Combinado - fundamentos de sistemas

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AULA 1 
FUNDAMENTOS DE SISTEMAS 
DE CONTROLE 
Prof. Alexandre Arioli 
 
 
02 
CONVERSA INICIAL 
Caro aluno, seja bem-vindo à sua primeira aula de Fundamentos de 
Sistemas de Controle. Nesta primeira aula, abordaremos a evolução da 
automação industrial. Você conhecerá os primeiros sistemas de automação 
convencionais baseados em lógicas a relé e a origem do CLP (Controlador Lógico 
Programável). Analisaremos os principais componentes dos controladores e seu 
funcionamento. Por fim, apresentaremos as vantagens e as desvantagens da 
implementação da automação. Neste contexto, a ideia é que, ao final da aula, 
você tenha uma boa noção da evolução e dos principais componentes dos 
controladores lógicos programáveis. 
CONTEXTUALIZANDO 
A automação industrial é uma área que vem evoluindo muitos nos últimos 
anos e se utiliza de CLP para a implementação de comandos lógicos e de 
equipamentos eletroeletrônicos, pneumáticos e mecânicos para substituir 
atividades manuais e que envolvem decisões e comandos. O uso de soluções de 
automação tem grande repercussão em diversos setores, tais como: industrial, 
energético, saneamento, têxtil, siderúrgica, aéreo, predial, portuário, agrícola, 
entre outros. A implementação de sistema de automação não se resume à 
redução ou à substituição de trabalho humano, e sim tem como objetivo trazer 
melhoria para os processos, maior segurança na operação de sistema em 
ambientes perigosos, aumento da qualidade, otimização, redução de tempo de 
produção e custos. Porém, antes de mergulharmos nas novas tecnologias, vamos, 
nesta primeira aula, entender um pouco mais sobre a origem e a evolução dos 
sistemas de controle. 
TEMA 1 – EVOLUÇÃO DA AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 
O princípio de tudo foi a mecanização das primeiras ferramentas, o que 
culminou com a revolução industrial, que ocorreu na Inglaterra em meados do 
século XVIII. A expansão do comércio no continente e o aprimoramento das 
técnicas de navegação, que incrementaram o comércio marítimo, aliados à farta 
mão de obra e ao controle do Estado por parte da burguesia – ingredientes estes 
que geraram grande acúmulo de capital –, permitiram a chamada Revolução das 
Máquinas. Neste período, surgiram a máquina de fiação, o tear mecânico, o motor 
 
 
03 
a vapor e a locomotiva. Por volta da segunda metade do século XIX, inicia-se a 
segunda revolução industrial, quando França, Alemanha, Itália, e ainda EUA, 
Japão e outros países também experimentam o glamour da industrialização. O 
grande marco deste período é a utilização, em grande escala, da energia elétrica 
e do petróleo. Novas tecnologias produzem ferramentas e máquinas mais 
modernas e eficazes. Aproximadamente na metade do século seguinte, a grande 
maioria das indústrias já está mecanizada e, ao final deste, a automatização de 
quase todos os processos já é realidade em totalidade. Alguns autores citam o 
início da terceira revolução industrial neste período, com o emprego generalizado 
dos computadores (Jesus; Silva). 
 O termo automação foi criado na década de 1940 por um engenheiro da 
Ford Motor Company, que descreveu vários sistemas nos quais ações e controles 
automáticos substituíam o esforço e a inteligência humana. Nessa época, os 
dispositivos de controle eram eletromecânicos por natureza. A parte lógica era 
realizada por meio de relés e temporizadores intertravados, e a intervenção 
humana acontecia em alguns pontos de decisão. Por meio de relés, 
temporizadores, botões, posicionadores mecânicos e sensores, podiam ser 
realizadas sequências simples de movimento lógico ao ligar e desligar motores e 
atuadores (Lamb, 2015). 
 No final da década de 1960 e início dos anos 1970, as fábricas 
automobilísticas não possuíam flexibilidade para mudanças constantes no 
processo de produção. Qualquer alteração no processo de fabricação dos 
automóveis, por menor que fosse, era trabalhosa e demorada. Dessa forma, para 
produzir um automóvel de cor ou modelo diferente, havia longa espera, uma vez 
que a produção era feita em grandes lotes. Nessa época, a tecnologia era a 
automação com lógica de contatos, utilizando painéis com reles eletromecânicos 
e muita fiação. Obviamente, essas fábricas não haviam sido projetadas para 
constantes modificações. Por causa das limitações tecnológicas, qualquer 
alteração na configuração da linha de produção tinha custo elevado, pois todos os 
intertravamentos para controle e segurança eram feitos com painéis de relés e 
contatores (Parede; Gomes, 2011). 
 A utilização de lógica de contatos apresentava as seguintes desvantagens: 
 Custo de modificações elevado – efetuar modificações nas linhas de 
produção significa alterar as lógicas implementadas a relés, 
 
 
04 
temporizadores e contatores. Tais modificações acarretam grandes 
modificações nos painéis existentes ou até mesmo a troca por um novo; 
 Custo de manutenção e operação elevados – os painéis eram enormes e 
ocupavam áreas de igual tamanho nas fábricas, de modo que os 
componentes eletromecânicos eram suscetíveis a falhas, o que aumentava 
o custo de manutenção. 
Figura 1 – Painel de relés 
 
Fonte: Parede; Gomes (2015). 
TEMA 2 – CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS 
 O primeiro controlador lógico programável foi desenvolvido para atender a 
uma demanda da General Motors que tinha como objetivo resolver os problemas 
existentes com os painéis a relé. Para tanto, a GM solicitou que a solução a ser 
produzida tivesse as seguintes características: 
 baixo custo; 
 ser fisicamente menor que painéis a relés para otimização de espaço no 
chão de fábrica; 
 confiabilidade maior do que painéis a relés; 
 facilidade de programação; 
 facilidade na manutenção e reparo. 
 Em 1969, a Bedford Associates apresentou para a General Motors um 
equipamento que atendia a suas necessidades, além de funcionar em operações 
distintas e ser de fácil programação. Esse equipamento era o MODICON (Modular 
 
 
05 
Digital Controller). O MODICON 084 foi o primeiro CLP comercial com essas 
tecnologias. Tal modelo proporcionou diversos benefícios à indústria, entre eles 
(Parede; Gomes, 2011): 
 facilidade na implementação de modificações por ser facilmente 
programável; 
 menor custo de manutenção; 
 diminuição de espaços físicos; 
 aumento do tempo de vida útil. 
 Os CLPs foram introduzidos na indústria brasileira na década de 1980, 
inicialmente nas filiais de empresas multinacionais, que implantavam a tecnologia 
utilizada na matriz. Em pouco tempo, essa tecnologia proliferou e o CLP adquiriu 
grande aceitação no mercado. Em 1994, havia mais de 50 fabricantes de CLP, o 
que demonstrava seu sucesso e aceitação. A Tabela 1 mostra os principais 
eventos na evolução tecnológica do CLP (Parede; Gomes, 2011): 
Tabela 1 – Evolução do CLP 
Década Evento 
1960 
Surgimento do CLP em substituição aos painéis de controle com relés 
eletromecânicos – economia de energia, facilidade de manutenção, redução de 
espaço e diminuição de custos. 
1970 
O CLP adquiriu instruções de temporização, operações aritméticas, 
movimentação de dados, operações matriciais, terminais de programação, 
controle analógico PID. No final da década, foram incorporados recursos de 
comunicação, propiciando a integração entre controladores distantes e a criação 
de vários protocolos de comunicação proprietários (incompatíveis entre si). 
1980 
Redução do tamanho físico em virtude da evolução da eletrônica e adoção de 
módulos inteligentes de E/S, proporcionando alta velocidade e controle preciso 
em aplicações de posicionamento. Introdução da programação por software em 
microcomputadores e primeira tentativa de padronização do protocolo de 
comunicação. 
1990 
Padronização das linguagens de programação sob o padrão IEC 61131-3, 
introdução interface homem - máquina (IHM), softwares supervisores e de 
gerenciamento, interfaces para barramento de campo e blocos de funções. 
Fonte:Parede; Gomes (2011). 
 Os CLPs foram desenvolvidos para o controle de sistemas com entradas e 
saídas binárias (ligado - desligado, alto - baixo etc.); porém, hoje têm adquirido 
muitas outras funções com alta confiabilidade, como é o caso de tratamento de 
sinais analógicos, controle contínuo multivariáveis, controle de posição de alta 
precisão etc. Como visto anteriormente, os CLPs nasceram para substituir relés 
na implementação de intertravamentos e controle sequencial, especializando-se 
 
 
06 
no tratamento de variáveis digitais. Segundo Jesus e Silva, algumas 
características mais relevantes dos CLPs são: 
 Caráter modular dos CLPs: permite adequar o controlador para qualquer 
aplicação, já que o projetista especifica só o número e tipos de módulos 
necessários de acordo com o número de entradas, saídas e outras funções, 
que requer o processo a ser controlado, adequando-se o controlador à 
aplicação. 
 Flexibilidade dada pela programação: pode ser aplicado a qualquer tipo de 
processo e facilmente alteradas as funções por meio do programa, sem 
mexer na instalação. 
 Comunicação: cada fabricante possui redes de comunicação proprietárias 
e possibilidades para comunicação com outros CLPs ou componentes 
como inversores de frequência, o que possibilita a distribuição de tarefas 
de controle e a centralização das informações por meio de computadores 
que rodam aplicativos de supervisão. Diversos meios físicos são possíveis: 
fios trançados, fibras ópticas ou ondas de rádio. 
 Redundância: quando o sistema assim o requer, são fornecidos módulos e 
CPUs (Unidade Central de Processamento) redundantes (com mais de 
uma CPU) que garantem uma altíssima confiabilidade de operação até nos 
processos mais exigentes. 
Figura 1 – CLP 
 
Fonte: O autor. 
 
 
07 
 A implementação de sistemas automatizados tem como características 
mais relevantes, segundo Jesus e Silva: 
 Fornecimento via projeto de integração; 
 Sistema divido em diversas CPUs de CLPs a fim de obter melhor 
performance em aplicações críticas. Redundância proporcionada pela 
duplicação de cartões de I/O (entrada / saída), fontes e CPUs; 
 Redes de comunicação antes proprietárias, agora buscam obedecer a 
padrões internacionais. Uso recente de fibras óticas; 
 Total liberdade de escolha de parceiros de equipamentos e engenharia; 
 Programação do supervisório independentemente da programação do 
CLP; 
 As variáveis devem ser definidas duas vezes: na base de dados do SCADA 
e no programa do CLP; 
 Tecnologia em geral aberta; 
 Muito eficiente no tratamento de variáveis discretas com poder e 
flexibilidade crescentes no tratamento de variáveis analógicas; 
 Hardware e software padrões de mercado; 
 Custos globais baixos quando comparado a SDCD - Sistemas Distribuídos 
para Controle Digital. 
Figura 2 – Painel com CLP 
 
Fonte: O autor. 
 
 
08 
TEMA 3 – PRINCIPAIS COMPONENTES DOS CONTROLADORES 
A estrutura física do CLP é um conjunto de circuitos eletrônicos interligados 
formados por processadores, memórias, barramentos, dispositivos de entrada e 
saída, fonte de alimentação e terminal de programação. (Parede; Gomes, 2011). 
Ao analisarmos o CLP quanto à sua arquitetura e forma construtiva, 
podemos compará-lo com um computador especialmente adaptado para 
aplicações industriais. Em razão de suas características físicas, ele pode 
funcionar em ambientes industriais agressivos, pois suporta variações de 
temperatura, vibrações, ruídos elétricos, pequenas variações na tensão etc. Por 
tudo isso, é considerado um equipamento robusto (Parede; Gomes, 2011). 
 Os principais módulos do CLP são os seguintes: 
 Unidade Central de Processamento (UCP); 
 Memórias; 
 Módulos de Entrada e Saída. 
3.1 Unidade central de processamento 
A unidade central de processamento (UCP) gerencia todo o sistema, 
controlando as operações realizadas pelas diferentes unidades funcionais. 
A principal função da UCP é controlar e executar instruções presentes na 
memória. Ela é responsável pelo gerenciamento total do sistema, controlando os 
barramentos de endereços, de dados e de controle (Parede; Gomes, 2011). 
Os primeiros CLPs usavam microprocessadores com lógica discreta. 
Alguns microprocessadores possuíam uma característica conhecida como 
microcoded, que foi muito importante para o desenvolvimento dos CLPs. Esses 
microprocessadores tinham seu conjunto de instruções formado pela combinação 
de um conjunto de operações básicas. Na década de 1980, os CLPs já eram 
utilizados normalmente em sistemas de automação que envolviam lógica e 
sequenciamento. Surgia, então, a necessidade de desenvolver novas aplicações 
para esses equipamentos. (Parede; Gomes, 2011) 
O surgimento de novas aplicações fez com que os CLPs sofressem 
evoluções, de início em razão da insuficiência de memória, das limitações do 
barramento e do aumento da complexidade do sistema. Para melhorar seu 
desempenho, associado à necessidade de maior processamento, os CLPs 
passaram a realizar multiprocessamento. (Parede; Gomes, 2011) 
 
 
09 
A introdução significativa de novos produtos e das redes de comunicação 
de CLPs, bem como a disponibilidade de processadores cada vez mais 
poderosos, fizeram com que muitas das tarefas executadas por processadores, 
antes localizados em módulos de entrada e saída inteligentes, fossem executadas 
em software pela unidade central de processamento. (Parede; Gomes, 2011) 
Figura 3 – Esquema de controle de processo em indústria 
 
Fonte: Delta Systems Engineering, 2017. 
3.2 Memória 
Memória é o local em que são armazenados instruções e dados, ou seja, 
as informações necessárias para o funcionamento do CLP. As memórias podem 
ser classificadas em: 
 Memória executiva ou do programa monitor; 
 Memória do sistema; 
 Memória imagem das entradas e saídas (E/S); 
 Memória de dados; 
 Memória do usuário ou de aplicação. 
A evolução da microeletrônica viabilizou o uso de memórias 
semicondutoras. No início, foram utilizadas as memórias RAM (random access 
Reactor 1
Thionite
Mid-Run
ON
CLEAR
Prod:
State:
Agit:
Locks:
Run Plan:
Actual:
IN OUT
Balance
Menus
Main
Menu
Feed
Sys
Aux
Sys
Reactor
1
L2
Trend 
Control
Comp A Comp B
72.0
80.0
2 HR
Cool CPC CRM
Rate
Reactor 2
CRM-114
Mid-Run
ON
CLEAR
Prod:
State:
Agit:
Locks:
Run Plan:
Actual:
Balance
Comp A Comp B
60.0
68.0
2 HR
Cool CPC CRM
Rate
IN OUT
Hydrog A
Bed
A1
Bed
A2
Suct Dsch
OK
OK
OK
CLEAR
VIB:
BRG:
OIL:
Locks:
Cycle
Comp A
470
500
F
L
O
W
2 HR
Hydrog B
Bed
B1
Bed
B2
Suct Dsch
OK
OK
OK
CLEAR
VIB:
BRG:
OIL:
Locks:
Cycle
Comp B
470
500
F
L
O
W
2 HR
Alarms:
ACK
UNACK
Toggle
List /Summary
P1
0
0
P2
1
0
P3
2
1
P4
4
1
Reactor
2
Hydrog
A
Hydrog
B
L3 L4
70
80
%
12 HR
Key Performance Indicators
Conversion Efficiency
0.5
1.0
12 HR
Emissions Limit Ratio
Feed A Feed B Feed C SynG
Feed System Aux Systems
Atv 1 Atv 2 Pres %IP
Clr T-In T-Out Visc
CWT CWP S10
PWR VentP VentT
C57D Null-A Jup2
S200
MGA
Grok
2
2
071608 08:55:07 RX2 LOW CRM –QUALITY EXC
LVL
LVL
Reactor 1
Thionite
Mid-Run
ON
CLEAR
Prod:
State:
Agit:
Locks:
Run Plan:
Actual:
IN OUT
Balance
Menus
Main
Menu
Feed
Sys
Aux
Sys
Reactor
1
L2
Trend 
Control
Comp A Comp B
72.0
80.0
2 HR
Cool CPC CRM
Rate
Reactor 2
CRM-114
Mid-Run
ON
CLEAR
Prod:
State:
Agit:
Locks:
Run Plan:
Actual:
Balance
Comp A Comp B
60.0
68.0
2 HR
Cool CPC CRM
Rate
IN OUT
Hydrog A
Bed
A1
Bed
A2
Suct Dsch
OK
OK
OK
CLEAR
VIB:
BRG:
OIL:
Locks:
Cycle
Comp A
470
500
F
L
O
W
2 HR
Hydrog B
Bed
B1
Bed
B2
Suct Dsch
OK
OK
OK
CLEAR
VIB:
BRG:
OIL:
Locks:
Cycle
Comp B
470
500
F
L
O
W
2 HR
Alarms:
ACK
UNACK
Toggle
List /Summary
P1
0
0
P2
1
0
P3
2
1
P4
4
1
Reactor
2
Hydrog
A
Hydrog
B
L3 L4
70
80
%
12 HRKey Performance Indicators
Conversion Efficiency
0.5
1.0
12 HR
Emissions Limit Ratio
Feed A Feed B Feed C SynG
Feed System Aux Systems
Atv 1 Atv 2 Pres %IP
Clr T-In T-Out Visc
CWT CWP S10
PWR VentP VentT
C57D Null-A Jup2
S200
MGA
Grok
2
2
071608 08:55:07 RX2 LOW CRM –QUALITY EXC
LVL
LVL
 
 
010 
memory), que, por serem intrinsecamente voláteis, eram acompanhadas de 
baterias que as mantinham permanentemente alimentadas. Depois, as memórias 
PROM (programmable read only memory) passaram a ser empregadas, porém, 
não eram reprogramáveis. O próximo passo foi adotar as memórias não voláteis 
EPROM (erasable programmable read only memory), que eram apagadas pela 
exposição à luz ultravioleta. Surgiram, então, as memórias EEPROM (electrically 
erasable read only memory), que podiam ser apagadas eletricamente. (Parede; 
Gomes, 2011) 
3.3 Módulos de entrada e saída (E/S) 
Os módulos de entrada e saída (E/S) são utilizados para permitir a 
comunicação entre o CLP e os dispositivos externos. 
Esses dispositivos podem ser divididos em dois grandes grupos, segundo 
Parede e Gomes (2011): 
 Dispositivos de entrada – classificados como entradas digitais e entradas 
analógicas; 
 Dispositivos de saída – classificados como saídas digitais e saídas 
analógicas. 
TEMA 4 – FUNCIONAMENTO DOS CONTROLADORES 
 Os controladores apresentam 3 partes básicas para seu funcionamento: 
entradas, unidade central de processamento e saídas. 
Figura 4 – Estrutura básica dos CLPs 
 
Fonte: Zancan (2011). 
 Nas entradas do CLP são conectados os transdutores, dispositivos que 
informam eletricamente as variáveis do processo à Unidade Central de 
Processamento (CPU). Esta, por sua vez, analisa as informações de entrada, a 
lógica de funcionamento do processo programada pelo usuário, ativando ou 
 
 
011 
desativando as saídas do CLP. As saídas do CLP são conectadas a elementos 
atuadores, dispositivos que interagem com o processo, a fim de controlá-lo. 
 O controle e o processamento das informações de entrada e saída são 
realizados de forma sequencial, por meio de ciclos de varredura, conforme mostra 
a figura a seguir. 
Figura 5 – Ciclo de varredura do CLP 
 
 Fonte: Zancan (2011). 
4.1 Início 
 Ao ligar o CLP, é verificado o funcionamento da CPU, as memórias, os 
circuitos auxiliares e a existência de programa, desativando todas as saídas 
(Zancan, 2011). 
4.2 Verificando o estado das entradas 
 O CLP faz a leitura do estado de cada uma das entradas, verificando se 
alguma foi acionada. Este procedimento dura alguns microssegundos (Zancan, 
2011). 
 
 
 
012 
4.3 Transferência de dados para a memória 
 Após realizar a leitura do estado das entradas, o CLP armazena as 
informações obtidas em uma memória chamada “memória imagem das entradas 
e saídas”. Esta memória será consultada pelo CLP durante o processamento do 
programa do usuário (Zancan, 2011). 
4.4 Comparação com o programa do usuário 
 Ao executar o programa do usuário, o CLP consulta a memória imagem das 
entradas, atualizando a memória imagem das saídas, de acordo com as 
instruções do programa do usuário (Zancan, 2011). 
Figura 7 – Exemplo de programa do usuário 
 
4.5 Atualização das saídas 
 Após atualizar a memória imagem das saídas, o CLP atualiza as interfaces 
ou módulos de saída, iniciando então um novo ciclo de varredura (Zancan, 2011). 
 
 
 
013 
TEMA 5 – VANTAGENS E DESVANTAGES DA IMPLEMENTAÇÃO DA 
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 
A seguir, apresentaremos as vantagens e as desvantagens que a 
implementação da automação industrial proporciona de acordo com a ideia de 
Lamb (2015). 
5.1 Vantagens 
 Operadores ou humanos com tarefas de trabalhos pesadas ou monótonas 
podem ser substituídos. 
 Operadores humanos que realizam tarefas em ambientes perigosos, como 
aqueles com temperaturas extremas ou em atmosferas radioativas e 
tóxicas, podem ser substituídos. 
 Tarefas que estão além da capacidade humana foram facilitadas. O 
manuseio de cargas grandes ou pesadas, a manipulação de elementos 
minúsculos ou as exigências para se fabricar um produto de forma muito 
rápida ou muito lenta são exemplos disso. 
 A produção é mais rápida e os custos de mão de obra são menores por 
produto em comparação às operações manuais equivalentes. 
 Os sistemas de automação conseguem incorporar facilmente inspeções e 
verificações a fim de reduzir o número de produtos fora de um determinado 
padrão de produção, permitindo o controle estatístico de processo que 
gerará produtos mais consistentes e uniformes. 
 A automação serve de catalisador para melhoria da economia das 
empresas e da sociedade. Por exemplo, o produto nacional bruto e o 
padrão de vida da Alemanha e do Japão aumentaram drasticamente no 
século XX, em grande parte por esses países terem incorporado a 
automação em sua produção de armas, automóveis, têxteis e outros bens 
para exportação. 
 Os sistemas de automação não tiram férias ou ficam doentes. 
5.2 Desvantagens 
 A tecnologia atual não é capaz de automatizar todas as tarefas desejadas. 
Certas tarefas não podem ser facilmente automatizadas, como a produção 
ou a montagem de produtos cujos componentes têm inconsistência de 
 
 
014 
tamanhos ou tarefas em que a habilidade manual é necessária. Alguns 
produtos precisam de manipulação humana. 
 Algumas tarefas custam mais para serem automatizadas do que para 
serem realizadas de forma manual. A automação é aplicável em processos 
repetitivos, consistentes e que envolvem grandes volumes de produtos. 
 É difícil prever com precisão o custo de pesquisa e desenvolvimento para 
automatizar um processo. Uma vez em que esse custo pode ter um grande 
impacto sobre a rentabilidade, geralmente se descobre que não houve 
vantagens econômicas na automação de um processo somente quando ela 
já esta implantada. No entanto, com o advento e a continuidade do 
crescimento de diferentes tipos de linhas de produção, é possível fazer 
estimativas mais precisas baseadas em projetos anteriores. 
 Os custos iniciais são relativamente altos. A automação de um novo 
processo, ou a construção de uma nova planta, precisa de um investimento 
alto em comparação com o custo unitário do produto. Mesmo as máquinas 
que já possuem os custos de desenvolvimentos recuperados se tornam 
caras em termos de hardware e mão de obra. O custo pode ser proibitivo 
para as linhas de produção personalizadas, em que o manuseio de 
ferramentas e de produtos dever ser realizado. 
 Geralmente, é necessário um departamento de manutenção qualificado 
para consertar e manter os sistemas de automação em bom 
funcionamento. Falhas no sistema de automação podem resultar em 
perdas totais de produção ou em uma produção defeituosa. 
5.3 Análise das vantagens e desvantagens 
 No geral, as vantagens parecem superar as desvantagens. Seguramente, 
é possível dizer que os países que adotaram a automação desfrutam de um 
padrão de vida mais elevado do que aqueles que não a adotaram. 
Independentemente das implicações sociais que possam ocorrer, não existem 
dúvidas de que a produtividade aumenta com a aplicação adequada de técnicas 
de automação (Lamb, 2015). 
 
 
 
015 
5.4 A sociedade do conhecimento 
 É certo que todas essas mudanças tecnológicas desenvolveram novas 
formas de trabalho, e que trouxeram novas exigências de qualificação e perfil do 
trabalhador (Capelli, 2015). 
 No final de século XX, a automação e a produtividade reduziram o 
percentual de funcionários que desempenham funções de trabalhos tradicionais, 
enquanto na demanda competitiva houve aumento dos que desempenham 
funções analíticas: engenharia, marketing, gerenciamento e administração. 
Mesmo os indivíduos ligados diretamente à produção e à prestação de serviços 
são valorizados por suas sugestões para melhorar a qualidade, reduzir custos e 
diminuir ciclos (Capelli, 2015). 
 Essa competitividade nosleva, segundo Capelli (2015): 
 A uma constante necessidade de investimento na formação de cada 
indivíduo; 
 Certamente o capital intelectual é o bem mais precioso de qualquer 
empresa. 
Qualquer que seja o segmento industrial, a automação tornou-se 
necessária à sobrevivência em mercados dinâmicos e flexíveis, em que a 
presença humana é bem remunerada. 
FINALIZANDO 
Como vimos nesta primeira aula, apresentamos um pouco da evolução dos 
controladores lógicos programáveis e os desafios iniciais para a implementação 
deste produto em linhas de produção. A implantação de sistemas de automação 
nos impõe desafios que devem ser avaliados para que custos, serviços de 
desenvolvimento e implementação da solução de automação atinja a necessidade 
e a qualidade exigidas pelo cliente final. A partir da próxima aula, vamos nos 
aprofundar nas interfaces dos CLPs com o processo, sendo estas: entradas e 
saídas e sensores de campo. 
 
 
 
016 
REFERÊNCIAS 
PAREDE, I. M.; GOMES, L. E. L. Eletrônica 6: Automação Industrial. São Paulo: 
Fundação Padre Anchieta, 2011. (Coleção Técnica Interativa. Série Eletrônica, v. 
6) 
CAPELLI, A. Automação industrial: controle do movimento e processos 
contínuos. São Paulo: Editora Erica, 2015. 
LAMB, F. Automação industrial: na prática. Porto Alegre, RS: McGraw-Hill, 2015. 
ZANCAN, M. D. Controladores programáveis. 3 ed. Santa Maria, RS: 
Universidade Federal de Santa Maria; Colégio Técnico Industrial de Santa Maria, 
2011. 
JESUS JUNIOR, S. F.; SILVA, S. J. G. Evolução da automação industrial. 
Disponível em: <https://www.dca.ufrn.br/~affonso/FTP/DCA447/trabalho1/trabalho
1_18.pdf>. Acesso em: 1 nov. 2017. 
AULA 2 
FUNDAMENTOS DE SISTEMAS 
DE CONTROLE 
Prof. Alexandre Arioli 
 
 
02 
CONVERSA INICIAL 
Caro aluno, seja bem-vindo à sua segunda aula de Fundamentos de 
Sistemas de Controle. Nesta segunda aula, abordaremos os sinais 
digitais/analógicos e os sensores. Você conhecerá as entradas e as saídas digitais 
e analógicas. Nós analisaremos os sensores discretos e analógicos e suas 
aplicações nos processos industriais. Neste contexto, a ideia é que, ao final da 
aula, você tenha uma boa noção dos tipos de sinal e dos sensores que podem ser 
utilizados para a automação de um processo. 
CONTEXTUALIZANDO 
Os controladores lógicos programáveis podem processar sinais analógicos 
e digitais, sendo estes tratados e interpretados pela UCP. Para o controle de um 
processo, os CLPs reagem a uma informação de entrada que é processada, 
analisada e resulta em uma atuação nas saídas. As entradas podem ser obtidas 
de forma discreta ou analógica. A utilização de sensores é essencial para o 
controle de processo industrial, energético, têxtil, alimentícios, petroquímico, entre 
outros. Por meio das informações provenientes dos sensores podemos controlar 
níveis, pressões, motores, esteiras, prensas e outros diversos equipamentos, 
componentes e processos. Os sensores também são utilizados na área de 
proteção de máquinas (NR12), para a qual existe uma legislação específica. 
Vamos, nesta segunda aula, entender um pouco sobre as interfaces digitais e 
analógicas dos CLPs, sensores e suas aplicações para controle de processos. 
TEMA 1 – ANALÓGICO E DIGITAL 
1.1 Sinal Digital 
Os elementos básicos da lógica de automação são os estados digitais. Um 
interruptor e um sinal só podem estar ligados ou desligados (on ou off). Estes 
estados são representados por um sinal, sendo 0 para desligado e 1 para ligado. 
Existem muitos elementos em um esquema de automação representáveis por 1 
ou 0: o estado de um interruptor ou de um sensor, o estado de um motor, de uma 
válvula, ou mesmo o estado de uma máquina (Lamb, 2015). 
 
 
 
03 
Figura 1 – Sinal digital 
 
Fonte: O autor. 
1.2 Sinal analógico 
Muitas vezes, não é possível descrever os estados de diversos dispositivos 
de forma tão simples. Um motor pode estar ligado ou desligado, mas ele também 
apresenta outros parâmetros, como a velocidade – que só pode ser descrita 
numericamente. Para essa finalidade, uma representação analógica desse valor 
é usada. Dependendo do tipo dos números usados, um valor analógico pode ser 
representado por um número inteiro ou um número real com vírgula decimal. 
Os sinais das entradas analógicas assumem a forma de variações de 
tensão ou corrente. Um dispositivo analógico pode medir posição, velocidade, 
vazão ou outra característica física. Esses sinais são conectados a um circuito, o 
qual os converte em números digitais. 
Os sinais elétricos são convertidos em digitais a partir de entradas 
analógicas por meio de um circuito conversor analógico-digital (ADC - Analog to 
Digital Converter). Os sinais são convertidos de digitais em analógicos, utilizando 
um conversor digital-analógico (DAC - Digital to Analog Converter). 
Figura 2 – Conversão A/D 
 
Fonte: O autor. 
 
 
04 
1.2.1 Escala de conversão analógica 
Os valores analógicos devem ser convertidos em unidades de medidas 
para serem exibidos. A fórmula para tal é derivada da fórmula de uma reta, 
Y=mx+b, em que m é um escalar criado da divisão da unidade de engenharia pela 
faixa de corrente e tensão, x é o valor analógico obtido do sinal de entrada, e b é 
o deslocamento. Y é o valor das unidades de engenharia a ser exibido (Lamb, 
2015). 
Como exemplo, suponhamos que temos uma entrada de 4 a 20mA 
representando determinado peso, em quilos. Em 4mA, temos que o valor lido é 
de 0 quilos, enquanto o valor de 20mA representa o valor de leitura de 100 quilos. 
Suponha que um cartão de 16 bits dê a leitura de 0 para 4 mA e de 65.536 para 
20mA. Então, a faixa de peso é 100 e a faixa de corrente, 65.536. O escalar é, 
portanto, 100/65.536 = 0,0015259, o número de quilos por contagem digital. Neste 
exemplo, supõem-se um valor de 27.000 no cartão. Multiplicando pelo escalar, 
chegamos ao valor de 41,199 quilos (Lamb, 2015). 
 Escalar da range de engenharia  100 (máximo) – 0 (mínimo) = 100. 
 Escalar do range da entrada analógica do CLP  65.535 (máximo) – 0 
(mínimo) = 65.535. 
 M = Escalar da range de engenharia / Escalar do range da entrada 
analógica do CLP. 
 B = 0, pois o valor inicial da escala é 0. 
 X = 27.000. 
 Y = 0,0015259*27.000+0. 
 Y = 41,199 kg. 
A seguir, será apresentado um exemplo de conversão de escala em um 
CLP Rx3i da GE. Esta conversão foi desenvolvida para sinais inteiros e com casas 
após a vírgula (ponto flutuante). 
 Variáveis da Fórmula 
 MaxUE  máximo da escala de engenharia; 
 MinUE  mínimo da escala de engenharia; 
 MaxIO  máximo da entrada analógica; 
 MinIO  mínimo da entrada analógica; 
 Atual  valor da entrada analógica. 
 
 
05 
 Fórmula – Valor = (Escalar * Valor da entrada analógica) + 
Deslocamento 
 Escalar  ((MaxUE – MinUE) / (MaxIO – MinIO)); 
 Valor da entrada analógica  Atual (0 a 4095); 
 Deslocamento  valor inicial da unidade de engenharia (MinUE). 
Figura 3 – Exemplo de conversão de Escala no CLP Rx3i da GE 
 
Fonte: O autor. 
TEMA 2 – ENTRADAS E SAÍDAS DIGITAIS 
Para que um CLP, por meio de um programa, controle adequadamente 
determinado processo, é necessário que ele possua dispositivos de entrada e 
saída digitais compatíveis com as variáveis do processo e com as estratégias de 
controle desejadas. 
 
 
06 
2.1 Entradas digitais 
Apesar de as variáveis físicas, tais como temperatura, pressão, força, 
massa etc., terem comportamento analógico, a maioria dos processos é 
controlada por meio de informações digitais, provindas de sensores, botoeiras, 
chaves fim de curso, termostatos, pressostatos etc., tornando as entradas digitais 
as mais presentes e as mais utilizadas em CLPs (Zancan, 2011). 
As entradas digitais de um CLP estão aptas a identificar a presença ou não 
de um sinal elétrico provindo de determinado dispositivo, dentro de uma 
determinada faixa de valores, reconhecendo a presençado sinal, mas não sua 
amplitude. Os valores de tensão mais utilizados em entradas digitais são 24 Vcc 
e 110 a 220 Vca (Zancan, 2011). 
Para que a CPU possa interpretar corretamente as informações elétricas 
que chegam às entradas digitais, o CLP dispõe de módulos de entrada, 
responsáveis pela adequação elétrica dos sinais (Zancan, 2011). 
2.1.1 Dispositivos para entradas digitais 
Os dispositivos para entradas digitais devem fornecer às entradas digitais 
do CLP informações elétricas binárias correspondentes a dois níveis diferentes de 
tensão, respeitando as especificações de valores do CLP. Como exemplo, 
podemos ter 0 Vcc para baixo nível (desativada) e 24 Vcc para alto nível (ativada) 
(Zancan, 2011). 
Como exemplo de dispositivos para entradas digitais, temos os 
interruptores, as botoeiras, chaves fim de curso, os termostatos, pressostatos, 
sensores digitais capacitivos, indutivos e fotoelétricos etc., conforme mostra a 
figura a seguir (Zancan, 2011). 
 
 
 
07 
Figura 4 – Dispositivos para entradas digitais: (1) interruptor; (2) botoeira; (3) 
chave fim de curso; (4) termostato; (5) pressostato; (6) sensor indutivo 
 
Fonte: Zancan (2011). 
2.2 Saídas digitais 
As saídas digitais são as mais utilizadas em CLPs devido à sua 
simplicidade, uma vez que estas podem assumir somente duas situações: 
acionada ou desacionada. Quando uma saída digital está acionada, se comporta 
como uma chave fechada, energizando o dispositivo atuador. Quando 
desacionada, se comporta como uma chave aberta, desenergizando o dispositivo 
atuador. A comutação das saídas pode ser à transistor ou à relé, aplicando no 
dispositivo atuador a tensão fornecida à saída, geralmente 24 Vcc, 127 Vca ou 
220 Vca (Zancan, 2011). 
2.2.1 Dispositivos para saídas digitais 
Como as saídas digitais comportam-se como chaves abertas ou fechadas, 
podemos utilizá-las para comutar um circuito elétrico com tensão compatível com 
os terminais do CLP e com os equipamentos elétricos conectados à saída, 
acionando-os ou os desacionando. Entretanto, o CLP é um equipamento lógico, 
projetado para acionar pequenas cargas elétricas, geralmente dispositivos 
eletromecânicos ou eletrônicos de acionamentos, tais como contatores, lâmpadas 
 
 
08 
de sinalização, soft-starters, válvulas eletro-hidráulicas ou eletropneumáticas etc., 
capazes de acionar cargas elétricas de maior potência, como mostra a figura a 
seguir. 
Figura 5 – Dispositivos para saídas digitais: (1) contator; (2) soft-starter; (3) 
lâmpadas de sinalização; (4) válvula eletro-hidráulica 
 
Fonte: Zancan (2011). 
TEMA 3 – ENTRADAS E SAÍDAS ANALÓGICAS 
Para que um CLP, por meio de um programa, controle adequadamente 
determinado processo, é necessário que ele apresente dispositivos de entrada e 
saída analógicas compatíveis com as variáveis do processo e com as estratégias 
de controle desejadas. 
3.1 Entradas analógicas 
As entradas analógicas de um CLP são geralmente empregadas em 
processos que exigem um controle mais preciso, identificando e atualizando, a 
cada varredura, o valor instantâneo da variável de entrada. As principais variáveis 
físicas medidas por entradas analógicas são de temperatura e pressão. Para isso, 
são utilizados alguns dispositivos, tais como os sensores de pressão e 
 
 
09 
termopares, que convertem as variáveis físicas em sinais elétricos proporcionais, 
cujas amplitudes são reconhecidas pelas entradas analógicas do CLP. Esses 
sinais elétricos podem ser de tensão ou corrente, cuja faixa de valores mais 
utilizada é, respectivamente, 0 a 10 Vcc e 4 mA a 20 mA (Zancan, 2011). 
3.1.1 Dispositivos para entradas analógicas 
Os dispositivos para entradas analógicas devem ser compatíveis com as 
entradas analógicas do CLP, em relação ao tipo de sinal (corrente ou tensão) e à 
faixa de valores deste sinal, fornecendo ao CLP sinais elétricos variáveis, 
proporcionais à variação da grandeza física que está sendo medida (Zancan, 
2011). Como exemplo de dispositivos para entradas analógicas, temos os 
potenciômetros, os sensores de pressão, sensores de vazão, sensores de 
distância, termopares etc., conforme mostra a figura a seguir (Zancan, 2011). 
Figura 6 – Dispositivos para entradas analógicas: (1) potenciômetro; (2) sensor de 
pressão; (3) termopar; (4) sensor de vazão; (5) sensor de distância 
 
Fonte: Zancan (2011). 
 
 
 
010 
3.2 Saídas analógicas 
As saídas analógicas de um CLP são geralmente utilizadas em processos 
que exigem um controle mais preciso, ajustando o funcionamento dos atuadores 
às necessidades do processo. Os sinais elétricos das saídas analógicas podem 
ser de tensão ou corrente, cujas faixas de valores mais utilizadas são, 
respectivamente, 0 a 10 Vcc e 4 mA a 20 mA. Dessa forma, os atuadores 
receberão das saídas analógicas sinais elétricos variáveis, não apenas 
energizando os equipamentos, mas, principalmente, definindo a intensidade de 
sua atuação no processo (Zancan, 2011). 
3.2.1 Dispositivos para saídas analógicas 
Os dispositivos para saídas analógicas recebem do CLP sinais elétricos 
variáveis, de tensão ou corrente, controlando a atuação de um equipamento 
elétrico. Temos como exemplos: controle de temperatura, controle de nível, 
controle de rotação de motores elétricos etc. Para isso, são necessários circuitos 
ou equipamentos eletrônicos auxiliares que recebem a informação analógica do 
CLP, atuando diretamente no funcionamento dos equipamentos elétricos, como 
um conversor de frequência, equipamento eletrônico destinado ao controle de 
rotação de motores de indução. A figura a seguir mostra um conversor de 
frequência (Zancan, 2011). 
Figura 7 – Inversor de frequência 
 
Fonte: O autor. 
 
 
011 
TEMA 4 – SENSORES DISCRETOS 
Sinal quantificado que indica a existência ou não de um evento. Pode 
assumir os valores 0 (zero) ou 1 (um), bem como uma combinação destes. Os 
sensores discretos são utilizados para monitorar a ocorrência ou não de 
determinado evento. Apresentam, em sua saída, dois estados distintos, como 
ligado (on) ou desligado (off), ou a presença ou ausência de determinada 
grandeza elétrica (Fluentes, 2005). 
Figura 8 – Fim de curso 
 
Fonte: O autor. 
Podem ser dispositivos eletromecânicos simples e de baixo custo, como 
microswitchs e interruptores fim de curso. Há também os eletrônicos, como os 
sensores de proximidade indutivos e capacitivos (Fluentes, 2005). 
Conheça as características dos Sensores Discretos eletromecânicos e 
eletrônicos, segundo Fluentes (2005): 
 Eletromecânicos 
 Necessidade de contato físico com o alvo; 
 Baixa velocidade de resposta; 
 Baixa frequência de comutação; 
 Vida útil limitada dos contatos; 
 Baixo custo. 
 Eletrônicos 
 Não necessita de contato físico com o alvo; 
 Alta velocidade de repostas; 
 Não apresenta limitações de ciclos de operação; 
 Custo elevado. 
 
 
012 
Os sensores de proximidade discretos detectam a presença de um objeto 
em determinada posição do espaço. Muitos sistemas de produção utilizam chaves 
eletromecânicas para a determinação da posição dos movimentos executados. 
Entretanto, estes componentes necessitam de contato físico e apresentam 
limitações quanto à velocidade de atuação. A atual tecnologia eletrônica permitiu 
o desenvolvimento de diversos modelos de sensores de proximidade com 
características específicas para as mais variadas aplicações (Fluentes, 2005). 
Tipos de sensores discretos: 
 Magnéticos; 
 Indutivos; 
 Capacitivos; 
 Ópticos. 
A seguir, apresentaremos alguns exemplos de aplicações em que os 
sensores discretos podem ser utilizados. 
Figura 9 – Detecção de posição 
 
Fonte: Fluentes (2005). 
Figura 10 – Contagem de peças 
 
Fonte: Fluentes (2005). 
Figura 11 – Detecção de nível 
 
Fonte: Fluentes (2005). 
 
 
 
013 
4.1 Sensores indutivos 
Os sensores de proximidade indutivos são dispositivos eletrônicos capazesde detectar a aproximação de peças metálicas, em substituição às tradicionais 
chaves fim de curso. A detecção ocorre sem que haja contato físico, aumentando 
a vida útil do sensor por não possuir peças móveis sujeitas a desgastes mecânicos 
(Fluentes, 2005). 
4.2 Sensores capacitivos 
O sensor capacitivo tem como principal vantagem poder detectar objetos 
metálicos e não metálicos, ao contrário do indutivo, que só detecta objetos 
metálicos. Outra vantagem é que essa detecção pode ser realizada com objetos 
que estejam dentro de recipientes não metálicos. Esses sensores são usados 
geralmente na indústria de alimentos e para verificar os níveis de fluidos e sólidos 
dentro de tanques. Os sensores capacitivos não são tão precisos quanto os 
indutivos, além de serem mais sensíveis à variação do ambiente. 
4.3 Sensores fotoelétricos 
Os sensores fotoelétricos, também conhecidos por sensores ópticos, 
manipulam a luz de forma a detectar a presença do acionador, que, na maioria 
das aplicações, é o próprio produto (Fluentes, 2005). 
4.3.1 Sistema de barreira 
O transmissor e o receptor estão em unidades distintas e devem ser 
dispostos um frente ao outro, de modo que o receptor possa constantemente 
receber a luz do transmissor. O acionamento da saída ocorre quando o objeto a 
ser detectado interrompe o feixe de luz. 
 
 
 
014 
Figura 12 – Barreia de luz instalada em uma prensa 
 
Fonte: O autor. 
4.3.2 Sistema por difusão (fotosensor) 
Neste sistema, o transmissor e o receptor são montados na mesma 
unidade. O acionamento da saída ocorre quando o objeto a ser detectado entra 
na região de sensibilidade e reflete para o receptor o feixe de luz emitido pelo 
transmissor (Fluentes, 2005). 
4.3.3 Sistema retro-refletivo 
Este sistema apresenta o transmissor e o receptor em uma única unidade. 
O feixe de luz chega ao receptor somente após ser refletido por um espelho 
prismático, e o acionamento da saída ocorrerá quando o objeto a ser detectado 
interromper este feixe (Fluentes, 2005). 
 
 
 
015 
Figura 13 – Sensor retro-refletivo 
 
Fonte: Fluentes (2005). 
4.3.4 Informações sobre os sensores ópticos 
 A seguir serão apresentados alguns conceitos para a utilização de 
sensores ópticos. 
 Background: Alguns sensores ópticos podem apresentar supressores de 
background, ou seja, serão insensíveis ao fundo brilhante. Portanto, se 
houver um fundo brilhante, isso pode confundir a detecção do objeto, 
mesmo que este fundo esteja fora da distância sensora máxima. 
 Zona Morta: Existe uma área próxima ao sensor onde não é possível a 
detecção do objeto, pois, nesta região, a reflexão da luz não consegue 
chegar ao receptor. A zona morta normalmente é de 10 a 20% da distância 
sensora. 
 Interferências do meio: Os sensores ópticos não são 100% imunes à 
iluminação do ambiente. Algumas recomendações são: não colocar 
lâmpada fluorescente muito próximo do sensor, nem deixar luz solar incidir 
diretamente sobre as lentes. 
 Fator de redução: Alguns catálogos de sensores apresentam tabelas de 
fatores de correção em função do material e da cor do objeto a ser 
detectado. 
 Ajuste de Sensibilidade: Todos os modelos fotossensores apresentam 
um potenciômetro para ajuste de sensibilidade, o qual tem como função 
ajustar a distância sensora de modo que o sensor discrimine somente o 
objeto a ser detectado. 
TEMA 5 – SENSORES ANALÓGICOS 
Os sensores analógicos produzem uma saída proporcional a uma 
propriedade de medida. Frequentemente, há compensações e erros lineares 
 
 
016 
associados aos sensores analógicos que ser precisam ser levados em conta ao 
se utilizar de medidas resultantes, e uma calibração em relação a um padrão 
conhecido costuma ser requerida (Lamb, 2015). 
5.1 Ultrassônicos 
 Os sensores ultrassônicos transmitem pulsos de som em uma alta 
frequência e avaliam o eco recebido de volta ao sensor. Os sensores calculam o 
intervalo de tempo entre o sinal e o eco recebido para determinar a distância na 
qual se encontra um objeto (Lamb, 2015). 
 Os sensores ultrassônicos são usados para medir distâncias, sendo 
comuns em aplicações que medem líquidos e níveis de tanque. Essa tecnologia 
é limitada pelas formas das superfícies e pela densidade ou consistência de um 
material. Por exemplo, a espuma na superfície de um fluído em um tanque pode 
distorcer uma leitura (Lamb, 2015). 
Figura 14 – Sensor ultrassônico 
 
Fonte: O autor. 
5.2 Sensor de temperatura 
O dispositivo mais comum para medir a temperatura é o termopar. Os 
termopares são empregados na ciência e na indústria. Algumas aplicações 
incluem medidas de temperatura de fornos e na moldagem de plásticos por 
injeção, medidas de temperatura exaustivas de turbinas a gás e vários outros 
processos industriais (Lamb, 2015). 
 
 
 
017 
Figura 15 – Sensor PT100 
 
Fonte: O autor. 
5.3 Sensor de pressão 
Os sensores de pressão são utilizados em aplicações que incluem medidas 
de pressão de tanques, rede de distribuição de água, circuitos hidráulicos e vários 
outros processos industriais. 
Figura 16 – Sensor de pressão 
 
Fonte: O autor. 
5.4 Sensor radar 
Com os sensores radares, é possível medir os níveis, a velocidade e o 
volume, por exemplo, de um tanque. Os sensores radares funcionam em 
ambientes com muita poeira, podendo ser utilizados na medição de tanques, silos 
entre outras aplicações. Esse sensor possui a capacidade de isolar partículas 
soltas, assim como as características do ambiente de medição (tanques, silos 
entre outros), focando no nível real de material dentro dele. 
Figura 17 – Sensor radar 
 
Fonte: O autor. 
 
 
 
018 
FINALIZANDO 
 Nesta segunda aula, apresentamos um pouco sobre os tipos de sinais 
existentes, que são interpretados pelos controladores lógicos programáveis, os 
tipos de interface (entradas e saídas) que os CLPs utilizam para 
aquisitar/comandar sinais de campo, e os tipos de sensores discretos e analógicos 
existentes para detecção de elementos e medições de variáveis de um processo, 
tais como: temperatura, níveis, pressão, entre outras. As análises dos dispositivos 
corretos para interface com os elementos de um processo nos impõem desafios 
que devem ser avaliados para que o resultado final do controle atinja necessidade 
e qualidade exigidas pelo cliente final. 
 
 
 
 
019 
REFERÊNCIAS 
CAPELLI, A. Automação Industrial: controle do movimento e processos 
contínuos. São Paulo, Erica, 2015. 
FLUENTES, R. C. Apostila de Automação Industrial. Santa Maria: Universidade 
Federal de Santa Maria; Colégio Técnico Industrial de Santa Maria, 2005. 
Disponível em: <http://w3.ufsm.br/fuentes/index_arquivos/CA03.pdf>. Acesso em: 
2 nov. 2017. 
LAMB, F. Automação Industrial: na prática. Porto Alegre, RS: McGraw-Hill, 2015. 
ZANCAN, M. D. Controladores programáveis. 3 ed. Santa Maria, RS: 
Universidade Federal de Santa Maria; Colégio Técnico Industrial de Santa Maria, 
2011. 
 
 
AULA 3 
FUNDAMENTOS DE SISTEMAS 
DE CONTROLE 
Prof. Alexandre Arioli 
 
 
02 
CONVERSA INICIAL 
Caro aluno, seja bem-vindo à sua terceira aula de Fundamentos de 
Sistemas de Controle. Nesta aula, abordaremos os sistemas de numeração e 4 
tipos de linguagem de programação existentes na norma 61131-3. Analisaremos 
os tipos de linguagem textuais (lista de instrução e texto estruturado), linguagem 
gráfica de diagrama de blocos de funções e sequenciamento gráficos de funções. 
Neste contexto, a ideia é que, ao final da aula, você tenha uma boa noção dos 
tipos de métodos de programação que podem ser utilizados para a automação de 
um processo. 
CONTEXTUALIZANDO 
 Os controladores lógicos programáveis podem apresentar tipos/formato de 
dados e tipos de programação que devem ser de conhecimento dos técnicos e 
dos engenheiros que trabalham com tais equipamentos. Para a área de 
automação industrial, existe uma norma direcionada aoscontroladores lógicos 
programáveis, a IEC61131-3, que é de muita importância, pois ajuda os técnicos 
iniciantes em determinada área a fazer o serviço técnico da melhor forma possível, 
e possibilita aos técnicos experientes comprovar seus métodos de trabalho. Na 
implementação das lógicas de controle nos CLPs, podemos utilizar mais de uma 
forma de programação, sendo que esta condição deve ser avaliada pelo corpo 
técnico na etapa de planejamento do projeto. Vamos, então, nesta terceira aula, 
entender um pouco sobre os tipos/formatos dos dados e conhecer os 4 tipos de 
programação descritos na norma IEC61131-3. 
TEMA 1 – SISTEMA DE NUMERAÇÃO 
Vários sistemas são usados para a representação numérica no mundo da 
automação. Alguns deles são configurados para facilitar o uso pelos sistemas 
baseados em computadores ou em microprocessadores, enquanto outros são 
mais voltados para a alta precisão ou têm intuito de facilitar a interpretação pelos 
seres humanos (Lamb, 2015). 
 
 
 
03 
1.1 Binário ou booleano 
O sistema de numeração binário é um sistema de base 2, em que em cada 
dígito pode ser somente 0 ou 1. Os computadores usam esse sistema 
internamente devido à natureza lógica das portas ou switches dos sistemas de 
computação. Os números 1 e 0 podem ser agrupados de tal maneira que facilite 
a conversão em outros sistemas de numeração (Lamb, 2015). 
Embora não estejam relacionadas de forma direta com o sistema de 
numeração binária, as operações lógicas, em uma sequência de caracteres 
binários, são chamadas de booleanos ou operações bit a bit. Por essa razão, o 
sistema binário é, em alguns momentos, citado como sistema booleano (Lamb, 
2015). 
Quadro 1 – Potência de base 2 
 
Fonte: Lamb (2015). 
Tabela 1 – Conversão binário decimal 
 
Fonte: Lamb (2015). 
 
 
04 
1.2 Decimal 
O sistema numérico ao qual as pessoas estão mais habituadas é o sistema 
decimal, ou sistema de base 10. Esse sistema possui uma raiz de 10 e permite 
que números fracionários sejam representados convenientemente, utilizando um 
ponto de raiz na base 10 ou um ponto decimal (Lamb, 2015). 
Figura 1 – Potência de base 10 
 
Fonte: Lamb (2015). 
1.3 Hexadecimal 
O sistema hexadecimal é um sistema de base 16. Seu principal uso é como 
uma apresentação facilmente conversível em grupos de dígitos binários. Ele utiliza 
16 símbolos: 0 até 9 para representar os 10 primeiros dígitos, e de A até F para 
os valores entre 10 e 15. Uma vez que cada dígito representa quatro dígitos 
binários, ele serve como uma abreviação dos valores na base 2 (Lamb, 2015). 
Tabela 2 – Conversão hexadecimal binário 
 
Fonte: Lamb (2015). 
 
 
 
05 
1.4 Ponto flutuante e real 
Os números considerados não inteiros são representados por pontos 
flutuantes ou números reais. Normalmente, esses números se apresentam 
utilizando 32 bits e também são conhecidos como precisão simples de 32 bits 
(Lamb, 2015). 
Os números de ponto flutuante permitem que um ponto da raiz seja 
variável, o que depende de um número muito grande ou muito pequeno a ser 
representado. Como o ponto da raiz pode ser colocado em qualquer lugar em 
relação aos seus dígitos significativos do número, os números de ponto flutuante 
conseguem suportar faixas de valores muito maiores do que as dos pontos fixos 
e dos inteiros (Lamb, 2015). 
A representação de ponto flutuante é vantajosa, pois suporta uma faixa de 
valores bem maior. Porém, o formato de um ponto flutuante requer um pouco mais 
de armazenamento para codificar os pontos da base (Lamb, 2015). 
Figura 2 – Representação do ponto flutuante 
 
Fonte: Lamb (2015). 
1.5 Bytes e palavras 
Os bits podem ser agrupados, por conveniência, em 8 bits, ou 1 byte, ou 
em 16 bits, ou 1 palavra (Word). Essas estruturas numéricas são convenientes 
para a passagem de pacotes de informação que incluem números e caracteres 
de texto. Os bytes ainda são subdivididos em 4 bits (nibbles), utilizados para 
representar hexadecimais. Palavras duplas de 32 bits, ou inteiros duplos, também 
são usadas em técnicas de agrupamento (Lamb, 2015). 
 
 
 
06 
1.6 ASCII 
O ASCII é um padrão de codificação utilizado para representar palavras e 
caracteres de texto. Ele é implementado como um esquema de codificação de 
caracteres, principalmente em computadores e equipamentos de comunicação. O 
ASCII inclui definições para 128 caracteres. Desses, 33 são de controle não 
imprimíveis, em sua maior parte obsoletos, que afetam a forma como o texto é 
processado; 94 são de impressão, e o espaço é considerado um gráfico invisível 
(Lamb, 2015). 
TEMA 2 – NORMA 61131-3 
 Em 1992, a International Electrotechnical Commission (IEC – Comissão 
Internacional de Eletrotécnica) publicou edição da norma IEC61131 com o objetivo 
de estabelecer padrões para os controladores programáveis. Essa norma, em 
vários capítulos, possibilitou a definição de critérios para cada um dos tópicos 
relacionados aos CLPs (Parede; Gomes, 2011). 
 Os capítulos são os seguintes: 
 61131-1 – Informações gerais sobre os CLPs; 
 61131-2 – Requisitos de hardware; 
 61131-3 – Linguagem de programação; 
 61131-4 – Guia de orientação ao usuário; 
 61131-5 – Comunicação. 
 São abordados aqui os padrões de linguagens de programação de CLPs 
apresentados na IEC 61131-3. Vale ressaltar que, mesmo que se trate de um 
capítulo à parte, a IEC 61131-3 especifica as semânticas e sintaxes para as 
linguagens de programação dos controladores definidos na IEC 61131-1 no que 
se refere aos conceitos gerais. A IEC 61131-5 trata da comunicação de dados 
internos, uma vez que esses tópicos estão indiretamente interligados (Parede; 
Gomes, 2011). 
 A primeira edição da IEC 61131-3 foi publicada em dezembro de 1993, e a 
segunda, em 2003. Essa norma define que, para um CLP estar de acordo com os 
padrões por ela estabelecidos, deve possuir ao menos duas linguagens gráficas 
e duas linguagens de texto para sua programação. Assim, em consenso entre os 
atuais fabricantes, é preciso, segundo Parede e Gomes (2011), trabalhar com as 
seguintes linguagens: 
 
 
07 
 Textuais 
 IL – instruction list ou lista de instruções; 
 ST – structured text; 
 Gráficas 
 LD – ladder diagram ou diagrama Ladder; 
 FDB – function block diagram ou diagrama de blocos de funções. 
 Um quinto modo de programar alguns equipamentos de mercado é o SFC 
– sequential function chart ou sequenciamento gráfico de funções –, que possui 
elementos para organizar programas de maneira sequencial e permite também o 
controle paralelo de processos. Entre essas linguagens de programação, alguns 
parâmetros são definidos para que realmente haja certa compatibilidade entre os 
equipamentos. Tais parâmetros, de acordo com Parede e Gomes (2011), podem 
ser definidos como dados, variáveis, configuração e organização das unidades de 
programa. 
2.1 Dados 
 Segundo Parede e Gomes (2011), a norma prevê os seguintes tipos de 
dados: 
 Grupo de bits: grupo de valores binários (on/off). 
 BOOL: 1 bit; 
 BYTE: 8 bits; 
 WORD: 16 bits; 
 DWORD: 32 bits; 
 LWORD: 64 bits. 
 Inteiros: números inteiros e reais. 
 SINT: curto (1 byte); 
 INT: inteiro (2 bytes); 
 DINT: duplo inteiro (4 bytes); 
 LINT: longo inteiro (8 bytes). 
 Real: ponto flutuante, ou seja, considera fracionários na utilização do 
número, conforme a IEC 559 (1982). 
 REAL: 4 bytes; 
 LREAL: 8 bytes. 
 Tempo: duração de timers e processos. 
 
 
08 
 Data e hora do dia. 
 DATE: data do calendário; 
 TIME_OF_DAY: hora local; 
 DATE_AND_TIME: data e hora local. 
 String: caracteres que podem ser expostos em cotas únicas – 
normalmente para a transmissão de caracteres ASCII (american standard 
code for information interchange) para outros dispositivos. 
 WSTRING: permitir o envio de várias strings; 
 ARRAYS: múltiplos valores armazenados na mesma variável; 
 SUB RANGES: definir limites de valorespara a entrada ou para a saída 
de dados – por exemplo, sinais de 4 a 20 mA. 
2.2 Variáveis 
 Ainda, para Paredes e Gomes (2011), as variáveis podem ser do tipo: 
 Global: serve a todo o programa e não necessariamente só a uma parte 
dele; 
 Local: serve somente a uma parte do programa; 
 I/O mapping: mapeamento de todas as entradas e saídas em relação a 
posições de memória predefinidas; 
 External: mapeamento definido exclusivamente como pontos de entrada e 
saída de dados. 
 Temporary: usados momentaneamente durante a execução de parte do 
programa. 
2.3 Configuração 
 Recursos de hardware e vínculos específicos para o processamento dos 
dados e dos programas. 
 Recursos: reserva de memória ou índices de processamento para 
determinada parte do programa; 
 Tarefas: podem seguir paralelas, sendo executadas simultaneamente pela 
UCP; 
 Programas: podem ser executados ciclicamente, em determinado período 
ou quando ocorrer certo evento (Parede; Gomes, 2011). 
 
 
09 
2.4 Organização das unidades de programa 
 Definidos pelas funções básicas, blocos básicos e possibilidade de criação 
de funções e blocos de acordo com a necessidade da programação. 
 Funções padrão como: ADD, SQRT, SIN, COS, GT, MIN, MAX, AND, OR, 
entre outras; 
 Funções customizadas: campo no qual o programador pode criar funções 
ou utilizar mais de uma função preexistente para a criação de outra função 
em sua programação; 
 Blocos de funções: padrões iguais aos apresentados nas funções, só que 
em linguagem de bloco; 
 Blocos customizados: campo para a elaboração ou utilização de mais de 
uma função preexistente na criação de blocos. Podem ser compostos 
também por blocos comercializados por outros fabricantes ou por empresas 
especializadas; 
 Programas: programas e sub-rotinas específicos. Podem ser armazenados 
em funções ou blocos criados pelo programador e utilizados mais de uma 
vez na atual aplicação ou posteriormente em outros programas (Parede; 
Gomes, 2011). 
TEMA 3 – LINGUAGENS TEXTUAIS 
3.1 IL – Lista de Instrução 
 É basicamente a transcrição do diagrama de relés (Ladder), ou seja, a 
passagem de uma linguagem gráfica para uma linguagem escrita. Essa etapa foi 
importante nos primórdios do CLP, pois, na época, não existiam terminais gráficos 
que permitiam desenhar o diagrama Ladder na tela, usando o mouse. 
Antigamente, os terminais de vídeo e os displays dos terminais de programação 
eram alfanuméricos; por isso, o programador precisava projetar o diagrama 
Ladder no papel e depois convertê-lo para a linguagem IL. Um compilador se 
encarregava de traduzir o IL para a linguagem de máquina (Assembler) do 
processador utilizado no CLP (Parede; Gomes, 2011). 
 A Tabela 1 apresenta as instruções mais comuns empregadas nessa 
linguagem. 
 
 
 
010 
Tabela 3 – Lista de comandos na linguagem IL contidas na IEC 61131-3 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
 Dado o diagrama de comandos elétricos da Figura 3, que já está na 
linguagem Ladder (exceto pela simbologia), vamos transcrevê-lo para a 
linguagem IL. 
Figura 3 – Exemplo de diagrama de comandos elétricos 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
 
 
011 
 Analisando a Figura 3, fazemos a seguinte leitura: havendo continuidade 
elétrica de A ou B e também de C ou D, X deve ser acionado. 
 Podemos traduzir essa lógica em lista de instruções segmentando o 
problema, segundo Parede e Gomes (2011): 
 LD A – Carrega o valor de A em acumulador; 
 LD B – Carrega o valor de B em um acumulador; 
 OR B – Executa a lógica booleana OR entre A e B e armazena o resultado 
em B; 
 LD C – Carrega o valor de C em um acumulador; 
 LD D – Carrega o valor de D em um acumulador; 
 OR D – Executa a lógica booleana OR entre C e D e armazena o resultado 
em D; 
 AND B – Executa a lógica booleana AND entre B e D (últimos acumuladores 
gravados) e armazena o resultado em B; 
 ST X – Armazena o valor de B em X. 
 Percebe-se que tal lógica utiliza uma única instrução por linha de 
programação, o que dificulta a elaboração de grandes programas. Desse modo, 
faz-se necessário um controle muito eficiente na utilização dos registradores e das 
respectivas interfaces de entrada e saída para não haver falhas durante a 
confecção do programa (Parede; Gomes, 2011). 
3.2 ST – Texto estruturado 
 É uma linguagem mais elaborada, considerada de alto nível, que usa o 
princípio de criação de sentenças para definir e informar ao CLP qual a lógica 
necessária em determinado ponto. Como possibilita a utilização de mais de uma 
instrução por linha, agiliza e facilita a tarefa dos programadores em projetos mais 
complexos (Parede; Gomes, 2011). 
 Com estrutura similar à de linguagens de programação, como o C++ e o 
Pascal, permite o uso de comandos específicos para a definição de laços de 
controle, ou seja, funções ou operações lógicas que devem ser executadas até 
que determinado evento ocorra ou que determinada contagem seja atingida 
(funções REPEAT-UNTIL, DO-WHILE, entre outras) (Parede; Gomes, 2011). 
 Possibilita a utilização de instruções condicionais, referindo-se a reações 
preestabelecidas do programa para o caso de certos eventos ocorrerem, desde 
 
 
012 
que previamente considerados (funções IF-THEM-ELSE, CASE) e, também, por 
apresentar uma linguagem mais rica, o emprego de equações trigonométricas 
(SIN – função seno) e matemáticas (SQRT – raiz quadrada). Mesmo sendo uma 
linguagem mais fácil de ser compreendida e escrita, ainda demanda mão de obra 
especializada para a confecção e a manutenção de programas (Parede; Gomes, 
2011). 
 Levando em conta o exemplo apresentado na Figura 3, podemos definir a 
lógica de programação em linguagem estruturada da seguinte forma: 
 X: = (A OR B) AND (C OR D) 
 Ou seja, X é o resultado da operação booleana AND de dois resultados 
distintos: lógica OR entre A e B e lógica OR entre C e D (Parede; Gomes, 2011). 
TEMA 4 – FDB DIAGRAMA DE BLOCOS FUNCIONAIS 
 Utilizada na programação de CLPs, é uma linguagem gráfica baseada na 
interligação de blocos funcionais previamente disponibilizados pelos fabricantes e 
que permite ao próprio programador construir os blocos a serem utilizados 
(Parede; Gomes, 2011). 
 As entradas e saídas são conectadas a esses blocos, criando malha de 
interconexões, o que possibilita a obtenção dos mesmos resultados de outras 
lógicas de programação (Parede; Gomes, 2011). 
 Uma das grandes vantagens dos blocos funcionais é a reutilização de 
blocos dentro de um programa. Suponha que um projeto use vários motores, todos 
com o mesmo princípio de funcionamento, conforme lógica predefinida de 
acionamento de um motor em partida direta (Figura 4). Uma vez construído o 
bloco funcional de partida do motor, ele poderá ser utilizado várias vezes no 
programa, adotando entradas e saídas distintas, que, por sua vez, controlarão 
motores distintos (Parede; Gomes, 2011). 
 
 
 
013 
Figura 4 – Diagrama de comandos elétricos da ligação de um motor 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
 A Figura 5 mostra como configurar esse bloco de acionamento de motor, e 
a Figura 6 exemplifica a utilização de um mesmo bloco em mais de um motor, 
considerando essa distinção de variáveis (Parede; Gomes, 2011). 
Figura 5 – Montagem de um bloco de nome “BLOCO MOTOR” baseado em blocos 
primários AND e OR 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
Figura 6 – Utilização de vários “BLOCO MOTOR” dentro de um programa em 
diagrama de blocos funcionais 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
 
 
014 
 Para fixar o conceito de programação em diagrama de blocos funcionais, 
são apresentados, nas Figuras 7 e 8, outros exemplos de programas de 
fabricantes distintos (Parede; Gomes, 2011). 
Figura 7 – Exemplo de bloco de função criado por programador 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
TEMA 5 – SFC SEQUENCIAMENTO GRÁFICO DE FUNÇÕES 
 O SFC é uma linguagem gráfica de programação muito poderosa. 
Proporciona umarepresentação das sequências do processo controlado na forma 
de um diagrama. É utilizado para dividir um problema de controle, permitindo uma 
visão geral do processo e facilitando o diagnóstico. Outra grande vantagem é o 
suporte para sequências alternativas e paralelas, tornando possível que sub-
rotinas que servem ao interesse do processo controlado sejam executadas de 
maneira paralela, sem a necessidade de parada da lógica principal de controle 
(Parede; Gomes, 2011). 
 Em resumo, o SFC vai além de uma programação gráfica usada em CLPs: 
é uma forma de estruturar a lógica e as sequências de eventos desejadas em um 
processo a ser automatizado. O SFC é elaborado com blocos funcionais dispostos 
como um fluxograma, possibilitando a confecção e o estudo dos processos por 
meio de ações e transições que devem ocorrer. Isso permite que um processo 
seja aberto ao menor nível de análise até que se tenha o modelo desejado 
mapeado em detalhes (Parede; Gomes, 2011). 
 Também conhecido como GRAFCET, o SFC é baseado no conceito de 
analise binária das redes de Petri, levando em consideração, para ações futuras, 
os atuais estados de variáveis monitoradas. De forma prática, podemos analisar 
o funcionamento de uma lógica produzida em SFC observando a Figura 8 
(Parede; Gomes, 2011). 
 Na lógica apresentada na Figura 8, os retângulos representam os passos 
a serem executados no controle do processo e, entre alguns retângulos, está a 
 
 
015 
condição necessária para que se chegue ao novo passo. Desse modo, podemos 
garantir que determinado passo nunca ocorre sem que uma transição esteja 
concluída (Parede; Gomes, 2011). 
Analisando o exemplo da Figura 8, para que o passo 1 seja concluído, é 
necessário que sua resposta seja positiva, ou seja, “o tanque está cheio”. 
Enquanto o tanque estiver vazio, ele permanecerá monitorando essa etapa do 
processo (Parede; Gomes, 2011). 
Figura 8 – Exemplo de lógica em SFC 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
 Cada um dos blocos poderá ser programado na linguagem que for mais 
conveniente ao programador, pensando nas seguintes facilidades: 
 Gerar o código do programa; 
 Garantir que outras pessoas compreendam o programa; 
 Fazer manutenção e alterações no software. 
 No entanto, vale ressaltar que, se a tarefa envolver lógica simples, poderá 
ser conveniente o uso do diagrama Ladder; e, se contiver muitas fórmulas 
matemáticas, será mais conveniente uma linguagem do tipo texto estruturado 
(Parede; Gomes, 2011). 
FINALIZANDO 
Nesta terceira aula, apresentamos um pouco sobre os tipos/formato de 
dados que são interpretados pelos controladores lógicos programáveis, os tipos 
de programação textuais que os CLPs utilizam, o tipo de programação gráfica de 
blocos de funções e o tipo de programação que utiliza o sequenciamento gráfico 
 
 
016 
de funções. A análise da linguagem ou linguagens de programação corretas na 
implementação de um sistema deve ser avaliada pela equipe e traz benefícios, 
como a redução de desperdício de recursos em treinamentos; solução de 
problemas por meio de reutilização de softwares, eliminação de dificuldades de 
entendimento e utilização de melhores técnicas de programação. 
 
 
 
017 
REFERÊNCIAS 
LAMB, F. Automação Industrial: na prática. Porto Alegre: McGraw-Hill, 2015. 
PAREDE, I. M.; GOMES, L. E. L. Eletrônica 6: automação industrial. São Paulo: 
Fundação Padre Anchieta, 2011. (Coleção Técnica Interativa. Série Eletrônica, v. 6) 
 
 
 
AULA 4 
FUNDAMENTOS DE SISTEMAS 
DE CONTROLE 
Prof. Alexandre Arioli 
 
 
02 
CONVERSA INICIAL 
Caro aluno, seja bem-vindo à sua quarta aula de Fundamentos de Sistemas 
de Controle. Nesta aula, abordaremos a linguagem de programação Ladder. 
Analisaremos os fundamentos da linguagem Ladder, as instruções de contatos e 
bobinas, os contadores e comparadores, os temporizadores, as operações 
matemáticas básicas e as funções especiais. Neste contexto, a ideia é que, ao 
final da aula, você tenha uma boa noção da linguagem de programação Ladder, 
a qual pode ser utilizada para a automação de um processo. 
CONTEXTUALIZANDO 
 A linguagem de programação deve traduzir as funções a serem executadas 
e, para isso, ela precisa ser a mais simples possível. A linguagem pode usar 
abreviações, Figuras ou identificações de forma a tornar-se acessível a todos os 
níveis de tecnológicos. A linguagem Ladder é uma representação gráfica da 
linguagem de programação do CLP. Também conhecida como lógica de diagrama 
de contatos, a linguagem Ladder consiste em um sistema de representação que 
mais se assemelha à tradicional notação de diagramas elétricos, e permite 
desenvolver lógicas combinacionais, sequenciais ou ambas. Utiliza como 
operadores para essas lógicas: entradas, saídas, estados auxiliares e registros 
numéricos. Vamos, nesta quarta aula, entender um pouco da linguagem de 
programação Ladder descrita na norma IEC61131-3. 
TEMA 1 – PROGRAMAÇÃO LADDER 
 A Ladder foi a primeira linguagem destinada à programação de CLPs, 
criada para permitir que técnicos e engenheiros da área de automação com 
conhecimentos de lógica de relés e nenhum de programação conseguissem 
programar o CLP. Por esse motivo, ela se tornou a linguagem mais popular entre 
os programadores (Parede; Gomes, 2011). 
1.1 Funcionamento básico da linguagem Ladder 
 As variáveis associadas aos elementos de entrada, saída, memória, 
temporizadores e contadores são denominados operandos. O programa executa 
operações lógicas e aritméticas com esses operandos. 
 
 
03 
 Na linguagem Ladder, as linhas de contatos (instruções) possuem a 
aparência de degraus (rungs) de uma escada (ladder), e podem ser associadas a 
uma estrutura de colunas e linhas, conforme ilustra a Figura 1. Em cada linha, as 
instruções correspondem ao programa, ou seja, ao processamento dos 
operandos, e o resultado é atribuído a outro operando no bloco “Saída”, à direita 
(Parede; Gomes, 2011). 
Figura 1 – Diagrama Ladder 
 
 Fonte: Parede; Gomes (2011). 
 O número de linhas e colunas, ou elementos e associações que cada rung 
admite, varia conforme o fabricante do CLP e pode variar também de acordo com 
a UCP utilizada. Em geral, esses limites devem ser avaliados pelo técnico ou 
engenheiro no desenvolvimento do programa de aplicação, pois, se o limite for 
ultrapassado, o software de programação apresentará uma mensagem de erro 
durante a compilação do programa. 
 Os operandos podem ser divididos em três classes: 
 Memória (M) – Servem para o armazenamento dos resultados parciais, 
valores de constantes, dados de transmissão, valores de referência, 
receitas etc. Esses operandos podem ser livremente lidos e escritos pelo 
programa; 
 Entradas (I) – Estão associados aos módulos de entrada. Podem ser lidos 
pelo programa, mas escritos apenas pelos módulos de entrada; 
 Saídas (Q) – Estão associados aos módulos de saída. Podem ser 
livremente lidos e escritos pelo programa. 
 
 
04 
 Os operandos, por sua vez, são divididos, inicialmente, em cinco tipos, 
segundo sua utilização e número de bits: 
 Bits (X) – Utilizados para a implementação de lógica, ocupam 1 bit de 
memória; 
 Bytes (B) – Utilizados para o armazenamento de caracteres ASCII, ocupam 
8 bits; 
 Words (W) – Utilizados para o armazenamento de valores numéricos 
inteiros, ocupam 16 bits; 
 Double word (D) – Semelhante ao tipo W, ocupa 32 bits; 
 Word long (L) de 64 bits – Semelhante ao tipo W, ocupa 64 bits. 
 Originalmente, na linguagem Ladder, cada instrução correspondia aos 
contatos NA ou NF dos relés, cujo estado era definido pelo valor do operando (do 
tipo B) a ele associado. Na mesma época, as saídas eram as bobinas (operando 
tipo B). Com o tempo, os blocos de instruções passaram a contemplar contadores, 
temporizadores, operações aritméticas etc., que exigiram a criação dos tipos de 
operando citados anteriormente. 
 Mesmo tendo sido a primeiralinguagem destinada especificamente à 
programação de PLCs, a Linguagem Ladder mantém-se, ainda, como a mais 
utilizada, estando presente praticamente em todos os PLCs disponíveis no 
mercado. Por ser uma linguagem gráfica, baseada em símbolos semelhantes aos 
encontrados nos esquemas elétricos (contatos e bobinas), as possíveis diferenças 
existentes entre os fabricantes de PLCs quanto à representação das instruções 
são facilmente assimiladas pelos usuários (Oliveira, 2017). 
 Cada Elemento (contato ou bobina, por exemplo) da Lógica de Controle 
representa uma Instrução da Linguagem Ladder sendo alocada em um endereço 
específico e consumindo quantidade determinada de memória (word) disponível 
para armazenamento do Programa de Aplicação, conforme a CPU utilizada. Um 
mesmo símbolo gráfico da Linguagem Ladder (Contato Normalmente Aberto, por 
exemplo) pode representar Instruções diferentes, dependendo da localização na 
Lógica de Controle (Oliveira, 2017). 
 A Figura 2 apresenta a equivalência entre o Programa de Aplicação em 
Linguagem Ladder e o mesmo Programa em Linguagem de Lista de Instruções 
(Linguagem de Máquina – mnemônicos). Como pode ser visto, cada Instrução 
utilizada na Linguagem Ladder ocupou apenas um endereço de memória, o que 
é verificado pelo incremento simples de endereço em Linguagem de Lista de 
 
 
05 
Instruções. Porém, há instruções que ocupam mais de um endereço de memória, 
conforme a CPU utilizada (Oliveira, 2017). 
Figura 2 – Equivalência de linguagens 
 
Fonte: Oliveira (2017). 
 A relação entre o símbolo gráfico da Linguagem Ladder e a Instrução a ser 
executada pode ser verificada nos Endereços 0 e 1 do Programa em Linguagem 
de Lista de Instruções. Neste caso, a representação em Linguagem Ladder para 
os Elementos XO e X2 são Contatos Normalmente Abertos idênticos. Porém, a 
localização de cada um na Lógica de Controle determina Instruções diferentes, ou 
seja, o Contato Normalmente Aberto de XO, por iniciar o rung, determina a 
Instrução 'Store' (STR XO). Por sua vez, o Contato Normalmente Aberto de X2 
(com representação gráfica idêntica à de XO), por estar em paralelo com XO, 
determina a Instrução 'Or' (OR X2). Esta característica da Linguagem Ladder 
normalmente facilita o desenvolvimento do Programa de Aplicação, uma vez que 
o usuário precisa certificar-se apenas se a associação desejada é aceita pela CPU 
utilizada, não se prendendo à Instrução propriamente dita (Oliveira, 2017). 
 Os conceitos apresentados em seguida são necessários para o correto 
desenvolvimento de Programas de Aplicação em Linguagem Ladder. Eles são 
aplicados a todos os PLCs, independentemente de fabricante e de recursos 
disponíveis na CPU utilizada (Oliveira, 2017). 
 
 
 
06 
Figura 3 – Exemplo e lógica Ladder – CLP Ge Rx3i 
 
Fonte: Oliveira (2017). 
TEMA 2 – CONTATOS E BOBINAS 
O diagrama de contatos Ladder funciona como um esquema elétrico cujos 
principais elementos são o contato normalmente aberto, o contato normalmente 
fechado e a bobina do relé. 
2.1 Contatos NA 
Essa instrução funciona do seguinte modo: quando o bit associado a um 
contato normalmente aberto for acionado, o contato fechará; caso contrário, ele 
permanecerá aberto. Outra maneira de entender é imaginando um botão com o 
contato normalmente aberto: enquanto esse botão estiver solto, o contato ficará 
aberto, porém, ao ser pressionado, o contato do botão fechará (Parede; Gomes, 
2011). 
Caso o botão NA esteja em um circuito elétrico, ocorrerá a passagem de 
corrente elétrica nos componentes do circuito. Se houver uma carga em série com 
esse botão e uma tensão de alimentação, a carga será acionada (Parede; Gomes, 
2011). 
A Figura 4 mostra o circuito elétrico, e a Figura 5, a representação gráfica 
de um contato NA em diagrama Ladder. Note que, na Figura 5, em cima da 
instrução NA, aparece o endereço do operando relacionado a ela (Parede; 
Gomes, 2011). 
 
 
 
07 
Figura 4 – Circuito elétrico – contato NA 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
Figura 5 – Representação contato NA – Linguagem Ladder 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
Na Figura 5, o contato NA relacionado ao operando I0.0 (entrada) estará 
aberto se a entrada estiver desacionada (nível lógico 0), e fechado se a entrada 
estiver acionada (nível lógico 1) (Parede; Gomes, 2011). 
2.2 Contatos NF 
Essa instrução funciona do seguinte modo: quando o bit associado a um 
contato normalmente fechado for acionado, o contato abrirá; caso contrário, ele 
permanecerá fechado. Outra maneira de entender é imaginar um botão com o 
contato normalmente fechado: enquanto esse botão estiver solto, o contato ficará 
fechado, porém, ao ser pressionado, o contato do botão abrirá (Parede; Gomes, 
2011). 
Caso o botão NF esteja em um circuito elétrico, não ocorrerá passagem de 
corrente elétrica. Se houver uma carga em série com esse botão e uma tensão de 
alimentação, a carga será desligada (Parede; Gomes, 2011). 
A Figura 6 mostra o circuito elétrico, e a Figura 7, a representação gráfica 
de um contato NF em diagrama Ladder. Note que, na Figura 7, em cima da 
instrução NF, aparece o endereço do operando relacionado a ela (Parede; 
Gomes, 2011). 
 
 
 
08 
Figura 6 – Circuito elétrico – Contato NF 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
Figura 7 – Representação contato NF – Linguagem Ladder 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
Na Figura 7, o contato NF relacionado ao operando I0.1 (entrada) estará 
fechado se a entrada estiver desligada (nível lógico 0), e aberto se a entrada 
estiver acionada (nível lógico 1) (Parede; Gomes, 2011). 
2.3 Bobina de Saída 
A saída tem por base a ideia de continuidade lógica a ser garantida entre 
os extremos das linhas de programação. Uma saída será verdadeira se todas as 
instruções declaradas na linha lógica forem verdadeiras (Parede; Gomes, 2011). 
2.3.1 Bobina NA 
Essa instrução, ao ser acionada, transfere para o endereço associado a ela 
o valor da tensão que estiver em sua entrada. Por exemplo, em circuitos elétricos, 
utilizam-se diretamente relés ou contatores para acionar cargas como motores, 
resistências etc. Na Figura 8, quando aciona-se o botão 1, energiza-se a bobina 
do relé 1, o que, consequentemente, fecha os contatos 13 e 14, acionando a carga 
(Parede; Gomes, 2011). 
O relé 1 representa uma saída normalmente aberta, que tem como 
operando o endereço de saída Q0.0. A Figura 9 mostra a representação gráfica 
de uma saída normalmente aberta. Note que, em cima da instrução bobina, 
aparece o endereço do operando relacionado a ela (Parede; Gomes, 2011). 
 
 
 
09 
Figura 8 – Circuito elétrico para acionamento de uma carga 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
Figura 9 – Representação bobina NA – Linguagem Ladder 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
2.3.2 Bobina NF 
Essa instrução, ao ser acionada, transfere para o endereço associado a ela 
o valor de tensão oposto ao de sua entrada. Na Figura 10, quando acionamos o 
botão 1, energizamos a bobina do relé 1, o que, consequentemente, abre os 
contatos 21 e 22, desligando a carga. Nesse caso, o relé 1 representa uma saída 
normalmente fechada que tem como operando o endereço de saída Q0.1. A 
Figura 11 mostra a representação gráfica de uma saída normalmente fechada. 
Note que, em cima da instrução bobina, aparece o endereço do operando 
relacionado a ela (Parede; Gomes, 2011). 
Figura 10 – Circuito elétrico para desacionar uma carga 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
Figura 11 – Representação bobina NF – Linguagem Ladder 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
 
 
010 
2.4 Exemplos de Funcionamento Contato e Bobina NA 
 Faça o diagrama Ladder para o circuito da Figura 12. 
Figura 12 – Exemplo diagrama elétrico contato NA 
 
Fonte: Parede; Gomes (2011). 
2.4.1 Solução 
O programa começa com a identificação das entradas e das saídas. Monte 
uma tabela mostrando cada um desses endereços e relacione-os a uma 
simbologia que identifique