma, conquistando o espaço de uma das instituições 
modelo no país na oferta de cursos, primando sempre pela inovação tecnológica, 
excelência no atendimento e valor do serviço oferecido. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3 
Sumário 
INSTRUMENTAÇÃO E SENSORIAMENTO INDUSTRIAL ..................... 1 
NOSSA HISTÓRIA .................................................................................. 2 
INTRODUÇÃO ......................................................................................... 5 
INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL ......................................................... 6 
Funcionamento de um instrumento ...................................................... 7 
Controle de processos ......................................................................... 7 
Malha aberta ..................................................................................... 9 
Malha fechada ................................................................................ 10 
Etapas e conceitos fundamentais no controle de processos .......... 10 
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL.................................................................. 10 
Arquitetura da automação industrial ................................................... 12 
SENSORES ........................................................................................... 15 
Medidores de vazão ........................................................................... 15 
Medidor de nível ................................................................................. 16 
Célula de carga .................................................................................. 17 
Medidor de PH ................................................................................... 19 
Medidor de viscosidade ..................................................................... 19 
CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS ............................... 21 
Constituição de um CLP .................................................................... 23 
Entradas e Saídas .......................................................................... 24 
CPU ................................................................................................ 24 
Memórias ........................................................................................ 24 
Fonte de Alimentação ..................................................................... 25 
Ciclo de processamento ................................................................. 25 
file:///C:/Users/Lorena.DESKTOP-Q337FT0/Desktop/Instrumentação%20e%20Sensoriamento%20Industrial.docx%23_Toc58482492
 
 
 
4 
Linguagens de Programação .......................................................... 26 
SISTEMA DE SUPERVISÃO E AQUISIÇÃO DE DADOS (SCADA) ..... 27 
Objetivo de um sistema de aquisição de dados ................................. 28 
SCADA ............................................................................................... 30 
Data Mining ........................................................................................ 30 
A ferramenta de aquisição de dados .................................................. 31 
REFERÊNCIAS ..................................................................................... 33 
 
 
 
 
 
5 
INTRODUÇÃO 
A instrumentação industrial é a ciência que estuda, desenvolve e aplica 
instrumentos de medição e controle de processos na indústria. 
A eficiência dos processos que envolvem a indústria que você atua de-
pendem da qualidade da instrumentação, da confiabilidade dos equipamentos e 
do suporte dos melhores fornecedores. 
A Instrumentação Industrial, quando utilizada de maneira criteriosa e pla-
nejada, reduz custos, aumenta a produtividade e contribui com a qualidade e a 
segurança da produção em que você trabalha. 
No dia a dia, principalmente da Indústria de Transformação, o trabalho de 
um instrumentista é fundamental na Pirâmide de Automação Industrial. 
Cada um dos instrumentos usados no processo industrial é importante. 
Seja na medição de nível, vazão, temperatura, pressão ou qualquer outra gran-
deza. 
A indústria vem aumentado a demanda de controle de processos a cada 
dia. Manter um controle adequado dos processos tem se tornado cada vez mais 
importante não apenas para operadores de campo, mas também para a empresa 
como um todo, incluindo executivos e gerentes dos mais diversos setores. 
Isso é resultado de dois fatores: redução dos custos de produção e au-
mento do foco em segurança do trabalho. 
Um dos principais objetivos da Instrumentação Industrial é manter o con-
trole do processo produtivo seja em volume, peso, densidade, vazão etc. Se a 
sua medição é eficiente, você terá como resultado um maior rendimento da pro-
dução, pois os processos serão feitos sem interrupções. 
A medição adequada de uma grandeza é um elemento fundamental den-
tro de um sistema de calibração de tanques, por exemplo. Uma instrumentação 
precisa aumenta significativamente a eficiência da planta. 
https://instrumentacaoecontrole.com.br/industria-4-0-internet-das-coisas/
https://instrumentacaoecontrole.com.br/instrumentacao-industrial-seja-o-heroi-da-sua-operacao/
https://instrumentacaoecontrole.com.br/automacao-industrial-8-passos-avancar-seu-projeto/
https://instrumentacaoecontrole.com.br/piramide-da-automacao-industrial/
https://instrumentacaoecontrole.com.br/dicas-medicao-de-nivel/
 
 
 
6 
Por exemplo, levando em consideração a medição de nível, se um silo de 
grãos precisa estocar uma certa quantidade de material o tempo inteiro, mas não 
é preenchido em sua capacidade máxima por falhas na medição, a unidade de 
produção poderá precisar de silos adicionais, acarretando despesa de compra e 
manutenção desnecessárias. 
Muitos processos necessitam de um fluxo contínuo, entrada e saída de 
materiais. É inviável obter um fornecimento consistente com taxas variáveis ou 
se houver incidentes na linha de abastecimento. 
A Instrumentação Industrial também é feita por razão de segurança. Ima-
gine o transbordamento acidental de um tanque de ácido causado por uma me-
dição imprecisa de um instrumento. 
Assim como falamos de um incidente envolvendo ácido, também poderí-
amos extrapolar para diversos outros tipos de materiais comuns na indústria, 
como inflamáveis, reagentes, dentre outros. 
Prevenir transbordamentos, detectar vazamentos, evitar incêndios, dentre 
outras ocorrências também é importante para a indústria e seus processos de 
adequarem diante de todas as regulações ambientais. 
INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL 
A instrumentação industrial é a ciência que estuda, desenvolve e aplica 
instrumentos de medição e controle de processos na indústria. É empregada 
tanto em processos usuais como a medição de nível em indústrias sucroalcoo-
leiras quanto em processos críticos como reatores nucleares. 
A obtenção de medidas precisas e com o menor custo possível depende 
do instrumento empregado,da qualificação do usuário e do tratamento matemá-
tico que as medições sofrem. 
Dessa forma, para o emprego de instrumentos e a interpretação correta 
dos seus resultados é fundamental que a pessoa encarregada dessa tarefa en-
tenda os princípios de medição dos instrumentos para que possam ser feitas 
https://instrumentacaoecontrole.com.br/tudo-sobre-medicao-de-nivel/
 
 
 
7 
medições confiáveis dentro das faixas possíveis e características do instru-
mento. 
Funcionamento de um instrumento 
Instrumento é um dispositivo que transforma uma variável física de inte-
resse em um formato passível de medição pela instrumentação industrial. 
 
O sensor é o elemento de destaque para o processo de medição. A fun-
ção do sensor é converter o sinal da variável física em um sinal da variável de 
saída apropriado. 
Os sinais das variáveis devem ser escolhidos de modo que possam ser 
manipulados e transmitidos em circuitos elétricos, preferencialmente, para uma 
leitura direta ou para serem armazenados em computadores de uma forma his-
tórica. 
Controle de processos 
A função fundamental do controle de processos é manter uma determi-
nada variável em um valor desejado mesmo quando ela for submetida a pertur-
bações externas. 
 
 
 
8 
 
Os controles de processo levam em consideração duas formas de funcio-
namento, uma mais inteligente, com controle automático; e outra mais tradicio-
nal, com controle manual do processo. 
 
Ainda temos o controle de processo manual. É um sistema mais rudimen-
tar, lento e trabalhoso. Basicamente consiste em uma pessoa observando o valor 
atual do nível e fazendo a comparação com o valor desejado. 
Se o valor medido é maior, abre-se a válvula, aumentando a vazão de 
saída. Se o nível estiver menor que o valor desejado, fecha-se a válvula, redu-
zindo a vazão de saída, fazendo com que o nível atual observado seja elevado. 
Essas operações são feitas repetidamente pelo responsável técnico para 
que o nível fique o mais próximo possível do valor desejado. 
 
 
 
9 
 
Quando se fala em controle, deve-se, necessariamente, subentender a 
medição de uma variável qualquer do processo e a sua atuação no sentido de 
mantê-la constante; isto é, a informação recebida pelo controlador é comparada 
com um valor preestabelecido (set point). Verifica-se a diferença entre ambos e 
age-se para diminuir ao máximo essa diferença. 
Essa sequência de operações caracterizam a chamada malha de con-
trole, dividida em controles de malha aberta e malha fechada. 
Malha aberta 
O controle com malha aberta tem a ação de controle independente da 
saída. Ou seja, a saída não tem efeito na ação de controle. 
 
Nessa espécie de controle não existe elemento de realimentação, a saída 
nem ao menos é medida ou comparada com uma entrada para efetuar a ação 
de controle. 
É o contrário do controle em malha fechada. 
 
 
 
 
10 
Malha fechada 
Feedback ou controle em malha fechada é o controle no qual o processo 
pode ser realizado e compensado antes ou depois de afetar a variável contro-
lada. 
Trata-se da forma de controle usualmente mais empregada. Consiste na 
medição da variável de processo, passando pela aferição do set point (valor de-
sejado) e ao fim alcançando um erro. O sinal de erro é transmitido a um contro-
lador que faz a correção. 
Etapas e conceitos fundamentais no controle de processos 
Grande parte dos sistemas de controle realiza as seguintes etapas: 
1. Medição de um estado ou condição de um processo; 
2. Um controlador calcula uma ação com base em um valor medido 
de acordo com um valor desejado; 
3. Um sinal de saída resultante dos cálculos do controlador é utilizado 
para manipular uma ação do processo na forma de um atuador; 
4. processo reage ao sinal aplicado, mudando o seu estado ou con-
dição. 
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 
Segundo Muraro (1969) desde os primórdios da humanidade, o ser humano 
possui uma vontade inata de se desenvolver, gerando uma busca infinita por fa-
cilidades que tornem a sua vida mais simples e segura. Como prova dessa busca 
infinita nota-se que viveríamos, como nômades ainda, se o progresso econômico 
fosse nossa única justificativa para o desenvolvimento. 
A partir dessa necessidade humana, e possível observar que a revolução in-
dustrial foi um fator natural do desenvolvimento humano. Esta foi a transição para 
novos processos de manufatura. Esta transformação incluiu a transição de méto-
 
 
 
11 
dos de produção artesanais para a produção por máquinas, motivados pela ex-
pansão dos mercados que se tornaram globais e não mais locais. Com o advento 
da primeira revolução industrial, marco na evolução mundial, surge à possibilidade 
de expandir a produção e, assim, confeccionar objetos de maior qualidade a preços 
reduzidos. Para que tais escalas de produção fossem atingidas o uso somente de 
força braçal não se fazia suficiente, nascia assim, um processo denominado me-
canização das etapas de produção, com o objetivo de um aumento significativo 
na produtividade da indústria. Assim, a mecanização é uma técnica que permite a 
extensão das funções humanas – que não a cerebral – através de um processo de 
fragmentação e tem como principal característica a possibilidade de repetição infi-
nita de determinados movimentos (MURARO, 1969). 
Porém ao se observar a mecanização, nota-se que é um processo depen-
dente do homem, pois na mecanização as maquinas são alimentas e operadas 
totalmente por um operador e não de forma automática. O que torna a mecaniza-
ção perigosa, pois os movimentos do operador serão monótonos e repetitivos, os 
quais podem gerar falhas (SANTOS, 1979). 
Segundo Tonial (2010), as lacunas existentes com o advento da mecani-
zação, só seriam totalmente preenchidas na segunda revolução industrial. Lacu-
nas estas, que exigiam novas tecnologias para serem descartadas do processo fabril. 
Somente com a evolução de tecnologias como a eletrônica, a física e a robótica que 
se tornou possível cumprir tais falhas, nascia assim então à automação. 
Segundo a Organização Internacional do Trabalho, automação é definida 
pela seguinte frase “A utilização de máquinas que precisam de pouco ou nenhuma 
intervenção humana, com intuito de, geralmente, substituir trabalhadores”. Para 
Muraro (1969), a tecnologia utilizada para realizar a automação utiliza um conjunto 
de elementos básicos semelhantes aos computadores estas são: uma unidade de 
entrada (input), uma unidade de armazenamento (storage), uma unidade central 
de processamento (Central Processor ) e por último uma unidade de saída (ou-
tput). Porém tem-se também a definição do Martins (2012) que diz “Um sistema de 
automação possui os seguintes componentes básicos: Sensoriamento; Compara-
ção e controle; Atuação”. Nota-se que uma visão não se distingue da outra, pois, um 
 
 
 
12 
input será a obtenção de dados através do sensoriamento, o armazenamento e 
processamento tem-se por comparação e controle, e por final os outputs tem-se 
pôr a atuação do sistema. 
Arquitetura da automação industrial 
Como o crescimento e o desenvolvimento de novas tecnologias, as novas 
formas de automação foram sendo divididas em diversos níveis de atuação, onde 
cada nível é responsável por uma função dentro de um sistema complexo de 
automação. Criou-se então a pirâmide de hierarquia a automação. Figura 1 ilustra 
a pirâmide hierárquica: 
 
Figura 1 – Pirâmide hierárquica de Automação. 
Segundo MORAES e CASTRUCCI (2007), a automação pode ser dividida 
em cinco níveis de hierarquia, os quais são: 
Nível 1 – Aquisição de Dados e Controle Manual: O primeiro nível é majori-
tari- amente composto por dispositivos de campo. Atuadores, sensores, transmisso-
res e outros componentes presentes na planta compõem este nível, que é conhe-
cido como o chão de fábrica (figura 2). 
 
 
 
 
13 
 
Figura 2 – Exemplo de chão de fabrica 
Nível 2 – Controle: O segundo nível compreendeequipamentos que rea-
lizam o controle automatizado das atividades da planta (figura 3). Aqui se encon-
tram os CLP’s (Controlador Lógico Programável), SDCD’s (Sistema Digital de 
Controle Distribuído) e relés. 
 
Figura 3 – Exemplo de uma hierarquia de Nível 2 
Nível 3 – Controle de Célula, Supervisão e Otimização do Processo: O 
terceiro nível destina-se a supervisão dos processos executados por uma deter-
minada célula de trabalho em uma planta. Na maioria dos casos, também obtém 
suporte de um banco de dados com todas as informações relativas ao processo 
(figura 4). 
 
 
 
14 
 
Figura 4 – Controle de célula de trabalho 
Nível 4 – Controle Fabril Total, Produção e Programação: O quarto nível é 
res- ponsável pela parte de programação e também do planejamento da produção. 
Este auxilia tanto no controle de processos industriais, quanto também na logística 
de suprimentos. Pode-se encontrar o termo Gerenciamento da Planta para este 
nível. 
Nível 5 – Planejamento Estratégico e Gerenciamento Corporativo: O 
quinto e último nível da pirâmide da automação industrial se encarrega da admi-
nistração dos recursos da empresa. Neste nível encontram-se softwares para 
gestão de venda, gestão financeira, para ajudar na tomada de decisões que afe-
tam a empresa como um todo. Figura 5 ilustra todos os níveis de automação e 
seus componentes. 
 
 
 
15 
 
Figura 5 – Níveis de hierarquia e seus respectivos componentes 
SENSORES 
Medidores de vazão 
Para Cassiolato e Alves (2008), vazão pode ser definida como sendo a 
quantidade volumétrica ou mássica de um fluido que escoa através de uma se-
ção de uma tubulação ou canal por unidade de tempo. A vazão é uma grandeza 
normalmente medida indiretamente, ou seja, outra grandeza associada à vazão 
é a grandeza realmente medida, e a vazão é calculada em função do valor ob-
tido. Por isso, o medidor de vazão consiste de um elemento primário, um ele-
mento secundário e um transmissor de vazão. O primeiro é responsável por ge-
rar, através de algum processo físico, uma grandeza mensurável que seja pro-
porcional à vazão que se deseja medir; o segundo é responsável por transformar 
essa segunda grandeza numa terceira que seja diretamente mensurável; o ter-
ceiro é responsável não apenas por transmitir esse sinal ao dispositivo que vai 
utilizar a informação (um controlador programável, por exemplo), mas também 
de executar as conversões necessárias. 
 
 
 
16 
Sua unidade no sistema internacional, e dada por (m³/s): 
Q=v/t 
Onde v é Volume (m³), t é Tempo (seg) 
Por tanto existem vários tipos de medidores de vazão que se utilizam de 
outras grandezas para medir a vazão propriamente dita, tais como: Geradores 
de pressão diferencial; Tubos de Pitot; Medidores de área variável; Medidores 
tipo turbina; Medidores de deslocamento positivo (ou medidores volumétricos); 
Medidores magnéticos; Medidores ultrassônicos; Medidores térmicos; Medido-
res de vórtices; Medidores por efeito Coriolis; Medidores em canais abertos; Me-
didores ópticos; dentre outros (CASSIOLATO; ALVES, 2008). Figura 6 ilustra um 
exemplo de um medidor de vazão. 
 
Figura 6 – Medidor de vazão do tipo vórtex 
Medidor de nível 
Para Cassiolato e Cesar (2005) um medidor de nível do fluido em um reser-
vatório ou canal, pode ser algo tão simples quanto uma barra graduada inserida 
no mesmo. No entanto, a medição industrial de nível exige que seja gerado um 
sinal que possa ser usado para indicação em local remoto ou acionamento de 
algum circuito eletrônico. Os medidores de nível são em geral classificados de 
 
 
 
17 
acordo com seu princípio de funcionamento. Um sensor de nível mede a distân-
cia do fluido para a superfície, a partir dessa distancia é calculado o volume, ou 
seja, litros ou m³, para o SI. 
Basicamente, os sensores de nível detectam o nível de substâncias con-
tidas em um recipiente. Tais substâncias podem ser líquidas, pastosas, materiais 
granulares, e pó. A substância a ser medida pode estar dentro de um recipiente 
ou pode ser na sua forma natural, como por exemplo, um rio ou de um lago. A 
medição de nível pode ser tanto de valores contínuos ou pontuais. Para valores 
contínuos, os sensores atuam dentro de um intervalo especificado e determinam 
a quantidade exata de substância em um determinado lugar, enquanto o sensor 
ponto a ponto apenas indica se a substância está acima ou abaixo do ponto de 
detecção. De acordo com o princípio de funcionamento, os medidores atual-
mente em uso na indústria podem ser divididos nas seguintes categorias: Flutu-
adores; Com eletrodos metálicos; Por pressão hidrostática; Capacitivos; Vibra-
tórios; Ópticos; Por onda sonora (Figura:7); Radioativos; Por célula de carga; 
Com pás rotativas entre outros.(CASSIOLATO; CESAR, 2005) 
 
 
Figura 7 – Sensor de Nível tipo radar 
Célula de carga 
Células de Cargas podem ser usadas como transdutores de força, po-
dendo ser aplicadas em diversas situações graças a grande diversidade de for-
mas. O princípio de funcionamento normalmente é baseado na variação ôhmica 
 
 
 
18 
sofrida em um sensor denominado extensômetro elétrico de resistência ou strain 
gauges, quando este é submetido a deformações. a célula de carga é utilizada 
por ser precisa e ser versátil em relação ao tamanho das cargas aplicadas. Por 
exemplo, podem ser usadas tanto para medir o estresse em estruturas como 
pilares e cabos, como para balanças de precisão (BARBOSA, 2009). 
Para um maior controle de estoque e de insumos consumidos, as células 
de cargas utilizadas em balanças são essências para a indústria de saneantes. 
Através de sinais elétricos gerados pelos extensômetros submetidos a uma de-
formação, pode-se quantificar em quilos a massa de determinado objeto, sendo 
possível repassar essa informação para um banco de dados para analises ne-
cessárias, possibilitando assim um maior controle efetivo para uma produção. 
Sua unidade de media para o SI é o de massa, quilogramas (Kg). Figura 8 temos 
exemplos de células de carga e a figura 9 uma balança industrial. 
 
 
Figura 8 – Células de carga 
 
 
Figura 9 – Balança Industrial 
 
 
 
19 
Medidor de PH 
Medidor de pH é utilizado na indústria química para realiza correções e 
estabilizar produtos. O pH significa “potencial hidrogeniônico", que em uma es-
cala logarítmica que mede o grau de acidez, neutralidade ou alcalinidade de uma 
determinada solução. A escala compreende valores de 0 a 14, sendo que o 7 é 
considerado o valor neutro. O valor 0 (zero) representa a acidez máxima e o 
valor 14 a alcalinidade máxima. Valores abaixo de zero ou superiores a 14 tam-
bém podem ser verificados em algumas substâncias. As substâncias são consi-
deradas ácidas quando o valor de pH está entre 0 e 7 e alcalinas (ou básicas) 
entre 7 e 14 (PERUZZO; CANTO, 2006). 
O pHmetro é um aparelho usado para medição de pH, que consiste em 
um eletrodo acoplado a um potenciômetro (aparelho medidor de diferença de 
potencial, figura 10). O medidor de pH é um milivoltímetro com uma escala que 
converte o valor de potencial do eletrodo em unidades de pH. A leitura do apa-
relho é feita em função da leitura dos milivolts, que o eletrodo gera quando é 
submerso na amostra. Assim, esses milivolts são convertidos para uma escala 
de pH (SALUD, 2005) 
 
 
Figura 10 – Sensor de pH 
Medidor de viscosidade 
A viscosidade é a propriedade dos fluidos correspondente ao transporte 
microscópico de quantidade de movimento por difusão molecular. Ou seja, 
quanto maior a viscosidade, menor será a velocidade em que o fluido se movi-
 
 
 
20 
menta, essa propriedade é associada à resistência que o fluido oferece a defor-
mação por cisalhamento. De outra maneira, é possível dizer que a viscosidade 
corresponde ao atrito interno nos fluidos devido basicamente a interações inter-
moleculares, sendo em geral função da temperatura. É comumente percebida 
como a "grossura", ouresistência ao despejamento. Viscosidade descreve a re-
sistência interna para fluir de um fluido e deve ser pensada como a medida do 
atrito do fluido. Assim, a água é "fina", tendo uma baixa viscosidade, enquanto 
óleo vegetal é "grosso", tendo uma alta viscosidade (WASHINGTON, 2012). 
A viscosidade é a relação entre a medida da resistência de um fluido sobre 
uma tensão T aplicada sobre ele. A relação que pode ser escrita aqui é: 
𝜏 = 𝜇 * Δu * Δm 
Fazendo a manipulação teremos: 
𝜇 = 𝜏 /Δu * Δm 
Uma vez que a unidade de tensão no Sistema Internacional de unidades 
é n/m², a unidade de comprimento é o metro e a de velocidade m/s, tem-se a 
viscosidade dada em (N/m²) * (m) * (m/s) = ((N*s)/m²) ou seja, Newton vezes 
segundo por metro ao quadrado. Mas no SI é comum usar o (Pa*s) Pascal 
vezes segundo uma vez que 1Pa = N/m² 
Para Viswanath e Ghosh (2007), em alguns sistemas indústrias, a visco-
sidade é um fator de qualidade para o produto, como no caso da indústria de 
saneantes. Pois seus produtos são geralmente líquidos e necessitam de uma 
determinada viscosidade para agradar o cliente, que associa tal grandeza com 
uma maior capacidade de limpeza do produto detém. O equipamento que tem a 
capacidade de quantificar a viscosidade é o viscosímetro. Para exercer sua fun-
ção existem vários tipos de equipamentos que se utilizam de formas variadas de 
tecnologias para medir a viscosidade, como os viscosímetros de tubo; de esfera 
em queda; de rotação; de vibração e de pistão oscilante entre outros. Para a 
aplicação industrial que se deseja, onde se faz necessário uma medida on-line 
a tecnologia que melhor se enquadra é a de viscosímetros de vibração. Seu fun-
cionamento é através de uma barra imersa no fluido. Esta vibra com determinada 
 
 
 
21 
frequência. Diferentes modos operacionais podem ocorrer a fim de determinar a 
viscosidade do fluido: Medida da amplitude de vibração da barra (figura 11), que 
é determinada pela viscosidade do fluido; Medida da potência necessária para 
manter a barra vibrando a uma amplitude constante; Medida do tempo de decai-
mento da oscilação quando desligada a vibração, quanto maior a viscosidade, 
mais rápido é o decaimento do sinal (VISWANATH; GHOSH, 2007). 
 
Figura 11 – Sensor de viscosidade por vibração 
CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS 
Segundo a NEMA (National Electrical Manufactures Association) CLP’s 
são aparelhos eletrônicos digitais que utiliza uma memória programável para ar-
mazenamento interno de instruções para implementações específicas, como ló-
gica, sequenciamento, temporização, contagem e aritmética, para controlar, 
através de módulos de entradas e saídas, vários tipos de máquinas ou proces-
sos. 
Para Martins (2012), de forma geral, os controladores lógicos programá-
veis (CLPs) são equipamentos eletrônicos, utilizados em sistemas de automação 
flexível. Estes permitem desenvolver e alterar facilmente a lógica para aciona-
mento das saídas em função das entradas. Desta forma, podem-se utilizar inú-
meros pontos de entrada de sinal para controlar pontos de saída de sinal (car-
gas), figura 12 temos um exemplo de CLP e suas várias entradas. 
 
 
 
22 
 
Figura 12 – CLP Siemens Simatic S7 
Antes do surgimento dos Controladores Lógicos Programáveis (CLP’s), 
as tarefas de comando e controle de máquinas e processos industriais eram fei-
tas por relés eletromagnéticos, especialmente projetados para este fim. O con-
trole baseado em relés exigia modificações na fiação, no caso de alterações no 
processo automatizado, e em muitos casos isso se tornava inviável, sendo mais 
barato substituir todo o painel por um novo(MARTINS, 2012). 
 
Figura 13 – Comparativo entre um quadro de relés e um quadro com CLP’s 
O primeiro CLP surgiu na indústria automobilística americana, que até en-
tão era um usuário em potencial dos relés eletromagnéticos. Estes eram utiliza-
dos para controlar operações sequenciadas e repetitivas numa linha de monta-
gem. A grande vantagem dos controladores programáveis era a possibilidade de 
reprogramação, permitindo transferir as modificações de hardware em modifica-
ções de software. Conclui-se que desde o seu aparecimento até hoje, muita 
 
 
 
23 
coisa evoluiu nos controladores lógicos. Esta evolução está ligada diretamente 
ao desenvolvimento tecnológico da informática em suas características de sof-
tware e de hardware. O que no seu surgimento era executado com componentes 
discretos, hoje utiliza microprocessadores e microcontroladores de última gera-
ção, usando técnicas de processamento paralelo, inteligência artificial, redes de 
comunicação, etc. Suas vantagens quando comparado a outros dispositivos de 
controle industrial são: menor espaço ocupado; menor potência elétrica reque-
rida; reutilização; programável: maior confiabilidade; fácil manutenção; maior fle-
xibilidade; permite interface através de rede de comunicação com outros CLP’s 
e microcomputadores; projeto mais rápido (MORAES; CASTRUCCI, 2007). 
Constituição de um CLP 
Segundo Fialho (2004) um CLP é constituído por: Entradas e Saídas: 
Onde serão recebidos e enviados os dados; Unidade Central de Processamento 
(CPU): onde as informações são processadas; Memoria: a qual armazenara o 
programa e os dados; Uma fonte de alimentação; Abaixo uma figura ilustrando 
sua constituição (figura 14). 
 
 
Figura 14 – Constituição do hardware do CLP 
 
 
 
 
24 
Entradas e Saídas 
São os elementos responsáveis por receberem e transmitirem um sinal, 
sendo ele tanto analógico quanto digital. 
As entradas contem itens tais como, botões, chaves limites e na grande 
maioria sensores. Tais sensores podem emitir sinal digital, o qual possui obvia-
mente dois estados ligado ou desligado, assim como um sinal analógico, que 
possui múltiplos estados(FIALHO, 2004). As saídas são dispositivos como sole-
noides, relés, contadores, partida de motores e etc, que estão conectados a sa-
ída do CLP. Analogamente a entrada, a saída possui dois tipos, digitais e analó-
gicas, as quais repassaram o sinal do CLP para o atuador desejado (FIALHO, 
2004). 
CPU 
É a responsável pela execução e armazenamento do programa aplicativo. 
Esta recebe os dados através da entrada, realiza a operação logicas seguindo o 
programa implementado e atualiza as saídas. Possui um processador, memória 
de programa, memória de dados, relógio de tempo real, timer e uma fonte de 
alimentação. A CPU funciona exata- mente como um computador manipulando 
os dígitos binários, sendo 1 para energizado e 0 para desenergizado(FIALHO, 
2004). 
Memórias 
É um espaço físico destinado a armazenar os dados do sistema. A CPU 
energiza ou não os bits, dependendo da lógica da operação, cabe então a me-
mória armazenar os bit, os quais são um padrão de carga elétrica que represen-
tam um valor numérico (FIALHO, 2004). 
Para Fialho (2004), CLP’s possuem dois tipos de memória, RAM (Random 
Acess Memory) e do tipo ROM (Read Only Memory). 
Memorias do tipo RAM: São memorias voláteis, ou seja, seus dados são 
perdidos assim que deixam de serem alimentadas eletricamente. Sua principal 
 
 
 
25 
característica reside no fato de que os dados podem ser gravados e alterados 
rapidamente e facilmente. No CLP, acompanhada de uma bateria ou um capa-
citor, é utilizada para armazenar dados temporariamente. 
Memorias do tipo ROM: São memórias especialmente projetadas para 
manter armazenadas informações, que não poderão ser alteradas. Desta forma, 
é uma memória somente para leitura e seus dados não se perdem caso ocorra 
falta de energia. Nesse elemento são armazenados os dados do programa de 
controle do funcionamento e os dados do programa desenvolvido pelo usuário 
para determinada atividade. 
Fonte de Alimentação 
A fonte de alimentação é a responsável por fornecer energia aos elemen-
tos eletrônicos internos do controlador. Esta converte a tensão de entrada, ge-
ralmente corrente alternada,em corrente continua e ainda protege os elementos 
de picos de tensão. Podem possuir baterias para garantir o funcionamento 
mesmo se tensão de entrada (FIALHO, 2004). 
Ciclo de processamento 
O princípio de funcionamento de um CLP segundo Martins (2012), é se-
melhante ao de todo sistema microprocessado, baseando-se em três passos: 
1.) Transfere os sinais existentes na interface de entrada para a memória 
de dados. 
2.) Inicia a varredura do software aplicativo armazenando-o na memória 
de dados. Dentro deste ciclo, executará todas as operações que es-
tavam programadas no software aplicativo, como intertravamentos, 
habilitação de temporizadores/contadores, armazenagem de dados 
processados na memória de dados, etc. 
3.) Concluída a varredura do software aplicativo, a CPU transfere os da-
dos processados (resultados das operações lógicas) para a interface 
de saída. Paralelamente, novos dados provenientes da interface de 
 
 
 
26 
entrada irão alimentar a memória de dados. A Figura 15 ilustra o ciclo 
de processamento de cada operação. 
 
 
Figura 15 – Ciclo de processamento de um CLP 
Linguagens de Programação 
A linguagem de programação utilizada por CLP’s é regida pela norma IEC 
61131- 3, a qual possui 5 tipos de linguagens básicas de programação, onde 
duas são textuais e três são gráficas: Texto Estruturado; Lista de Instruções; 
Diagrama de Blocos Funcionais; Diagrama Sequenciais; Diagrama Ladder (MO-
RAES; CASTRUCCI, 2007). 
Segundo MORAES e CASTRUCCI (2007), a linguagem Ladder por conter 
uma programação bastante intuitiva e de fácil aprendizado, é mais utilizada do 
que as outras linguagens, se tornando praticamente a linguagem de programa-
ção para CLP’s. A sua origem advém dos diagramas elétricos em ladder (Es-
cada), os quais utilizam a lógica de relês. A seguir, tem-se um diagrama elétrico 
para acionamento de um motor (figura 16), em seguida, temos um diagrama em 
Ladder para o acionamento do motor (figura 17), mostrando a origem e a simples 
compreensão da linguagem Ladder. 
 
 
 
 
27 
 
Figura 16 – Diagrama Elétrico para acionamento de um motor 
 
 
Figura 17 – Diagrama em Ladder para acionamento de um motor 
SISTEMA DE SUPERVISÃO E AQUISIÇÃO DE DA-
DOS (SCADA) 
Sistemas de aquisição de dados e controle de dispositivos vêm sendo de-
senvolvidos para diferentes áreas de atuação, tanto industriais como científicas. 
O seu objetivo é apresentar ao observador os valores das variáveis ou parâme-
tros que estão sendo medidos. 
Nos últimos anos tem-se visto um crescente desenvolvimento de sistemas 
de aquisição e tratamento digital de sinais, sendo que vários fatores têm contri-
buído para a evolução nesta área: 
 O avanço da microeletrônica que tem possibilitado o aumento das 
capacidades e velocidades dos DSP’s, elemento central duma 
aplicação de tratamento digital de sinal; 
 
 
 
28 
 A crescente performance dos computadores pessoais, tal como a 
sua relação qualidade/preço e a sua confiabilidade; 
 A existência de cada vez mais e melhores ferramentas de desen-
volvimento de software que permitem criar aplicações de alto nível 
com avançadas interfaces gráficas; 
 O desenvolvimento de novas tecnologias de comunicação que per-
mitem o controle remoto de instrumentos usando a internet e o 
wireless como veículos de transmissão de dados. 
Uma empresa precisa de um sistema de aquisição e supervisão para pro-
porcionar níveis maiores de qualidade, redução dos custos operacionais, maior 
desempenho de produção e fundamentalmente, para facilitar a excelência ope-
racional. 
Objetivo de um sistema de aquisição de dados 
Os sistemas de aquisição têm por finalidade obter dados digitais através 
de medições de grandezas físicas (analógicas), tais como temperatura, pressão, 
densidade, pH, umidade, posição, etc, e vêm sendo incorporados por diversas 
vertentes, tanto industriais quanto científicas. 
Estas grandezas são “sentidas” por sensores ou transdutores e são con-
vertidas em quantidades elétricas por acondicionadores de sinais que levam os 
sinais até hardwares dedicados e os transformam em valores digitais. Estes va-
lores são processados por controladores e segundo lógicas de controles devol-
vem a resposta processada aos atuadores (elementos finais de controle), como 
na figura 18. 
Em sua grande parte, os valores medidos não são iguais ao da variável 
real, ou seja, o sistema de aquisição tem como entrada o valor real da variável e 
sua saída é o valor medido. 
 
 
 
29 
 
Figura 18 – Componentes de um sistema de aquisição de dados 
Os sensores transformam um fenômeno físico em sinais elétricos que 
uma vez detectados/produzidos variam de acordo com os parâmetros físicos que 
estão sendo monitorados, e devem ser acondicionados para fornecer sinais 
apropriados ao hardware de aquisição de dados. Os circuitos e ou elementos de 
acondicionamento de sinais amplificam, isolam, filtram e excitam sinais para que 
estes sejam apropriados aos hardwares de aquisição. Uma vez acondicionados 
e trabalhados na forma desejada, os sinais podem ser lidos em controladores ou 
mesmo computadores, com placas específicas instaladas, e armazenados em 
diferentes formas, como arquivos de texto, Excel, banco de dados, etc. 
 
 Figura 19 - Componentes de um sistema de aquisição de dados e fenômeno físico 
 
 
 
30 
SCADA 
SCADA (proveniente do seu nome em inglês Supervisory Control and 
Data Aquisition) são sistemas que utilizam software para monitorar e supervisio-
nar as variáveis e os dispositivos de sistemas de controle. São conectados atra-
vés de drivers específicos. Estes sistemas podem assumir topologia simples, cli-
ente-servidor ou múltiplos servidores-clientes. Atualmente, com o advento de 
sistemas de automação e controle baseados em redes digitais abertas permi-
tem arquiteturas cliente-servidor OPC (OLE for Process Control). 
De forma genérica, um sistema de supervisão é uma ferramenta de sof-
tware que permite monitorar e controlar partes ou todo um processo industrial. 
Têm 2 módulos básicos: o desenvolvedor e o executável ("run-time"). 
A maioria dos passos de programação é automatizada, suprindo a maior 
parte das necessidades de um projeto sem a real necessidade de conhecimento 
de linguagem de programação. Em casos mais complexos e específicos, onde 
os passos não estão automatizados, algumas ferramentas incorporam módulos 
de programação em VBA (Visual Basic For Applications) ou VBS (Visual Basic 
Script). 
Data Mining 
Prospecção de dados ou mineração de dados (também conhecida data 
mining) é o processo de explorar grandes quantidades de dados à procura de 
padrões consistentes, com regras de associação ou sequências temporais, para 
detectar relacionamentos sistemáticos entre variáveis, detectando assim novos 
subconjuntos de dados. 
Esse é um tópico recente em ciência da computação, mas que utiliza vá-
rias técnicas da estatística, recuperação de informação, inteligência artificial, sis-
temas de aquisição de dados e reconhecimento de padrões. A mineração de 
dados é formada por um conjunto de ferramentas e técnicas que através do uso 
de algoritmos de aprendizagem ou classificação baseados em redes neurais e 
 
 
 
31 
estatística, são capazes de explorar um conjunto de dados, extraindo ou aju-
dando a evidenciar padrões nestes dados e auxiliando na descoberta de conhe-
cimento. Esse conhecimento pode ser apresentado por essas ferramentas de 
diversas formas: agrupamentos, hipóteses, regras, árvores de decisão, grafos 
ou dendrogramas. 
Um passo fundamental para um processo de data mining bem sucedido é 
ter um sistema de aquisição de dados que possa gerar um banco de dados, 
relatórios, logs, etc. Disto nascem os repositórios organizados (Data 
Marts e Data Warehouses). 
A ferramenta de aquisição de dados 
Este tipo de ferramenta exige a transferência rápida de dados entre dis-
positivos, software de processamentoe de aplicação com interface gráfica avan-
çada, sensores e controladores de elevada precisão. Com a velocidade dos 
avanços tecnológicos, cada vez mais equipamentos e instrumentação vêm com 
hardware poderosos. Na vertente do software, as tecnologias vão-se tornando 
cada vez mais normalizadas, permitindo um desenvolvimento mais rápido e efi-
caz dos produtos. 
O campo de estudos da instrumentação virtual ainda está a dar os primei-
ros passos. Nos próximos anos serão desenvolvidos vários equipamentos avan-
çados em recursividades, os chamados instrumentos virtuais. Serão os blocos 
para a construção da nova geração de instrumentação e medida. As ferramentas 
devem ser simples e de fácil uso pelo usuário. Deve permitir o acesso a toda a 
funcionalidade proporcionada pela aplicação, maximizando a funcionalidade e 
mantendo a simplicidade da interface. 
 
 
 
 
 
32 
 
 
Figura 20 - Típica tela de representação de processos 
 
 
 
 
33 
REFERÊNCIAS 
BARBOSA, F. Modelagem Numerica e analise experimental, apli-
cadas ao projeto de uma celula de carga. [S.l.], 2009. 
CASSIOLATO C. - Sistemas de Supervisão e Aquisição de Dados. Dis-
ponivel em https://www.smar.com/brasil/artigo-tecnico/sistemas-de-supervisao-
e-aquisicao-de-dados. Acesso em: 7 de dez. 2020 
CASSIOLATO, C.; ALVES, E. Medição de vazão. Revista Controle & 
Instrumentação, 2008. 
CASSIOLATO, C.; CESAR. Medição de nível & nível de interface. Re-
vista Controle & Instrumentação, 2005. 
FIALHO, B. A. Automação Pneumática: Projetos, Dimensionamento e 
Analise de Circuitos. [S.l.]: Editora Erica, 2004. 
MARTINS, M. G. Princípios de Automação Industrial. [S.l.]: Universi-
dade Federal de Santa Maria, 2012. 
MORAES; CASTRUCCI. Engenharia de Automação Industrial. [S.l.]: 
Editora LTC, 2007. 
MURARO, R. M. A automação e o futuro do homem. [S.l.]: Editora Vo-
zes, 1969. 
PERUZZO, F. M.; CANTO, E. Química na abordagem do cotidiano. 
[S.l.]: Editora Moderna, 2006. 
ROURE. Instrumentação Industrial – Entenda de uma vez por todas. 
Disponível em: https://instrumentacaoecontrole.com.br/instrumentacao-indus-
trial-guia-completo/. Acesso em: 12 nov. 2020. 
SANTOS, J. J. H. Automação industrial: uma introdução. [S.l.]: Livros 
Técnicos e Científicos, 1979. 
VISWANATH, D. S.; GHOSH, T. Viscosity of Liquids- Theory, Estima-
tion, Experiment, and Data. [S.l.]: Editora Springer, 2007. 
 
 
 
34 
WASHINGTON, B. Fenômenos de Transporte para Engenharia. [S.l.]: 
Editora LTC, 2012.