Arquitetura de Automação Industrial

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AUTOMAÇÃO 
INDUSTRIAL
Cláudia Luisa Mendes
Arquitetura da 
automação industrial
Objetivos de aprendizagem
Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados:
 � Descrever os cinco níveis da pirâmide de automação.
 � Reconhecer o papel do controlador lógico programável.
 � Caracterizar o papel da engenharia de software na automação.
Introdução
A automação industrial tem sua estrutura subdividida em níveis hierárqui-
cos. A partir de cada nível, verifica-se quais componentes se comunicam 
entre si, formando a arquitetura de automação. 
Os controladores lógicos programáveis realizam o controle das 
operações que ocorrem no nível mais baixo da fábrica, interligando-o 
com o sistema supervisório responsável pela gestão das operações. 
O engenheiro de software atua nas áreas de automação dos processos, 
executando software de gestão e de automatização. 
Neste capítulo, você vai estudar os cinco níveis da pirâmide de au-
tomação, identificando em qual nível o controlador lógico programável 
está e quais são suas funções na automação. Por fim, vai ler sobre a 
importância do profissional de engenharia de software em sistemas de 
automação industrial.
1 A pirâmide de automação
Normalmente, imagina-se que a automação remete a um único objetivo, o 
de reduzir custos de produção, porém, como diz Moraes e Castrucci (2010), 
ela decorre mais de necessidades como maior nível de qualidade, expressa 
por especificações numéricas de tolerância, maior flexibilidade de modelos de 
mercado, maior segurança pública e dos operários, menores perdas materiais e 
de energia, mais disponibilidades e qualidade da informação sobre o processo 
e melhor planejamento e controle de produção.
Tendo esses objetivos em vista, para que a automação seja implantada, 
se faz uso da arquitetura da automação industrial, no entanto, em razão da 
exigência da realização de muitas funções, foi criada a pirâmide de automação, 
mostrada na Figura 1, a qual apresenta os níveis de automação que podem ser 
encontrados em qualquer planta industrial.
Figura 1. Pirâmide de automação.
Fonte: Adaptada de Moraes e Castrucci (2010).
Nível 5:
Gerenciamento
corporativo
Nível 4: Gerenciamento
de planta
Nível 3: Supervisão
Nível 2: Controle
Nível 1: Dispositivo de campo, sensores e atuadores
Mainframe
Workstation
Workstation, PC, IHM
CLP, PC, CNC, SDCD
Sensores digitais e analógicos
PROTOCOLOS
Ethernet
MAC
TCP/IP
Ethernet
MAC
TCP/IP
ControlNet
Pro�bus FMS
Fieldbus HSE
Fieldbus H1
CAN
Pro�bus DP, PA
Hart
Asl
LonWorks
InterBus
Na base da pirâmide, normalmente está o controlador programável, que 
atua a partir de inversores, conversores ou sistemas de partida suave sobre 
máquinas e motores e em outros processos produtivos. Na parte superior da 
pirâmide, é comum estar presente a equipe que caracteriza o setor corporativo 
da empresa. 
Arquitetura da automação industrial2
A partir da Figura 1, cada nível pode ser descrito da seguinte forma:
 � Nível 1: é o chão de fábrica, onde estão presentes as máquinas, 
os dispositivos e os componentes.
 � Nível 2: é onde ficam os equipamentos que executam o controle au-
tomático das atividades da planta. Esse controle é feito por meio de 
controladores digitais, dinâmicos e lógicos, tendo uma supervisão do 
processo, a qual é conhecida como interfaces homem-máquina (IHM).
 � Nível 3: onde é executado o controle do processo produtivo da planta. 
É constituído por banco de dados que contém informações da qualidade 
da produção, relatórios e estatísticas de processo, índice de produtividade 
e algoritmos de otimização da operação produtiva.
 � Nível 4: é onde são realizados o controle e a logística dos suprimentos, 
ou seja, setor responsável pela programação e pelo planejamento de 
produção.
 � Nível 5: é onde são realizadas as decisões e o gerenciamento de todo 
o sistema, ou seja, setor responsável pela administração da empresa.
Os equipamentos utilizados em cada nível do processo 
Para entender melhor o conceito de automação, é necessário ter conhecimento 
dos equipamentos utilizados em cada nível da pirâmide mostrada na Figura 1. 
Como apresenta Prudente (2011), os equipamentos mais relevantes em cada 
um dos níveis da automação e uma breve caracterização de cada um deles 
serão apresentados a seguir.
Equipamentos e dispositivos do nível 1
 � Sensores: são elementos eletroeletrônicos sensíveis a alguma forma de 
energia física ou química que quando interceptam essa energia emitem 
um sinal elétrico ou bloqueiam o sinal de saída. Dentre os diversos tipos 
de sensores, pode-se destacar os fotodiodos (converte sinal luminoso 
para elétrico), os microfones (sinal sonoro para elétrico) e os termistores 
(sinal térmico para elétrico).
3Arquitetura da automação industrial
 � Soft-starters: são acionadores de partida para motores de indução de 
corrente alternada (motores AC), em substituição aos métodos chave 
compensadora, estrela-triângulo ou partida direta. Leva esse nome por 
não provocar golpes de aríete (“trancos”) no sistema. São responsáveis 
também por limitar a corrente de partida, evitar picos de corrente e 
incorporar parada suave e proteções ao sistema acionado pelo motor.
 � Inversores de frequência: são usados para controlar a rotação de mo-
tores assíncronos. São responsáveis por controlar a rotação do motor, 
pois assim é possível aumentar a flexibilidade da produção de máquinas 
que são acionadas por motores de indução. 
 � Motores: são destinados a converter energia elétrica em energia me-
cânica e são utilizados na maioria das máquinas para acionamento de 
bombas, válvulas, compressores, entre outros.
 � Válvulas de controle: têm a função de executar o movimento que 
controlará o processo, de acordo com a malha de controle e seu ajuste.
 � Bombas: são equipamentos rotativos usados para converter energia me-
cânica em energia hidráulica, com o objetivo de aumentar a velocidade 
do fluido para efetuar o deslocamento de um líquido por escoamento.
 � Compressores: são equipamentos eletromecânicos, capazes de com-
primir o ar do meio ambiente, armazenando-o com alta pressão em um 
reservatório específico. Os equipamentos industriais que fazem uso 
de ar comprimido são conhecidos como equipamentos pneumáticos. 
Equipamentos e dispositivos do nível 2
 � Controladores: são equipamentos utilizados para controlar um processo 
ou parte dele por meio de algoritmos lógicos ou matemáticos, compostos 
basicamente de um microprocessador e memórias para armazenar dados 
relevantes ao cálculo do procedimento de controle a ser realizado. 
 � IHM: é uma forma de visualização simplificada do processo da máquina 
que visa à interação entre o homem e a máquina. Dessa forma, o IHM 
é um componente da máquina, podendo ser composto de visor, painéis 
de botoeiras, tela, entre outros, o que facilita a interação do operador 
com a máquina a ser operada. 
 � Computadores: são utilizados no controle de processos, são do tipo 
industriais que podem ser incorporados em painéis de controle.
Arquitetura da automação industrial4
 � Comando numérico computadorizado (CNC): refere-se a um tipo de 
controle individual utilizado em máquinas-ferramenta que podem ser 
programadas por computador. Equipamentos tradicionais que podem 
utilizar essa função são modelos de tornos, fresas, prensas, máquinas 
de corte, entre outros maquinários que utilizam o método CNC para 
controle individual.
Equipamentos e dispositivos de nível 3
Nesse nível do processo, sendo caracterizado pela sua supervisão, encontram-
-se apenas computadores e hubs para comunicação e captação de dados dos 
controladores do nível 2. Também há a presença de programas específicos 
para a supervisão de processos, tornando possível visualizar todo o processo 
industrial e interferir nos processos a distância.
Equipamentos e dispositivos dos níveis 4 e 5
Esses dois níveis administrativos são compostos por computadores de alta 
performance, pois precisam ser altamente confiáveis e ter muita memóriapara 
o armazenamento massivo de dados, além de grande capacidade de proces-
samento para algoritmos de gestão de dados. Deve contar com redundância 
de máquina e de disco rígido entre os níveis 4 e 5, além de acesso restrito, 
o que garante a segurança de todo o sistema de automação. 
2 Controlador lógico programável 
na automação
Um controlador lógico programável (CLP) é um equipamento composto de 
componentes eletrônicos e de uma memória programável, que contém dados 
e programas com finalidade de ler e executar instruções, interagindo com 
um sistema que deve ser controlado por dispositivos de input e output do tipo 
digital ou analógico (LISBOA, 2013).
5Arquitetura da automação industrial
Portanto, um CLP é um computador compacto que realiza ações de controle 
em diversos níveis de complexidade. Uma das maiores vantagens na aplicação 
de um CLP é que ele pode ser programado e utilizado por pessoas sem grande 
conhecimento em computação. Além disso, esse compacto computador foi 
projetado para trabalhar em ambientes hostis, como chão de fábrica, que 
apresenta grande variação de temperatura, umidade, vibração, distúrbios 
eletromagnéticos, entre outras variantes do ambiente industrial.
Quando se trata de automação, conforme afirma Prudente (2011), o CLP é 
amplamente utilizado, pois apresenta um grau mais elevado de confiabilidade 
do que em um sistema com lógica eletromecânica. E graças ao software de 
controle de autodiagnóstico, que se encontra presente nos CLPs modernos, 
algum defeito de funcionamento pode ser facilmente identificado e corrigido.
O CLP é composto por duas partes importantes: o hardware, que é a parte 
física do controlador, e o software, que é a parte virtual. Sendo o software 
um componente muito importante, o qual é dividido em duas outras partes: 
a primeira é um software desenvolvido pelo fabricante do controlador, que 
determina seu funcionamento e geralmente não é acessível para os usuários em 
geral; a segunda parte do software define como o CLP controlará o sistema. 
Esse programa ou algoritmo é desenvolvido e implementado pelo usuário.
Partes funcionais do controlador lógico programável
Segundo Albuquerque (2007), a estrutura básica de um CLP pode ser vista 
pelo diagrama de blocos apresentado na Figura 2, sendo que as partes que 
integram essa estrutura são compostas por:
 � unidade central de processamento (CPU, do inglês central process unit);
 � memória;
 � entradas e saídas (E/S);
 � fonte de alimentação.
Arquitetura da automação industrial6
Figura 2. Diagramas de bloco dos sistemas de controle digital.
Fonte: Adaptada de Albuquerque (2007); topicons/Shutterstock.com; T. Elchin Jafarli/Shutterstock.
com; ShadeDesign/Shutterstock.com; Icon Craft Studio/Shutterstock.com; Max Engine/Shutterstock.
com; Lesia/Shutterstock.com.
Terminal de programação
Fonte de alimentação Unidade central de
processamento Memória
Interface de E/S
Cartões de entrada Cartões de saída
PROCESSADOR
Fonte de alimentação
Conforme apresentado por Warnok (1988), a fonte de alimentação fornece 
alimentação em tensão contínua adequadamente filtrada e regulada para o 
bom funcionamento do programador e sua capacidade varia em função do 
tamanho do sistema a ser controlado.
Entradas e saídas
Segundo Warnok (1988), esse bloco é o responsável pela interface entre o 
controlador e o processo. Entradas usuais em indústrias têm botoeira, pres-
sostatos, chaves de fim de curso e sinais de instrumentos e controle. Algumas 
saídas normalmente utilizadas são aplicadas para energizar ou desenergizar 
motores ou válvulas solenoides e acionar alarmes ou sinalização. Esses pontos 
de entrada e saída podem ser digitais ou analógicos.
7Arquitetura da automação industrial
Os dispositivos de entrada e saída são os circuitos responsáveis pela in-
teração entre o homem e a máquina, ou seja, são os dispositivos por onde o 
homem pode introduzir informações na máquina ou por onde a máquina pode 
enviar informações ao homem. Esses dispositivos são conectados à unidade 
central de processamento por intermédio de conexões que são interfaces de 
comunicação dos dispositivos de entrada e saída.
Em ambientes industriais, os sinais de E/S podem conter ruído elétrico, que 
pode causar operação falha da CPU se o ruído alcançar seus circuitos. Dessa 
forma, a estrutura de E/S é encarregada de filtrar os vários sinais recebidos 
ou enviados para os componentes externos do sistema de controle, as quais 
protegem a CPU de ruído, assegurando informações confiáveis.
Memória
Como citado por Albuquerque (2007), a memória é o dispositivo responsável 
por armazenar as informações contidas no programa do usuário. Existe uma 
parte da memória que contém o programa interpretador do CLP, que geralmente 
está em erasable programmable read-only memory (EPROM).
O mapa de memória de um controlador programável pode ser dividido nas 
cinco áreas principais listadas a seguir.
 � Memória de execução: formada por memorias do tipo read-only me-
mory (ROM) ou programmable read-only memory (PROM), as quais 
armazenam o sistema operacional responsáveis pelas operações do CLP.
 � Memória do sistema: formada por memórias do tipo random access 
memory (RAM), as quais podem ter seu conteúdo alterado diversas 
vezes pelo sistema operacional.
 � Memória de status dos cartões de E/S ou imagem: formada por me-
mórias do tipo RAM, para que sejam lidas pela CPU (status das entradas 
ou imagem das entradas) e posteriormente processadas as informações 
contidas nas entradas (status das saídas ou imagem das saídas).
 � Memória de dados: formada por memórias do tipo RAM, armazenam 
valores do processamento das instruções utilizadas pelo programa do 
usuário.
 � Memória do usuário: formada por memórias do tipo RAM ou RAM/
EPROM ou RAM/EEPROM. A CPU efetuará a leitura das instruções 
contidas nessa área a para executar o programa do usuário de acordo 
com os procedimentos predeterminados pelo sistema operacional.
Arquitetura da automação industrial8
Processador
Responsável pelo gerenciamento de todas funções do CLP. Assim como apre-
senta Albuquerque (2007), podem ser baseados em computadores pessoais, 
ou seja, são constituídos de microprocessadores. Também podem ser cons-
tituídos de processadores dedicados a controles, nesses casos, são adotados 
os microcontroladores.
A CPU é responsável pelo processamento do programa, com o objetivo 
de coletar os dados dos cartões de entrada, efetuar o processamento, arma-
zenar na memória e enviar 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 fisicamente compactadas a essa unidade (o que determina a característica 
compacta dos CLPs), ou constituir uma unidade separada, conectada a módulos 
nos quais se situam cartões de E/S (o que justifica modular os CLPs).
3 Engenharia de software na automação 
Segundo Moraes e Castrucci (2010), engenharia de software é a tecnologia 
para analisar requisitos de informações e projetar arquivos e fluxo de dados, 
para programar os equipamentos digitais, assim como testar e manter os 
programas computacionais. 
Os programas utilizados em lojas e restaurantes, por exemplo, são co-
nhecidos como comerciais e requerem grandes memórias com capacidade 
apenas para cálculos simples, os quais distinguem dos programas científi-
cos, que requerem grandes capacidades de cálculo e memória apenas para 
pequenos armazenamentos. Os programas industriais permeiam pelos dois 
tipos, necessitando de volumes médios de memória e capacidades medianas 
de processamento e cálculo. 
No entanto, em todos os casos a velocidade é importante , sendo que ela 
não interfere na correção dos resultados, ou seja, um programa correto em 
uma máquina rápida também pode ser usado em uma máquina lenta, assim 
como quando programado inversamente.
9Arquitetura da automação industrial
De acordo com Pressman e Maxim (2016), a prática da engenharia de 
software tem um objetivo primordial:entregar dentro do prazo, com alta 
qualidade, o software operacional contendo funções e características que 
satisfaçam as necessidades de todos os envolvidos. Para que esse objetivo seja 
atingido, é necessário adotar um conjunto de princípios fundamentais para 
orientar o trabalho técnico, apresentados a seguir.
1. Divida e conquiste: um problema se torna mais fácil de resolver se for 
subdividido em conjuntos de interesses.
2. Compreenda o uso da abstração: um problema simplificado agiliza 
o método de resolução, no entanto, a simplificação deve ser realizada 
de forma cautelosa, pois, em alguns casos, sem o entendimento dos 
detalhes, a causa do problema não poderá ser facilmente diagnosticada.
3. Esforce-se pela consistência: o princípio da consistência sugere que 
um contexto conhecido facilite o uso de software.
4. Concentre-se na transferência de informações: em razão de a troca 
de informações entre os usuários ser realizadas pelas interfaces, 
há possibilidades de erros, omissões e ambiguidade. A aplicação desse 
princípio se dá na construção atenta dessas interfaces.
5. Construa software que apresente modularidade efetiva: a divisão 
em módulos deve se concentrar exclusivamente em um aspecto bem 
restrito do sistema e, ainda, os módulos devem estar interconectados 
de uma maneira relativamente simples.
6. Verifique os padrões: processo para facilitação em solucionar proble-
mas recorrentes. O uso de padrões de projetos permite que os compo-
nentes de sistemas complexos evoluam independentemente.
7. Quando possível, represente o problema e sua solução sob pers-
pectivas diferentes: isso facilita uma melhor visão, as quais ajudam a 
detectar os erros e omissões.
8. Lembre-se de que alguém fará a manutenção do software: à medida 
que problemas apareçam em longo prazo, o software será corrigido, 
adaptado de acordo com as alterações do seu ambiente conforme as 
necessidades surgem. As atividades de manutenção podem ser facili-
tadas se, ao longo do processo, for aplicada uma prática de engenharia 
de software consistente. 
Arquitetura da automação industrial10
No entanto, a concorrência está presente nesses programas comerciais, 
no sentido de que muitos usuários pedem serviços simultaneamente e não 
aceitam grandes prazos de espera. Para resolver esse tipo de problema, são 
utilizados programas com velocidade de processamento e número de terminais 
suficientes, sendo que esses tipos de programas são chamados de tempo real.
Conforme apresentam Moraes e Castrucci (2010), um dos requisitos do 
software para automação é a capacidade de administrar a concorrência de 
tarefas, e, por isso, é chamado de tempo real. No entanto, na automação, 
velocidades e correção estão interligadas, ou seja, no exemplo de um programa 
de controle que lê medidas precedentes de um processo físico e as coloca 
num buffer, a velocidade de leitura não pode ser menos que a de entrada no 
buffer, sob pena de ocorrer perda grave da informação. Esse tipo de programa 
é chamado de tempo real, hard. 
Em razão de esse caso de produção de software ser emergencial, se trata 
de um produto econômico e eficiente, mas que não atende ao planejamento 
de toda sequência de eventos possíveis. Para esse caso é necessário que o 
desenvolvedor do software crie um sistema flexível e que se adapte a esse 
comportamento emergente. 
No caso da automação, o maior problema é que uma tarefa pode estar 
mudando o valor de uma variável na memória enquanto outra está lendo 
a mesma variável. Nesse caso, é necessário ter, no acesso da memória, um 
mecanismo seguro de mútua exclusão. 
Assim, a complexidade do software de automação para indústrias de 
manufatura exige profissionais capacitados e qualificados, engenheiros de 
software, a fim de atender às novas demandas que os diferentes processos de 
produção vêm apresentando. 
ALBUQUERQUE, P. U. B. Controladores industriais. Fortaleza, 2007. Disponível em: https://
www.academia.edu/5022396/CONTROLADORES_INDUSTRIAIS. Acesso em: 18 jan. 2020.
LISBOA, C. J. Automação e controle aplicado em sistema de elevação de cargas. 2013. 46 f. 
Trabalho de Conclusão de Curso (Tecnólogo em Automação Industrial) - Universidade 
Tecnológica Federal do Paraná, Ponta Grossa, 2013. Disponível em: http://repositorio.
roca.utfpr.edu.br/jspui/bitstream/1/9720/1/PG_DAELE_2013_2_01.pdf. Acesso em: 
22 jan. 2020.
11Arquitetura da automação industrial
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MORAES, C. C.; CASTRUCCI, P. L. Engenharia de automação industrial. 2. ed. Rio de 
Janeiro: LTC, 2010.
PRESSMAN, R. S.; MAXIM, B. R. Engenharia de software: uma abordagem profissional. 8. 
ed. Porto Alegre: AMGH, 2016. 
PRUDENTE, F. Automação industrial PLC: teoria e aplicações: curso básico. 2. ed. Rio de 
Janeiro: LTC, 2011.
WARNOK, I. G. Programmable controllers: operation and application. New York: Prentice 
Hall, 1988.
Leitura recomendada
SBROCCO, J. H. T. C.; MACEDO, P. C. Metodologias ágeis: engenharia de software sob 
medida. São Paulo: Érica, 2012.
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