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AUTOMAÇÃO 
INDUSTRIAL
AUTOMAÇÃO 
INDUSTRIAL
Autom
ação Industrial
So� a Maria Amorim Falco Rodrigues So� a Maria Amorim Falco Rodrigues
GRUPO SER EDUCACIONAL
gente criando o futuro
Na disciplina de Automação Industrial, compreenderemos os principais conceitos da 
automação, entendendo as premissas mais importantes para desenvolver e imple-
mentar o uso de sistemas automatizados, nos mais diversos contextos industriais, 
bem como seus impactos e os equipamentos envolvidos. Além disso, estudaremos os 
inversores de frequência, importantes equipamentos no acionamento e controle de 
velocidade dos motores elétricos, utilizados amplamente no cenário industrial e até 
mesmo em algumas aplicações do nosso cotidiano.
Outro equipamento essencial na automação e no controle de sistemas e processos em 
geral, que também será estudado, é o controlador lógico programável (CLP). Veremos 
como funciona a relação de interface entre os sistemas e processos com o controle e 
a automação, por meio do uso de sensores. Abordaremos as visões gerais de algumas 
das mais importantes linguagens de programação da área e, por � m, conheceremos a 
programação em ladder, a principal linguagem na automação.
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Análise de Qualidade, Edição de Texto, Design Instrucional, 
Edição de Arte, Diagramação, Design Gráfico e Revisão.
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ASSISTA
Indicação de filmes, vídeos ou similares que trazem informações comple-
mentares ou aprofundadas sobre o conteúdo estudado.
CITANDO
Dados essenciais e pertinentes sobre a vida de uma determinada pessoa 
relevante para o estudo do conteúdo abordado.
CONTEXTUALIZANDO
Dados que retratam onde e quando aconteceu determinado fato;
demonstra-se a situação histórica do assunto.
CURIOSIDADE
Informação que revela algo desconhecido e interessante sobre o assunto 
tratado.
DICA
Um detalhe específico da informação, um breve conselho, um alerta, uma 
informação privilegiada sobre o conteúdo trabalhado.
EXEMPLIFICANDO
Informação que retrata de forma objetiva determinado assunto.
EXPLICANDO
Explicação, elucidação sobre uma palavra ou expressão específica da 
área de conhecimento trabalhada.
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Unidade 1 - Introdução à automação e os inversores de frequência
Objetivos da unidade ........................................................................................................... 12
Introdução à automação ..................................................................................................... 13
Panorama histórico da automação .............................................................................. 13
Principais premissas e conceitos ..................................................................................... 15
Áreas da automação ....................................................................................................... 15
Estratégias de automação ............................................................................................. 17
Elementos da automação ............................................................................................... 19
Equipamentos ........................................................................................................................ 23
Aplicações de automação ............................................................................................. 25
Inversores de frequência .................................................................................................... 26
Princípio de funcionamento ........................................................................................... 28
Configuração .................................................................................................................... 31
Sintetizando ........................................................................................................................... 36
Referências bibliográficas ................................................................................................. 37
Sumário
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Sumário
Unidade 2 - Controladores lógicos programáveis
Objetivos da unidade ........................................................................................................... 39
Controladores lógicos programáveis ............................................................................... 40
Aplicações ........................................................................................................................ 45
Princípio de funcionamento .......................................................................................... 50
Arquitetura básica ........................................................................................................... 54
Sensores industriais ............................................................................................................ 60
Sensores resistivos ........................................................................................................ 63
Sensores capacitivos ..................................................................................................... 66
Sensores indutivos ......................................................................................................... 67
Sensores ultrassônicos .................................................................................................. 67
Sintetizando ........................................................................................................................... 69
Referências bibliográficas ................................................................................................. 70
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Sumário
Unidade 3 - Revisão geral sobre linguagens de programação
Objetivos da unidade ........................................................................................................... 72
Programação básica de um CLP ........................................................................................ 73
Organização da memória do processador .................................................................. 73
Processo de varredura do programa ........................................................................... 75
Principais linguagens de programação do CLP ......................................................... 77
Ladder ..................................................................................................................................... 78
Orientações gerais ......................................................................................................... 78
Como desenvolver o programa ..................................................................................... 83
Exemplos de aplicações ................................................................................................. 85
FDB, IL, ST e SFC ...................................................................................................................87
FDB (Functions Block Diagram) ................................................................................... 87
IL (Instruction List) .......................................................................................................... 92
ST (Structured Text) ....................................................................................................... 96
SFC (Sequencial Function Charts) ............................................................................... 98
Sintetizando ......................................................................................................................... 102
Referências bibliográficas ............................................................................................... 103
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Sumário
Unidade 4 - Programação em ladder
Objetivos da unidade ......................................................................................................... 105
Fundamentos da lógica ladder para CLP ....................................................................... 106
Controle a relé eletromagnético ................................................................................. 107
Contatores ...................................................................................................................... 108
Chaves de partida direta para o motor elétrico ....................................................... 109
Chaves manuais ............................................................................................................. 110
Chaves mecânicas ........................................................................................................ 111
Dispositivos de controle de saída ............................................................................... 111
Circuitos com selo ......................................................................................................... 113
Relés com trava ............................................................................................................. 113
Conversão de esquemas a relé em diagramas ladder ................................................ 115
Exemplo: controle de nível em um reservatório ....................................................... 115
Exemplo: controle sequencial ..................................................................................... 117
Conceitos básicos da programação em ladder e visão geral das instruções ........ 119
O papel da instrução END ............................................................................................ 119
Entendendo a implementação da lógica de controle .............................................. 120
Tipos de dados ............................................................................................................... 120
Instruções booleanas ................................................................................................... 122
Instruções de movimentação de dados .................................................................... 127
Instruções matemáticas ............................................................................................... 128
Temporizadores programáveis ......................................................................................... 130
Exemplo prático: TON ................................................................................................... 130
Contadores programáveis ................................................................................................. 132
Exemplo prático: CTU .................................................................................................... 133
Exemplo prático: CTU/CTD ........................................................................................... 135
Variáveis analógicas ......................................................................................................... 136
Sintetizando ......................................................................................................................... 137
Referências bibliográficas ............................................................................................... 138
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Na disciplina de Automação Industrial, compreenderemos os principais 
conceitos da automação, entendendo as premissas mais importantes para de-
senvolver e implementar o uso de sistemas automatizados, nos mais diversos 
contextos industriais, bem como seus impactos e os equipamentos envolvidos. 
Além disso, estudaremos os inversores de frequência, importantes equipa-
mentos no acionamento e controle de velocidade dos motores elétricos, utili-
zados amplamente no cenário industrial e até mesmo em algumas aplicações 
do nosso cotidiano.
Outro equipamento essencial na automação e no controle de sistemas e 
processos em geral, que também será estudado, é o controlador lógico pro-
gramável (CLP). Veremos como funciona a relação de interface entre os siste-
mas e processos com o controle e a automação, por meio do uso de sensores. 
Abordaremos as visões gerais de algumas das mais importantes linguagens de 
programação da área e, por fi m, conheceremos a programação em ladder, a 
principal linguagem na automação.
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 9
Apresentação
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Além de dedicar este material aos meus maiores incentivadores, meus pais, 
meu marido e cada um dos meus alunos, dedico este livro a você. Tenho 
muito orgulho em poder contribuir com o seu conhecimento e espero poder 
impactá-lo de alguma forma.
A professora Sofi a Maria Amorim 
Falco Rodrigues é mestre e gradua-
da em Engenharia Elétrica pela Uni-
versidade Federal de São João del 
Rei (UFSJ). É professora conteudista 
de Engenharia Elétrica e áreas afi ns, 
desde 2019, e atua como professora 
particular, desde 2016.
Currículo Lattes:
lattes.cnpq.br/2341871988950551
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 10
A autora
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INTRODUÇÃO À 
AUTOMAÇÃO E OS 
INVERSORES DE 
FREQUÊNCIA
1
UNIDADE
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Objetivos da unidade
Tópicos de estudo
 Compreender a implementação de sistemas automatizados na indústria;
 Apresentar os equipamentos mais utilizados na automação industrial;
 Entender o funcionamento, as configurações e as principais aplicações de 
inversores de frequência.
 Introdução à automação
 Panorama histórico da 
automação
 Principais premissas e conceitos
 Áreas da automação
 Estratégias de automação
 Elementos da automação
 Equipamentos
 Aplicações de automação
 Inversores de frequência
 Princípio de funcionamento
 Configuração
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Introdução à automação
A defi nição formal de automação considera o desenvolvimento, o aprimo-
ramento e a implementação de sistemas automáticos de controle. É assim que 
verifi camos o funcionamento de um sistema, com mecanismos destinados à me-
dição e correção, sem interferência humana. Outra defi nição possível entende o 
uso de comandos lógicos programáveis e de equipamentos mecanizados como 
substituto para as atividades manuais. Estes processos podem envolver a toma-
da de decisão e a relação comando-resposta, feita pelos seres humanos. 
Assim, devemos iniciar nosso estudo pela compreensão do histórico da au-
tomação, avançando, em seguida, para uma exploração de suas premissas e 
seus conceitos principais. Para entendermos essa área complexa, seguiremos 
com uma introdução dos principais equipamentos utilizados e alguns exem-
plos práticos da automação. Entenderemos, então, como a automação vem 
impactando a indústria nos últimos anos, e como ela é capaz de proporcionar 
cada vez mais avanços, em diversos sentidos.
Panorama histórico da automação
Doponto de vista histórico, a mecanização (ou o uso de mecanismos de 
temporização para disparar a lingueta da alavanca de uma catraca) vem auxi-
liando os humanos na realização de tarefas de exigência física. Entretanto, o 
conceito de automação vai além disso, promovendo a redução da necessidade 
de requisitos sensoriais, mentais e humanos, além de ser capaz de promover a 
otimização da produção.
O termo “automação” surgiu na década de 1940, quando um engenheiro da 
Ford o usou para descrever vários sistemas cujas ações e os controles propor-
cionados substituíam o esforço e a inteligência humana. Na 
ocasião, a parte lógica foi realizada a partir do uso de re-
lés e temporizadores intertravados, além de elementos 
como botões, para o sequenciamento do movimento 
lógico de ligar e desligar motores e atuadores. Des-
se modo, a participação humana, ainda necessária, 
restringia-se a pontos de tomada de decisão.
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 13
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Além disso, sabe-se que as primei-
ras formas de automação industrial 
foram implementadas nas indústrias 
de processo, por meio do desenvolvi-
mento de equipamentos de controle 
e de medição elétrica e pneumática. 
Apesar disso, o fato de maior relevân-
cia e, para alguns, o marco inicial da 
automação aconteceu em 1949, com o 
surgimento da máquina de comando 
avançado. Criada para realizar certas 
operações previamente programadas, esse dispositivo abriu perspectivas para 
um cenário de mudanças que se estendem até hoje.
Avançando na linha cronológica, com o advento dos computadores e outros 
importantes dispositivos de hardware, que possibilitaram uma série de novas 
aplicações e equipamentos, os controles se tornaram cada vez menores, mais 
flexíveis e mais baratos. Dessa forma, as primeiras máquinas automáticas fo-
ram constituídas por sistemas de comando com circuitos de válvulas eletrô-
nicas a vácuo, substituídas por dispositivos mais eficientes e, principalmente, 
mais compactos, como os transistores, e sendo os fios substituídos por placas 
de circuitos integrados. 
Com isso, o próximo desenvolvimento relevante para a automação foi a pos-
sibilidade de se implementar o comando numérico computadorizado (CNC), 
que revolucionou e trouxe versatilidade às aplicações. Assim, juntamente com 
o CAD (do inglês Computer Aided Design), o CNC permitiu o desenvolvimento 
de projetos pelo computador. Por fim, temos o desenvolvimento dos primei-
ros controladores lógicos programáveis (CLPs), nas décadas de 1970 e 1980, 
pela Modicon, em resposta a um desafio proposto pela General Motors, para a 
substituição da lógica “relé a fio”.
Observa-se, mais recentemente, que a flexibilidade das máquinas e a possi-
bilidade de comunicação entre elas, bem como o armazenamento de dados, vêm 
criando sistemas de produção cada vez mais integrados. Assim, ganha-se produ-
tividade e melhora-se a qualidade do produto, além de adquirir-se benefícios re-
lacionados à redução de mão de obra e novas possibilidades de implementação.
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Principais premissas e conceitos
De maneira geral, a automação pode ser compreendida pelas relações com 
o sistema de produção e as oportunidades de uso de máquinas e computado-
res (Diagrama 1). Esses sistemas envolvem os sistemas de apoio à produção e 
as instalações, que englobam a própria fábrica e os equipamentos. Além disso, 
a manufatura integrada por computador é implementada em aplicações que 
podem ser potencialmente computadorizadas ou automatizadas.
DIAGRAMA 1. VISÃO GERAL DA AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
Sistema de 
produção
Manufatura integrada
por computador
Sistemas de apoio
à produção
Instalações:
fábrica e
equipamentos
Aplicações
potencialmente
computadorizadas
Aplicações
potencialmente
automatizadas
Além disso, alguns exemplos de sistemas automatizados podem ser cita-
dos, como as máquinas-ferramenta; as linhas de transferência para operações 
de usinagem; os sistemas de montagem automatizados; a produção com robôs 
industriais, para operações de processamento ou montagem; o tratamento e 
armazenamento automático de materiais da operação de produção; e os siste-
mas de inspeção automática para controle de qualidade.
Áreas da automação
Antes de analisarmos outras informações mais específi cas, é importan-
te compreendermos que a automação industrial se subdivide em três áreas 
principais, podendo ser rígida, fl exível ou programável. Na automação rígida, 
temos sistemas de sequência de operações de processamento ou montagem 
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 15
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definidos pela configuração do equipamento. Geralmente, cada uma destas 
operações é simples e caracteriza movimentos planos ou rotacionais (ou uma 
combinação simplificada dos dois), sendo a integração e a coordenação de vá-
rias dessas operações o que torna o sistema mais complexo. 
Também é possível ressaltar características gerais importantes da auto-
mação rígida, como um alto investimento inicial em equipamentos de enge-
nharia personalizada, altas taxas de produção e uma inflexibilidade relativa 
do equipamento. Ademais, deve-se destacar, na justificativa econômica, que 
os produtos nesse cenário são fabricados em grandes quantidades, diluindo, 
em muitos casos, o investimento inicial. A aplicação dessa automação pode ser 
encontrada, por exemplo, nas máquinas de montagem automatizadas e em 
sistemas como linhas transfer de montagem.
Na automação programável, o equipamento é projetado com capacidade 
de modificar a sequência de operações, acomodando, assim, diferentes confi-
gurações de produtos. Para isso, a sequência de operações é controlada por 
um algoritmo, que trará um conjunto de instruções a ser interpretado e lido 
pelos sistemas envolvidos. Pode-se também elencar, neste caso, algumas ca-
racterísticas básicas principais, comuns à maior parte das aplicações de auto-
mação programável, como: alto investimento em equipamentos de propósito 
geral; baixas taxas de produção (em comparação à automação rígida); flexibili-
dade frente a variações e alterações na configuração do produto; e alta adap-
tabilidade para a produção em lote. 
Isso permite constatar, e até mesmo indicar, que a automação programá-
vel deve ser utilizada em contextos de baixo ou médio volume de produção, 
como em casos de produção em lotes. Por outro lado, é importante levar em 
conta que possíveis alterações levam tempo, o que pode ser uma possível des-
vantagem, mas, em boa parte das aplicações, pode não 
levar a efeitos negativos. Entre os exemplos desse tipo 
de automação, incluem-se os controladores lógicos pro-
gramáveis, as máquinas-ferramenta numericamente 
controladas (popularmente referidas como CNs) e 
os robôs industriais. 
Por fim, temos a automação flexível, uma ex-
tensão da automação programável que tem como 
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características: um alto investimento em um sistema com engenharia perso-
nalizada; uma produção contínua de um conjunto variado de produtos; e ta-
xas médias de produção e fl exibilidade, para lidar com variações no projeto 
do produto. Com isso, podemos inferir que não existirão perdas no tempo de 
produção, para reajustes, e será possível produzir variações (contanto que a 
diferença entre as peças não seja signifi cativa), bem como planos de peças e 
produtos sem ser em lotes. Como exemplo de implementação, temos os sis-
temas fl exíveis de manufatura para a execução de operações de máquinas, 
implementados a partir da década de 1960.
Estratégias de automação
A invenção do computador permitiu a criação da manufatura integrada 
por computador e o desenvolvimento de projetos auxiliados por compu-
tador (ROSÁRIO, 2004). Esse tipo de manufatura, também conhecido como 
CIM (do inglês Computer Integrated Manufacture),implementa sistemas de 
quatro funções básicas: de negócios; de projeto do produto; de planejamen-
to; e de controle da produção, formando um ciclo de eventos para acompa-
nhamento das atividades físicas da produção, sem contato com o produto. 
Outra vertente importante é a manufatura aditiva, que sintetiza o advento 
da impressão 3D, responsável então pela fabricação de sólidos a partir do 
desenho de um modelo.
Assim, para entendermos a automatização de sistemas e/ou a implementa-
ção de novas estratégias de automação nas indústrias, devemos ter em mente 
alguns motivos gerais, como:
• Aumentar a taxa de produção por hora de trabalho;
• Reduzir os custos do trabalho;
• Minimizar os efeitos decorrentes da ausência de trabalhadores;
• Reduzir, ou mesmo eliminar, as rotinas manuais e de tarefas administrativas;
• Aumentar a segurança do trabalhador;
• Melhorar a qualidade do produto;
• Diminuir o tempo de produção;
• Realizar novos processos, que não podiam ser executados manualmente; e
• Evitar os custos de não realização da manutenção.
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 17
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Além dessas razões, que podem ser enquadradas como vantagens de se au-
tomatizar sistemas, podemos apontar também a substituição de operadores hu-
manos em tarefas monótonas, de trabalho mais pesado, em ambientes perigosos 
ou de condições extremas de temperatura. Como consequência, vemos melhorias 
na incorporação de inspeções e verificações, além de a automação, por si só, servir 
como catalisador para a melhoria econômica. Em contrapartida, existem desvan-
tagens intrínsecas ou que poderão surgir em algumas aplicações, como o fato de:
• A tecnologia atual não ser capaz de automatizar todas as tarefas da produção;
• Certos tipos de tarefas terem um custo mais alto, quando automatizadas;
• A previsão precisa dos custos de pesquisa e desenvolvimento para a automati-
zação não ser uma tarefa fácil de se realizar;
• Os custos iniciais já serem, em geral, relativamente altos, embora isso nem 
sempre inviabilize o desenvolvimento do sistema automatizado; e
• O atendimento a esses novos sistemas geralmente demandar um departamen-
to de automação qualificado.
Faz-se importante, então, pontuar alguns dos principais conceitos da automação 
industrial. A fábrica, ou planta de manufatura, define uma construção industrial na 
qual os trabalhadores produzem, montam, processam ou empacotam produtos por 
meio da operação e supervisão de máquinas e linhas de produção. A manufatura 
propriamente dita se refere à fabricação sistemática de produtos, por meio do uso 
de máquinas, ferramentas e mão de obra, em um ciclo de produção (Figura 1).
Extração Manufatura
Desenvolvimento Produção Qualidade
Empacotamento EnvioTestagem
Planejamento Engenharia Gestão Marketing
Figura 1. Ciclo de produção. Fonte: LAMB, 2015, p. 6.
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O ciclo da produção envolve cinco etapas distintas: a extração, a manufa-
tura, a testagem, o empacotamento e o envio. Além disso, nelas podemos en-
contrar processos importantes, como o planejamento, a engenharia e a gestão 
como um todo, bem como as áreas de desenvolvimento, produção, qualidade 
e marketing.
Elementos da automação
Podemos apontar como elementos básicos da automação os estados 
digitais e, em casos em que não é possível descrever comportamentos bi-
nários, a combinação de parâmetros e representação analógica do equipa-
mento. Assim, faz-se necessário, em diversos tipos de sistemas automati-
zados, a conversão analógico-digital e vice-versa, desempenhada por um 
conversor. Os dados, então, são convertidos a partir de premissas de reso-
lução dessa conversão, reproduzindo fi elmente a informação, utilizando-os 
e armazenando-os corretamente no sistema.
As entradas (I) e as saídas (O) podem ser discretas ou analógicas. A maio-
ria dos sistemas de controle no chão de fábrica possuem I/O discretas, 
como é o caso de interruptores, botões e vários tipos de sensores, como 
os com sinais de 24 Vcc ou 120 V, em corrente alternada. Esses sistemas 
são adotados pois buscam-se níveis baixos de tensão e corrente, para a 
segurança dos equipamentos e das pessoas. No caso das entradas e saídas 
analógicas, tem-se formas de variação da tensão e da corrente que seguem 
o comportamento do sistema. Podemos citar o caso de que a maior parte 
dos sistemas de medidas utiliza sinais analógicos e podem ser usados para 
controlar a velocidade de um motor, por exemplo.
O controlador PID (proporcional, integral e derivativo) é outro elemen-
to importante na automação, implementado por contro-
ladores físicos ou algoritmos, geralmente em malha fe-
chada. Ele é implementado por um diagrama de blocos 
realimentado pela saída (Diagrama 2) e estabelece o 
controle do sistema a partir da combinação de três 
ações de controle, que podem ter uma função pro-
porcional, integral ou derivativa. 
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 19
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DIAGRAMA 2. CONTROLADOR PID E O CONTROLE EM MALHA FECHADA
QUADRO 1. PROTOCOLOS DE COMUNICAÇÃO
Ponto de ajuste Erro
P Proporcional
I Integral Processo Saída
D Derivativa
+
∑ ∑
Fonte: LAMB, 2015, p. 16.
O processo de sintonia para ajuste desses controladores segue uma sé-
rie de premissas teóricas, como o método de Ziegler Nichols, por exemplo, ou 
pode ser feito na prática, via experimentação. Além disso, observa-se que ser-
vossistemas e softwares normalmente possuem algoritmos de autossintonia.
São implementados diversos métodos de comunicação na automação, 
para transferir ou fornecer dados de um computador ou um controlador, 
garantindo o fl uxo de informações no sistema automatizado. Com isso, de-
fi nem-se protocolos de entrada e saída e arranjos de rede (Quadro 1), como 
é o caso das topologias de rede em anel e em estrela, além das formas de 
comunicação serial ou paralela.
Protocolo Resumo
DeviceNet Protocolo aberto. Conexão de dispositivos de baixo nível com dispositivos de alto nível.
CANOpen Usado em sistemas embarcados.
PROFIBUS Protocolo de campo bit-serial largamente utilizado, tanto na automação da produção como na de processos.
Fieldbus Grupo de protocolos de redes de computadores industriais, desenvolvido para o controle distribuído em tempo real.
HART Tipo mestre/escravo (o sensor ou o atuador responde somente quando o controlador pergunta) para dispositivos de instrumentação.
Wireless Redes de computador. Sem cabo.
DeviceNetDeviceNetDeviceNet
CANOpen
DeviceNet
CANOpenCANOpen
PROFIBUS
Protocolo aberto. Conexão de dispositivos de baixo nível com dispositivos de 
PROFIBUS
Protocolo aberto. Conexão de dispositivos de baixo nível com dispositivos de 
PROFIBUS
Protocolo aberto. Conexão de dispositivos de baixo nível com dispositivos de 
Fieldbus
Protocolo aberto. Conexão de dispositivos de baixo nível com dispositivos de 
Fieldbus
Protocolo aberto. Conexão de dispositivos de baixo nível com dispositivos de 
Protocolo de campo bit-serial largamente utilizado, tanto na automação da 
Fieldbus
Protocolo aberto. Conexão de dispositivos de baixo nível com dispositivos de 
Protocolo de campo bit-serial largamente utilizado, tanto na automação da 
HART
Protocolo aberto. Conexão de dispositivos de baixo nível com dispositivos de 
Protocolo de campo bit-serial largamente utilizado, tanto na automação da 
Grupo de protocolos de redes de computadores industriais, desenvolvido 
HART
Protocolo aberto. Conexão de dispositivos de baixo nível com dispositivos de 
Protocolo de campo bit-serial largamente utilizado, tanto na automação da 
Grupo de protocolos de redes de computadores industriais, desenvolvido 
Wireless
Protocolo aberto. Conexão de dispositivos de baixo nível com dispositivos de 
Usado em sistemas embarcados.
Protocolo de campo bit-serial largamente utilizado, tanto na automação da 
Grupo de protocolos de redes de computadoresindustriais, desenvolvido 
Wireless
Protocolo aberto. Conexão de dispositivos de baixo nível com dispositivos de 
Usado em sistemas embarcados.
Protocolo de campo bit-serial largamente utilizado, tanto na automação da 
Grupo de protocolos de redes de computadores industriais, desenvolvido 
Tipo mestre/escravo (o sensor ou o atuador responde somente quando o 
Protocolo aberto. Conexão de dispositivos de baixo nível com dispositivos de 
alto nível.
Usado em sistemas embarcados.
Protocolo de campo bit-serial largamente utilizado, tanto na automação da 
produção como na de processos.
Grupo de protocolos de redes de computadores industriais, desenvolvido 
Tipo mestre/escravo (o sensor ou o atuador responde somente quando o 
Protocolo aberto. Conexão de dispositivos de baixo nível com dispositivos de 
alto nível.
Usado em sistemas embarcados.
Protocolo de campo bit-serial largamente utilizado, tanto na automação da 
produção como na de processos.
Grupo de protocolos de redes de computadores industriais, desenvolvido 
Tipo mestre/escravo (o sensor ou o atuador responde somente quando o 
Protocolo aberto. Conexão de dispositivos de baixo nível com dispositivos de 
alto nível.
Usado em sistemas embarcados.
Protocolo de campo bit-serial largamente utilizado, tanto na automação da 
produção como na de processos.
Grupo de protocolos de redes de computadores industriais, desenvolvido 
para o controle distribuído em tempo real.
Tipo mestre/escravo (o sensor ou o atuador responde somente quando o 
controlador pergunta) para dispositivos de instrumentação.
Protocolo aberto. Conexão de dispositivos de baixo nível com dispositivos de 
Usado em sistemas embarcados.
Protocolo de campo bit-serial largamente utilizado, tanto na automação da 
produção como na de processos.
Grupo de protocolos de redes de computadores industriais, desenvolvido 
para o controle distribuído em tempo real.
Tipo mestre/escravo (o sensor ou o atuador responde somente quando o 
controlador pergunta) para dispositivos de instrumentação.
Protocolo aberto. Conexão de dispositivos de baixo nível com dispositivos de 
Usado em sistemas embarcados.
Protocolo de campo bit-serial largamente utilizado, tanto na automação da 
produção como na de processos.
Grupo de protocolos de redes de computadores industriais, desenvolvido 
para o controle distribuído em tempo real.
Tipo mestre/escravo (o sensor ou o atuador responde somente quando o 
controlador pergunta) para dispositivos de instrumentação.
Protocolo aberto. Conexão de dispositivos de baixo nível com dispositivos de 
Usado em sistemas embarcados.
Protocolo de campo bit-serial largamente utilizado, tanto na automação da 
produção como na de processos.
Grupo de protocolos de redes de computadores industriais, desenvolvido 
para o controle distribuído em tempo real.
Tipo mestre/escravo (o sensor ou o atuador responde somente quando o 
controlador pergunta) para dispositivos de instrumentação.
Protocolo aberto. Conexão de dispositivos de baixo nível com dispositivos de 
Usado em sistemas embarcados.
Protocolo de campo bit-serial largamente utilizado, tanto na automação da 
produção como na de processos.
Grupo de protocolos de redes de computadores industriais, desenvolvido 
para o controle distribuído em tempo real.
Tipo mestre/escravo (o sensor ou o atuador responde somente quando o 
controlador pergunta) para dispositivos de instrumentação.
Protocolo aberto. Conexão de dispositivos de baixo nível com dispositivos de 
Usado em sistemas embarcados.
Protocolo de campo bit-serial largamente utilizado, tanto na automação da 
produção como na de processos.
Grupo de protocolos de redes de computadores industriais, desenvolvido 
para o controle distribuído em tempo real.
Tipo mestre/escravo (o sensor ou o atuador responde somente quando o 
controlador pergunta) para dispositivos de instrumentação.
Redes de computador. Sem cabo.
Protocolo aberto. Conexão de dispositivos de baixo nível com dispositivos de 
Protocolo de campo bit-serial largamente utilizado, tanto na automação da 
produção como na de processos.
Grupo de protocolos de redes de computadores industriais, desenvolvido 
para o controle distribuído em tempo real.
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controlador pergunta) para dispositivos de instrumentação.
Redes de computador. Sem cabo.
Protocolo aberto. Conexão de dispositivos de baixo nível com dispositivos de 
Protocolo de campo bit-serial largamente utilizado, tanto na automação da 
produção como na de processos.
Grupo de protocolos de redes de computadores industriais, desenvolvido 
para o controle distribuído em tempo real.
Tipo mestre/escravo (o sensor ou o atuador responde somente quando o 
controlador pergunta) para dispositivos de instrumentação.
Redes de computador. Sem cabo.
Protocolo aberto. Conexão de dispositivos de baixo nível com dispositivos de 
Protocolo de campo bit-serial largamente utilizado, tanto na automação da 
Grupo de protocolos de redes de computadores industriais, desenvolvido 
para o controle distribuído em tempo real.
Tipo mestre/escravo (o sensor ou o atuador responde somente quando o 
controlador pergunta) para dispositivos de instrumentação.
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Protocolo aberto. Conexão de dispositivos de baixo nível com dispositivos de 
Protocolo de campo bit-serial largamente utilizado, tanto na automação da 
Grupo de protocolos de redes de computadores industriais, desenvolvido 
para o controle distribuído em tempo real.
Tipo mestre/escravo (o sensor ou o atuador responde somente quando o 
controlador pergunta) para dispositivos de instrumentação.
Redes de computador. Sem cabo.
Protocolo de campo bit-serial largamente utilizado, tanto na automação da 
Grupo de protocolos de redes de computadores industriais, desenvolvido 
para o controle distribuído em tempo real.
Tipo mestre/escravo (o sensor ou o atuador responde somente quando o 
controlador pergunta) para dispositivos de instrumentação.
Redes de computador. Sem cabo.
Protocolo de campo bit-serial largamente utilizado, tanto na automação da 
Grupo de protocolos de redes de computadores industriais, desenvolvido 
para o controle distribuído em tempo real.
Tipo mestre/escravo (o sensor ou o atuador responde somente quando o 
controlador pergunta) para dispositivos de instrumentação.
Redes de computador. Sem cabo.
Protocolo de campo bit-serial largamente utilizado, tanto na automação da 
Grupo de protocolos de redes de computadores industriais, desenvolvido 
Tipo mestre/escravo (o sensor ou o atuador responde somente quando o 
controlador pergunta) para dispositivos de instrumentação.
Redes de computador. Sem cabo.
Protocolo de campo bit-serial largamente utilizado, tanto na automação da 
Grupo de protocolos de redes de computadores industriais, desenvolvido 
Tipo mestre/escravo (o sensor ou o atuador responde somente quando o 
controlador pergunta) para dispositivos de instrumentação.
Redes de computador. Sem cabo.
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controlador pergunta) para dispositivos de instrumentação.
Redes de computador. Sem cabo.
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Tipo mestre/escravo (o sensor ou o atuador responde somente quando o 
controlador pergunta) para dispositivos de instrumentação.
Tipo mestre/escravo (o sensor ou o atuador responde somente quando o 
controlador pergunta) para dispositivos de instrumentação.
Tipo mestre/escravo (o sensor ou o atuador responde somente quando o 
controlador pergunta) para dispositivos de instrumentação.
Tipo mestre/escravo (o sensor ou o atuador responde somente quando o 
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 20
SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID1.indd 20 05/08/2020 14:07:46
A ethernet, por exemplo, amplamente utilizada na automação industrial, é 
a estrutura para a tecnologia de redes de computadores quedescreve desde a 
fi ação até a sinalização de caracteres usados em uma rede local (LAN). Assim, 
de forma geral, os métodos de comunicação descrevem, no caso da automa-
ção industrial, características físicas dos sistemas, especialmente em termos 
do cabeamento.
EXEMPLIFICANDO
A USB (Universal Serial Bus), porta universal de comunicação, usada lar-
gamente na comunicação periférica com o computador, está sendo adota-
da cada vez mais na automação industrial, para a comunicação de dados.
Na automação, são utilizados também sistemas hidráulicos e pneumáti-
cos, sendo o princípio fundamental de ambos a geração de comandos. Para os 
primeiros, por exemplo, a força gerada por líquidos como óleos minerais ou a 
água é instrumental, enquanto para o segundo grupo essa força é gerada por 
gases, como o nitrogênio. Outra parte importante é a representação gráfi ca 
(Quadro 2), que permite a atribuição de códigos e numerações (Quadro 3), que 
dizem respeito à função de cada instrumento. Algumas das válvulas e alguns 
dos dispositivos mais usados nos sistemas, por exemplo, possuem representa-
ções gráfi cas específi cas (Quadro 4).
QUADRO 2. PADRONIZAÇÃO GRÁFICA DE FUNÇÕES E INSTRUMENTOS EM GERAL
No campo, 
montado 
localmente
Painel ou tela 
principal
Subpainel ou 
localização 
remota
Inacessível 
ou dentro do 
painel
Instrumentos e 
dispositivos
Gráfi cos em tela 
de computador
Funções de 
computador
Instrumentos e Instrumentos e 
dispositivos
Instrumentos e 
dispositivos
Instrumentos e 
dispositivos
Instrumentos e 
dispositivos
Gráfi cos em tela 
de computador
Gráfi cos em tela 
de computador
Gráfi cos em tela 
de computador
Gráfi cos em tela 
de computador
Gráfi cos em tela 
de computador
Funções de 
computador
Funções de 
computador
Funções de 
computador
Funções de 
computador
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 21
SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID1.indd 21 05/08/2020 14:07:49
Funções de CLP
QUADRO 3. PADRONIZAÇÕES LITERAIS
Funções de CLPFunções de CLPFunções de CLPFunções de CLPFunções de CLP
Código Função Código Função
AI Analisador, indicador. TIT Temperatura, indicador e transmissor.
AT Analisador, transmissor. PIT Pressão, indicador e transmissor.
AIT Analisador, indicador e transmissor. XV Válvula atuada.
LIT Nível, indicador e transmissor. SV Válvula solenoide.
HS Interruptor manual. SC Controle de velocidade.
VS Chave de vibração. PS Chave de pressão.
AI
AT
Analisador, indicador.
AIT
Analisador, indicador.Analisador, indicador.
Analisador, transmissor.
Analisador, indicador.
Analisador, transmissor.
LIT
Analisador, indicador.
Analisador, transmissor.
Analisador, indicador e 
Analisador, indicador.
Analisador, transmissor.
Analisador, indicador e 
HS
Analisador, indicador.
Analisador, transmissor.
Analisador, indicador e 
transmissor.
Nível, indicador e transmissor.
Analisador, transmissor.
Analisador, indicador e 
transmissor.
Nível, indicador e transmissor.
VS
Analisador, transmissor.
Analisador, indicador e 
transmissor.
Nível, indicador e transmissor.
Analisador, indicador e 
transmissor.
Nível, indicador e transmissor.
TIT
Analisador, indicador e 
Nível, indicador e transmissor.
Interruptor manual.
Nível, indicador e transmissor.
Interruptor manual.
PIT
Nível, indicador e transmissor.
Interruptor manual.
Chave de vibração.
Nível, indicador e transmissor.
Interruptor manual.
Chave de vibração.
Temperatura, indicador e 
XV
Nível, indicador e transmissor.
Interruptor manual.
Chave de vibração.
Temperatura, indicador e 
Pressão, indicador e transmissor.
Interruptor manual.
Chave de vibração.
Temperatura, indicador e 
transmissor.
Pressão, indicador e transmissor.
SV
Chave de vibração.
Temperatura, indicador e 
transmissor.
Pressão, indicador e transmissor.
SV
Chave de vibração.
Temperatura, indicador e 
transmissor.
Pressão, indicador e transmissor.
Temperatura, indicador e 
transmissor.
Pressão, indicador e transmissor.
Válvula atuada.
SC
Temperatura, indicador e 
Pressão, indicador e transmissor.
Válvula atuada.
Temperatura, indicador e 
Pressão, indicador e transmissor.
Válvula atuada.
PS
Pressão, indicador e transmissor.
Válvula atuada.
Válvula solenoide.
Pressão, indicador e transmissor.
Válvula atuada.
Válvula solenoide.
Controle de velocidade.
Pressão, indicador e transmissor.
Válvula solenoide.
Controle de velocidade.
Válvula solenoide.
Controle de velocidade.
Válvula solenoide.
Controle de velocidade.
Chave de pressão.
Controle de velocidade.
Chave de pressão.
Controle de velocidade.
Chave de pressão.
Controle de velocidade.
Chave de pressão.
Controle de velocidade.
Chave de pressão.Chave de pressão.
Fonte: LAMB, 2015, p. 48. (Adaptado).
QUADRO 4. PADRONIZAÇÕES GRÁFICAS PARA VÁLVULAS E INSTRUMENTOS
Válvula de 
porta
Válvula de 
retenção Dreno aberto
Válvula de 
porta manual
Pressão de 
retorno
Indicador de 
pressão PI
Válvula 
borboleta
Atuador 
de ação 
simples
Silenciador
Válvula globo Atuador de ação dupla
Medidor de 
vazão
Válvula de 
controle
Filtro em 
linha
Válvula 
motorizada
M
Válvula 
solenoide
5
Válvula de Válvula de Válvula de 
porta
Válvula de 
porta
Válvula de 
porta manual
Válvula de 
porta manual
Válvula de 
porta manualporta manual
Válvula 
porta manual
Válvula 
borboleta
Válvula 
borboleta
Válvula globo
borboleta
Válvula globo
Válvula de 
Válvula globo
Válvula de 
retenção
Válvula globo
Válvula de 
Válvula de 
retenção
Válvula globo
Válvula de 
controle
retenção
Pressão de 
Válvula de 
controle
Pressão de 
retorno
Válvula de 
controle
Pressão de 
retorno
Atuador 
Válvula 
solenoide
Atuador 
de ação 
Válvula 
solenoide
Atuador 
de ação 
simples
solenoide
de ação 
simples
Atuador de 
simples
Atuador de 
ação dupla
Dreno aberto
Atuador de 
ação dupla
5
Dreno aberto
Atuador de 
ação dupla
Filtro em 
Dreno aberto
Indicador de 
Filtro em 
linha
Dreno aberto
Indicador de 
pressão
Filtro em 
linha
Indicador de 
pressão
Indicador de 
pressão
SilenciadorSilenciadorSilenciador
Medidor de 
PI
Silenciador
Medidor de Medidor de 
vazão
Medidor de 
vazão
Válvula 
motorizada
Válvula 
motorizadamotorizadamotorizada
M
Fonte: LAMB, 2015, p. 48. (Adaptado).
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 22
SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID1.indd 22 05/08/2020 14:07:55
Sabe-se que um sistema de automação industrial segue uma estrutura 
básica, normalmente apresentada em pirâmide e defi nida, genericamente, 
do nível mais baixo ao nível mais alto: o chão de fábrica, com os sensores 
e atuadores; os equipamentos e máquinas industriais; o ge-
renciamento, com as estações de trabalho e os servidores; 
as células integradas de automação da manufatura; o 
controle de processos industriais; e a gestão e o gerencia-
mento da produção industrial.
Equipamentos
Os computadores são alguns dos principais exemplos de equipamentos 
na automação. Eles são usados como ferramenta para o desenvolvimento dos 
programas dos sistemas de controle, além de também servirem como o pró-
prio controlador, para diversos tipos de máquinas. O computador também po-
derá fornecer a interface homem-máquina (IHM), uma importante relação não 
só de interação, mas também da execução de comandos.
Os controladores lógico-programáveis, ou CLPs (Figura 2), são computa-
dores digitais utilizados para o controle de processos eletromecânicos, no chão 
de fábrica. Eles são equipamentos desenvolvidos com várias entradas e saídas; 
uma melhor suportabilidade, a uma ampla faixa de temperatura; imunidade 
a ruídos elétricos; e uma resistência a vibrações e impactos. Os programas 
utilizados para controlar as operações de uma máquina, a partir do CLP, são 
armazenados em memórias não voláteis, alimentadas por bateria. Esses são 
sistemas em tempo real, devido à resposta ser dada com relação à entrada.
Figura 2. Exemplo comercial de um CLP. Fonte: Shutterstock. Acesso em: 30/06/2020. 
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 23
SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID1.indd 23 05/08/202014:08:02
Os controladores e os sistemas embarcados, como é o caso de alguns ti-
pos de controladores de temperatura e de processos, também são utilizados 
na automação industrial por meio de um sistema de controle autônomo. Um 
exemplo disso é o sistema alemão DIN (Figura 3), cuja classificação e a parame-
trização dos contadores e temporizadores também são dadas em função da 
dimensionalidade, até mesmo para tornar tal equipamento mais aplicável. Por 
fim, podemos ainda apontar, entre os equipamentos:
Figura 3. Controlador de temperatura DIN. Fonte: LAMB, 2015, p. 74.
• Os sensores, que fornecem os dados de entrada para os sistemas de con-
trole e podem ser analógicos ou discretos, traduzindo e possibilitando a 
medição de grandezas físicas e elétricas;
• Os motores elétricos, que fazem a ligação entre um sistema elétrico e um 
mecânico, por meio de três tipos principais: os de corrente alternada (de in-
dução), de corrente contínua (CC) e as máquinas assíncronas. Sem dúvidas, 
o exemplo de maior robustez e o motor mais utilizado é o motor de indu-
ção trifásico, formado por ventilação de refrigeração, base de montagem, 
terminais, eixo do motor, estator e rotor;
EXEMPLIFICANDO
Os motores de indução trifásico mais utilizados são os de modelo rotor 
gaiola de esquilo, também por conta da simplicidade construtiva destes 
modelos.
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 24
SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID1.indd 24 05/08/2020 14:08:07
Aplicações de automação
Um sistema interface homem-máquina, por si só, já é um exemplo de sis-
tema automatizado. Os sistemas de supervisão são exemplos importantes 
desses sistemas de interface, que permitem não só acompanhar o processo 
controlado e automatizado em tempo real, mas também realizar alguns co-
mandos de forma remota. Como exemplo principal desses sistemas, temos os 
sistemas SCADA (do inglês supervisory control and data acquisition), que propor-
ciona uma infi nidade de aplicações e novas possibilidades na automação, pelo 
controle supervisório e a aquisição de dados em tempo real.
Podemos também apontar o sistema de controle distribuído, ou DCS 
(do inglês Distributed Control System), que é encontrado em aplicações para 
o controle de processos, como no caso de indústrias de processos quími-
cos, no controle de processos contínuos ou por batelada. Além disso, um 
exemplo bastante comum desse sistema é o uso da malha de controle por 
ponto de ajuste, geralmente com um sensor de pressão, um controlador e 
uma válvula de controle.
Sabemos que os sistemas transportadores são exemplos automatiza-
dos para o transporte de objetos ou substâncias de um ponto a outro, com 
controle, na maior parte dos casos, centralizado a partir do uso de um CLP. 
Existem ainda os indexadores, que são utilizados para a movimentação de 
objetos a uma distância fixa, para posicionamentos repetitivos e opera-
ções nas quais seja importante a prevenção de possíveis erros cumulati-
vos, na movimentação de objetos entre estações fixas.
Temos também os alimentadores de peças, capazes de fornecer com-
ponentes para uma variedade de processos da manufatura, usados como 
equipamentos de buffer e dispositivos de orientação de peças. Por fim, 
a robótica industrial, em geral, é outro bom exemplo da aplicação de 
uma automação industrial. Um robô industrial é basicamente uma má-
quina eletromecânica, desenhada para a realização de ta-
refas de forma autônoma ou com base em algum tipo 
de orientação. Um exemplo prático disso são os robôs 
articulados, os SCARA (selective compliant assembly robot 
arm), os robôs paralelos e os cartesianos, entre outros.
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 25
SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID1.indd 25 05/08/2020 14:08:07
Inversores de frequência
Há inúmeras razões para o uso de 
dispositivos de controle de velocidade 
de um motor elétrico, com destaque 
para duas operações principais para 
as quais o controle se destina: o ajus-
te da velocidade do motor, visando a 
rapidez do processo, e o ajuste do tor-
que, de acordo com suas necessidades 
e visando a redução do consumo de 
energia/aumento da efi ciência.
Assim, juntamente aos CLPs, de-
ve-se destacar os inversores de fre-
quência, que são utilizados em diver-
sos processos e aplicações industriais. 
São equipamentos versáteis e dinâmi-
cos, que permitiram a viabilidade do 
uso dos motores de indução. Viabilidade esta que está diretamente ligada à 
substituição, em diversas aplicações, dos motores CC (corrente contínua) pelos 
de corrente alternada (CA), como é o caso do de indução. Isto se dá devido a 
diversas vantagens do uso destes, em comparação com os CC, como:
• Custo reduzido dos motores CA, tanto na aquisição quanto nos esto-
ques de manutenção;
• Melhor rendimento dos motores CA, levando à redução do consumo de 
energia e ao menor aquecimento;
• Custo de manutenção menor, devido a uma simplicidade construtiva 
maior (vale destacar que o motor CC possui enrolamentos de campo e 
de armadura);
• Dimensões reduzidas do motor CA, quando comparadas a um motor CC 
de mesma capacidade e potência nominal.
O próprio controle da velocidade é outra vantagem importantíssima do 
uso e aplicabilidade de motores CA, salvo algumas exceções de aplicações es-
pecífi cas. O sistema CA de controle de velocidade, por um inversor de frequên-
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 26
SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID1.indd 26 05/08/2020 14:08:13
cia, normalmente é mais simples e robusto. Além disso, o inversor proporciona 
melhor controle do sistema como um todo, por utilizar o controle vetorial e 
permitir a estabilidade do motor CA, além da possibilidade de integração do 
inversor aos demais protocolos e redes de comunicação na indústria.
Antes de analisarmos o inversor de frequência, devemos explorar alguns 
conceitos importantes com relação aos motores assíncronos, que são motores 
constituídos por um circuito magnético estático, bobinas e um rotor. O circui-
to magnético estático é normalmente composto por chapas ferromagnéticas 
empilhadas e isoladas, formando o estator do motor, no qual está localizada a 
carcaça e a estrutura de suporte ao conjunto do motor como um todo. 
O rotor, por outro lado, é formado por um núcleo ferromagnético, de estru-
tura também laminada, com um enrolamento ou um conjunto de condutores 
paralelos, nos quais observam-se correntes induzidas, provocadas pela corren-
te alternada nas bobinas do estator. As bobinas, por conseguinte, caracterizam 
o tipo de alimentação, definindo o motor como monofásico ou polifásico, e re-
cebem a corrente alternada da rede, para a alimentação do motor de indução.
Ao serem energizados, os motores de indução funcionam de forma seme-
lhante a um transformador elétrico, com o secundário em curto-circuito, exi-
gindo da rede de alimentação uma corrente muito maior do que a sua nomi-
nal. Além disso, à medida que o campo girante estabelecido arrasta o rotor 
do equipamento, aumentando sua velocidade, a corrente tenderá a diminuir. 
Isso ocorre até que atinja o valor nominal estipulado para o equipamento, ao 
mesmo tempo em que a rotação atinge seu valor nominal de velocidade (PE-
TRUZELLA, 2013). 
Além disso, devemos sempre ter em mente algumas leis da Física para com-
preendermos o funcionamento do motor, especialmente o de indução trifásico. 
É o caso da lei de Faraday, que nos permite entender os conceitos relacionados 
ao eletromagnetismo e compreender como são estabelecidos o campo girante 
e os sentidos das correntes, bem como a lei de Lenz, para estabelecer o sentido 
da corrente induzida.
DICA
Para se entender como funciona o motor de indução trifásico, o principal ponto 
a ser considerado é entender como o campo magnético girante se estabelece.
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 27
SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID1.indd 27 05/08/2020 14:08:13
Princípio de funcionamento
Para compreender o princípio de funcionamento de um inversor de fre-
quência, é necessário estabelecer alguns conceitos físicos:
• A força (F) defi nea combinação entre intensidade e direção, que resulta 
em movimento; 
• A velocidade (n) é a medida da distância que um objeto atinge em um de-
terminado período de tempo; 
• A velocidade angular (ω) é defi nida em função do movimento rotacional, 
como é o caso da velocidade do motor, em rotações por minuto (rpm); 
• O torque (também conhecido como conjugado) é o produto da força 
com relação à direção do raio do movimento, defi nido em N.m (Newtons 
por metro); 
• A aceleração pode ser linear ou angular, com relação às velocidades n e ω; 
• A potência é a taxa na qual o trabalho é realizado por uma máquina, sen-
do medida em Watts (W), mas também existindo as unidades de cv (cavalo) 
e hp (horse-power, mais usada em outros países);
• A partir da potência, tem-se o cálculo da energia, que refl ete no consumo 
de energia elétrica de um motor, por exemplo; e
• Por fi m, tem-se o momento de inércia, que é a propriedade que uma má-
quina rotativa possui de resistir à mudança de velocidade de rotação.
Desse modo, vale analisar as relações de torque em um inversor de 
frequência. Para isso, um conjugado (T), desenvolvido pelo motor, pode 
ser calculado, sendo ϕm o fluxo de magnetização (em Wb) e I2 a corrente 
no rotor, como:
T = ϕm . I2
E a tensão no estator, sendo U1 a tensão no estator, F1 a frequência da 
rede (em Hz) e N1 o número de espiras no estator, se dá como:
U1 = 4,44F1N1ϕm
Com isso, é possível determinar que o fluxo alternado no rotor, propor-
cional à sua tensão, é dado por:
ϕ2 = U2 /f
Para possibilitar a operação do motor com um torque constante e para 
diferentes velocidades, deve-se variar, proporcionalmente, a tensão no es-
(1)
(3)
(2)
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 28
SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID1.indd 28 05/08/2020 14:08:13
tator com a variação da frequência da rede, para que se mantenha o fluxo 
constante. Com isso, torna-se possível compreender a essência do inver-
sor de frequência (Figura 4).
Figura 4. Inversor de frequência. Fonte: FRANCHI, 2009, p. 56.
A CPU de um inversor é formada por um microprocessador ou um mi-
crocontrolador, dependendo somente do fabricante. É neste bloco em que 
todas as informações trocadas (que se constituem, basicamente, em pa-
râmetros e dados do sistema) são armazenadas, pois a memória do equi-
pamento está integrada na CPU. É ela que também executa a função vital 
de um inversor de frequência: a geração dos pulsos de disparo, que são 
gerados por meio de uma lógica de controle coerente e destinados aos 
IGBTs. Um inversor também utiliza um dispositivo de interface homem-
-máquina, normalmente uma tela simples para visualização dos ajustes 
feitos pelos botões que, juntamente com a interface, permitem o ajuste e 
demais comandos.
C
P
U
W
R
I
H
M
IGBTs
RS485Interface
serial
0 - 10 Vcc
analógico
I/O
digital DIN
A
D
2o
3o
4o
1o
(REDE)
S
T
M
3~
U V
-
-
~
~
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 29
SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID1.indd 29 05/08/2020 14:08:13
A etapa de potência é formada pelo circuito retificador, que, por meio 
do barramento CC (circuito intermediário), alimenta o circuito de saída do 
inversor (o módulo dos IGBTs). Para entender esse funcionamento, é ne-
cessário ter em mente que um retificador faz basicamente a conversão de 
um sinal CA para um CC, e um inversor realiza a conversão de um sinal CC 
em um CA. 
Dessa forma, um conversor de frequência é formado por um módulo 
retificador, essencialmente um filtro, para tornar a forma de onda senoi-
dal. Em seguida, tem-se o circuito inversor, que estará diretamente co-
nectado ao motor trifásico. Ademais, sabe-se que os inversores podem ser 
classificados a partir de suas configurações de topologia. Um retificador 
é responsável pela conversão do sinal alternado proveniente da rede, de 
tensão e frequência constantes, a partir de um circuito retificador de onda 
completa. Esse tipo de circuito pode ser implementado a partir de circuitos 
como a ponte retificadora de diodos, por exemplo (Figura 5).
Co
nt
ro
le
Retificador Link DC Inversor
L1
L1
L2
L3
C1
Figura 5. Circuitos básicos de um inversor de frequência. Fonte: FRANCHI, 2009, p. 59.
Entretanto, o sinal retificado possui a forma de onda de um sinal CC pul-
sante e, com isso, faz-se necessário um circuito intermediário, que será o 
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 30
SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID1.indd 30 05/08/2020 14:08:13
fi ltro ou o link CC. Nesse caso, fi ltra-se 
o sinal de maneira a regular a tensão 
retifi cada, normalmente pelo armaze-
namento de energia, por meio de um 
banco de capacitores. Já o sistema de 
controle se divide basicamente em 
quatro partes distintas, de acordo com 
a sua funcionalidade na operação do 
sistema inversor/motor, sendo:
• Um sistema de controle do inversor;
• Um sistema de leitura da veloci-
dade do motor;
• Um sistema de leitura da corrente elétrica; e
• Os sistemas de interface, com: 
• Ajuste de parâmetros pelo usuário; 
• Envio de informações para o operador e para o diagnóstico de falhas, 
via IHM; 
• Relação de entradas digitais e analógicas para o recebimento de sinais 
de controle, como a partida e a parada; e
• Relação de saídas digitais e analógicas para o envio de informações, 
como a constatação de se o motor está rodando ou há alguma falha.
Por fi m, o inversor é formado pelos IGBTs, que são transistores bipolares de 
porta isolada, responsáveis pela inversão da tensão contínua vinda do link CC, 
em um sinal alternado, que apresentará tanto a tensão quanto a frequência, 
ambas variáveis.
Configuração
A partir da noção de que o controle é um dos principais blocos dentro 
de um inversor de frequência, é importante entender o funcionamento do 
controle de chaveamento, para entendermos como configurar o inver-
sor. Desta forma, a Figura 6 apresenta um exemplo prático de um inversor 
de frequência, implementado eletronicamente, com o retificador, o link CC 
e o inversor conectado ao motor.
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SER_ENGELE_AUTOINDU_UNID1.indd 31 05/08/2020 14:08:20
Figura 6. Circuito básico de um inversor de frequência. Fonte: FRANCHI, 2009, p. 62.
Note que a tensão contínua é conectada aos terminais de saída pelos 
tiristores, de um a seis, que funcionarão em corte ou em saturação, como 
uma chave estática habitual. O controle desses circuitos é feito pelo cir-
cuito de comando, para que seja obtida uma tensão alternada na qual as 
frequências estão defasadas em 120°, como o que obteríamos pela rede 
trifásica convencional, a 60 Hz. Para isso, devemos lembrar que a tensão e 
a frequência devem ser escolhidas respeitando a relação vista na Equação 
3, mantendo-se o fluxo no rotor e o torque constantes, de forma que a 
tensão no rotor seja também proporcional à frequência.
O circuito de comando é o que configura e realiza a geração dos pulsos 
de controle, a partir de microcontroladores digitais, possível devido aos 
avanços tecnológicos e cada vez mais confiável. Esse controle pode ser 
feito de diversas formas, mediante estratégia imposta pelo microcontrola-
dor. O que ocorre, então, no controle, é a atuação sobre a taxa de variação 
do chaveamento das bases dos tiristores, controlando-se a frequência do 
sinal trifásico gerado para o acionamento do motor. 
Como o modulador recebe um sinal de corrente contínua ou, em casos 
menos comuns, já é alimentado em corrente contínua, tanto a frequência 
quanto a tensão de saída do modulador para o motor independerão da 
rede de alimentação do conversor. Isto permite, inclusive, que o conver-
sor seja capaz de ultrapassar o valor da frequência nominal da rede (60 
Hz no Brasil). Além disso, para entender tanto o funcionamento quanto a 
configuração da etapa inversora, deve-se considerar a análise do circuito 
Retificador Filtro Inversor
T1
R
N M
T2
T3
T4
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 32
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monofásico, conforme visto na Figura 6. A lógica de controle fará com que 
os tiristores sejam acionadosem pares, sempre da mesma forma:
• Os tiristores T1 e T4 são ligados e T2 e T3 desligados, fazendo com que a 
corrente circule da esquerda para a direita; e, em seguida,
• Os tiristores T1 e T4 são desligados e T2 e T3 são ligados, fazendo com que 
a corrente circule no motor em sentido contrário ao estabelecido anterior-
mente.
É esta inversão de sentido da corrente que faz com que seja obtida a tensão 
alternada e, conforme a variação da frequência de chaveamento desses tiris-
tores, a velocidade de rotação do motor é confi gurada para aumentar ou dimi-
nuir, na proporção da variação da frequência de chaveamento. Dessa forma, 
analisemos o funcionamento de um inversor trifásico (Quadro 
5), já que a maior parte dos motores nas aplicações industriais 
é desse tipo. Representando-se as diferenças de potencial 
entre as fases, temos seis combinações diferentes de acio-
namento e desligamento de tiristores.
QUADRO 5. RELAÇÕES DE TENSÃO APLICADAS AO MOTOR CONFORME O INSTANTE DE 
TEMPO DE ANÁLISE, PARA OBTENÇÃO DO SINAL ALTERNADO PELO INVERSOR TRIFÁSICO
Vrs Vst Vtr Tempos
T1, T2, T3 0 +V -V 1°
T2, T3, T4 -V +V 0 2°
T3, T4, T5 -V 0 +V 3°
T4, T5, T6 0 -V +V 4°
T5, T6, T1 +V -V 0 5°
T6, T1, T2 +V 0 -V 6°
T1, T2, T3T1, T2, T3T1, T2, T3
T2, T3, T4T2, T3, T4
T3, T4, T5
T2, T3, T4
T3, T4, T5T3, T4, T5
T4, T5, T6T4, T5, T6
T5, T6, T1
0
T4, T5, T6
T5, T6, T1
T6, T1, T2
-V
T5, T6, T1
T6, T1, T2T6, T1, T2
-V
T6, T1, T2
0
+V
+V
+V
+V
-V
-V
-V
0
0
+V
+V
1°
0
2°
-V
3°
4°
5°
6°
Fonte: FRANCHI, 2009, p. 65.
Assim, um dos principais exemplos de confi guração, a modulação por lar-
gura de pulso (PWM, do inglês pulse width modulation), é uma técnica que parte 
do pressuposto de que os transistores trabalham como chaves (liga e desliga) 
e a forma de onda de tensão de saída do inversor de frequência será sempre 
quadrada. Com isso, para se obter a tensão de saída, para o acionamento do 
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 33
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motor o mais próximo possível de um sinal senoidal, os transistores nessa con-
figuração irão chavear, modulando sua largura de pulso.
Por meio de um microprocessador, por exemplo, e de acordo com a maior 
parte das aplicações de PWM em inversores industriais, as funções de contro-
le são efetivamente implementadas, sendo resultado da combinação de uma 
onda triangular e uma senoidal, que produzirão a forma de onda da tensão de 
saída (Figura 7). O sinal triangular é a frequência de chaveamento do inversor, 
e o gerador de onda senoidal produz um sinal que determina, no contexto, a 
largura dos pulsos e, consequentemente, a tensão de saída do inversor.
Figura 7. Relações entre as formas de onda na modulação PWM. Fonte: FRANCHI, 2009, p. 66.
Independentemente da configuração utilizada para a topologia de controle 
do inversor de frequência, o princípio de funcionamento ainda se baseará em 
uma tensão CC, em um circuito intermediário, e em sua transformação para 
um sinal de tensão CA, para acionamento do motor de indução. A configuração 
a partir do PWM é uma das mais utilizadas na prática, embora, ao longo do 
tempo, novas topologias e até mesmo dispositivos de controle surjam, possibi-
litando uma série de novas aplicações.
A WEG fabrica alguns dos inversores comerciais mais utilizados e, por isso, 
usaremos alguns exemplos da marca para entender suas possibilidades de 
aplicação no meio industrial. Entretanto, devemos lembrar que, dada a grande 
aplicabilidade dos motores CA de indução, um inversor de frequência poderá 
estar presente nos mais diversos tipos de sistemas, no controle de processos 
industriais em geral. Além disso, a escolha de um inversor de frequência deve 
Saída do gerador de PWM
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 34
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ser feita a partir dos parâmetros de leitura, regulação e configuração, bem 
como dos parâmetros do motor e as funções especiais.
Os sistemas de bombeamento de fluídos e os sistemas de ventilação são 
alguns dos principais exemplos de aplicações industriais dos inversores, bem 
como os sistemas mais comuns do meio industrial para uma gama de proces-
sos industriais. Além disso, também podemos apontar os sistemas de ar-condi-
cionado e a movimentação de cargas como exemplos de segmento industrial, 
bem como as indústrias de papel e celulose. Ademais, os inversores podem ser 
utilizados, então, no acionamento de motores usados para correias transporta-
doras e outros sistemas de transporte, como alimentadores etc.
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 35
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Sintetizando
A automação industrial está diretamente ligada aos avanços tecnológicos e 
ao desenvolvimento econômico. Utilizar tecnologias para automatizar sistemas 
permite ganhar competitividade e produzir mais. Além disso, é importante ter 
uma visão geral dessa área e do papel dos equipamentos mais utilizados hoje, 
na maior parte das indústrias, como os computadores, os controladores lógicos 
programáveis, os sensores e os atuadores. Também se fez necessário entender-
mos os inversores de frequência, utilizados para o acionamento e o controle de 
velocidade de um importante equipamento, largamente utilizado na indústria: o 
motor elétrico de indução.
Além disso, vimos quais são os principais tipos e estratégias de automação, 
implementadas no contexto industrial atualmente, compreendendo o contexto 
histórico e o ponto atual de disponibilidade de equipamentos. Outro ponto con-
siderado foi a análise de vantagens e desvantagens de uma automatização ou 
um aperfeiçoamento de um processo/sistema já implementado, considerando-
-se as premissas da automação rígida, flexível ou programável, e o que melhor 
se encaixa. 
Destacamos também as novas necessidades dos processos e as ocorrências 
mais importantes, como a substituição de motores CC por equipamentos CA, 
por exemplo. Sobretudo, o papel do inversor de frequência nesse processo me-
receu destaque, já que, por conta desse tipo de equipamento, os sistemas auto-
matizados se tornaram mais eficientes. Ademais, também foi possível entender 
como os inversores funcionam de fato e o papel dos semicondutores de potência 
no contexto. Por fim, podemos explorar as configurações mais importantes para 
a implementação dos inversores nos sistemas práticos, bem como alguns exem-
plos de aplicações.
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 36
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Referências bibliográficas
FRANCHI, C. M. Inversores de frequência: teoria e aplicações. 2. ed. São Paulo: 
Editora Érica, 2009. 
GROOVER, P. M. Automação industrial e sistemas de manufatura. 3. ed. São 
Paulo: Pearson Universidades, 2010.
LAMB, F. Automação industrial na prática. Porto Alegre: AMGH, 2015.
NATALE, F. Automação industrial: série brasileira de tecnologia. 10. ed. São 
Paulo: Editora Érica, 2000.
PETRUZELLA, F. D. Motores elétricos e acionamentos. Porto Alegre: Bookman, 2013.
ROSÁRIO, J. M. Automação industrial. São Paulo: Editora Baraúna, 2012.
ROSÁRIO, J. M. Princípios de mecatrônica. São Paulo: Pearson Universidades, 2004.
WEG. Guia de aplicação de inversores de frequência. Disponível em: <ht-
tps://sidrasul.com.br/wp-content/uploads/2014/09/Guia-de-Aplicação-de-In-
versores-de-Frequência-WEG-3ª-Edição.pdf>. Acesso em: 30 jun. 2020.
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 37
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CONTROLADORES 
LÓGICOS 
PROGRAMÁVEIS 
E SENSORES 
INDUSTRIAIS
2
UNIDADE
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Objetivos da unidade
Tópicos de estudo
 Compreender o que são controladores lógicos programáveis e sua relevância 
na automação industrial;
 Aprender mais detalhes sobre o funcionamento destes controladores e uma 
introdução de como programá-los;
 Estudar como funciona a maior parte dos processos de medição de 
grandezas físicas;
 Analisar os principais tipos de sensores,considerando os efeitos resistivos, 
capacitivos e indutivos, além de analisar a propagação de ondas ultrassônicas, 
compreendendo o funcionamento dos sensores ultrassônicos.
 Controladores lógicos progra-
máveis
 Aplicações
 Princípio de funcionamento 
 Arquitetura básica
 Sensores industriais
 Sensores resistivos
 Sensores capacitivos
 Sensores indutivos
 Sensores ultrassônicos
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 39
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Controladores lógicos programáveis
Os controladores lógicos programáveis são exemplos essenciais de equipa-
mentos da indústria, confi gurando-se como elementos fundamentais da auto-
mação industrial. São conhecidos pela sigla CLP ou denominados como PLC, 
graças à sua nomenclatura em inglês: Programmable Logic Control. 
Sabe-se que estes equipamentos representam a principal tecnologia de 
controle de processos, sendo considerados um tipo de computador industrial 
que pode ser programado para o desempenho de funções de controle e auto-
mação em geral (ROSÁRIO, 2005). 
Assim sendo, este estudo será iniciado a partir de uma visão geral do que 
é um CLP, prosseguindo para algumas de suas principais aplicações e, por fi m, 
estudando de forma mais detalhada a arquitetura básica deste equipamento 
tão importante.
Visão geral
Como já brevemente mencionado, o CLP é um computador industrial que 
surgiu na década de 60 para substituir os relés eletromecânicos que até então 
eram utilizados no controle de processos industriais, a partir do desempenho 
de lógicas sequenciais e combinacionais. 
Com o passar dos anos, os CLPs possibilitaram não só a substituição dos 
relés como também a implementação de sistemas de controle mais com-
plexos, por motivos que serão explorados posteriormente. Como possíveis 
vantagens e novas possibilidades no cenário do controle e da automação in-
dustrial, é possível apontar a redução do uso de fi os 
com relação às instalações a relés, além do fato de 
que os CLPs caracterizam-se por facilidade de pro-
gramação e instalação, realização e implementa-
ção de um sistema de controle que responde 
em alta velocidade, maior compatibilidade de 
rede e vantagens relacionadas à testagem 
do sistema e verifi cação de defeitos neste. A 
Figura 1 apresenta um exemplo de CLP comer-
cial desenvolvido pela Rockwell.
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 40
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Figura 1. CLP da Rockwell. Fonte: Shutterstock. Acesso em: 01/07/2020.
Este tipo de controlador, como é possível notar pela imagem apresentada, é 
um sistema com múltiplas entradas e saídas. Com isto, este configura-se como 
um sistema em tempo real, uma vez que a saída depende das condições de en-
trada do sistema e esta capacidade de entradas e saídas também tem relação 
com sua usabilidade na automação industrial. 
Ademais, sabe-se que estes são equipamentos projetados para um ambien-
te industrial típico e, sendo assim, possuem grande suportabilidade a variações 
de temperatura, imunidade a ruídos elétricos e resistência à vibração e impac-
to, o que os torna adequados inclusive para ambientes corrosivos, por exem-
plo. Com isto, é possível entender que o CLP é, basicamente, um computador 
digital projetado para uso no ambiente industrial, com interfaces especiais de 
entrada e saída e uma linguagem de programação de controle.
Desta forma, segundo Petruzella em seu livro Controladores lógicos progra-
máveis, de 2014, aponta-se como vantagens do uso dos CLPs:
• Maior confiabilidade, posto que o programa feito para o CLP pode ser tes-
tado e replicado para outros dispositivos, além do fato de o CLP ser forma-
do, em sua estrutura, por dispositivos de estado sólido, desenvolvidos com os 
avanços mais recentes da eletrônica;
• Maior flexibilidade, já que para a implementação do sistema de controle, 
um programa deve ser criado e/ou modificado, não necessariamente envol-
vendo ligações de circuitos e outros tipos de mudanças físicas convencionais, 
vistas com acionamentos via relés eletromecânicos;
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 41
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• Menor custo, pois com os avanços tecnológicos cada vez maiores o CLP vem 
se tornando um equipamento economicamente viável para diversas aplicações;
• Maior capacidade de comunicação, visto que o CLP está apto a se comuni-
car, na realização do controle e na automação da indústria, com outros equipa-
mentos no processo e indústria, incluindo outro CLP;
• Tempo de resposta rápida, uma vez que os CLPs operam de fato em tempo 
real, pois são projetados para o desempenho de controle em alta velocidade, 
necessário para as aplicações industriais;
• Facilidade na verificação de defeitos, relacionada a processos como o diag-
nóstico residente, que podem substituir funções que permitem ao usuário do 
sistema traçar e corrigir os problemas do programa do CLP e/ou dos equipa-
mentos envolvidos.
Um CLP pode ser dividido em algumas partes principais, como mostra 
a Figura 2.
Figura 2. Visão geral de um CLP. Fonte: PETRUZELLA, 2013, p. 337. (Adaptado).
A fonte de alimentação, neste caso, irá converter a tensão da rede, geral-
mente CA (corrente alternada) e em algumas aplicações CC (corrente contínua), 
em um valor de baixa tensão, contínuo, para o correto funcionamento do pro-
cessador e dos módulos de entrada e saída. 
Uma outra possibilidade é que a fonte de alimentação também poderá for-
necer um sinal CC para cargas externas e, especificamente sobre os níveis de 
Dispositivo
sensor de 
entrada
Dispositivo 
de saída 
(carga) 
Isolamento 
óptico
Dispositivo de 
programação
Isolamento 
óptico
Módulo 
de 
entrada
Módulo 
de 
saída
M
Fonte de alimentação
Unidade central 
de processamento 
(CPU)
Memória
Programação de 
dados
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tensão, sabe-se que os valores se assemelham ao que é visto na instrumen-
tação em geral, 120 V CA, 240 V CA ou até 24 V CA e 24 V CC, ao passo que a 
corrente dependerá de parâmetros construtivos, como o tipo de processador 
utilizado no CLP.
A unidade de processamento também é referida como CPU ou simples-
mente processador, e juntamente com a memória forma a inteligência do CLP. 
É a CPU que fará a avaliação dos estados das entradas e saídas, incluindo ou-
tros possíveis dados a serem analisados, à medida que o programa desenvolvi-
do, armazenado na memória do CLP, é executado. 
Com isto, a CPU envia então os sinais necessários para a atualização dos 
estados da saída. Ademais, os processadores são especificados no CLP quanto 
à capacidade de memória disponível, da relação entrada/saída (E/S) e com base 
no número de instruções do programa.
O módulo de entrada, juntamente com os módulos de saída, permitem 
que o CLP monitore o sistema, basicamente. A principal função do módulo de 
entrada é receber os sinais de entrada advindos dos dispositivos de campo, 
como sensores industriais, os convertendo em sinais lógicos que podem ser 
compreendidos e utilizados pela CPU. Uma outra função importante do módu-
lo de entrada, adicionalmente, é o isolamento elétrico entre os dispositivos de 
campo e o próprio CLP. Existirão módulos analógicos e digitais, dependendo do 
tipo de dispositivo de campo. 
Os módulos de saída, por sua vez, são os responsáveis pela implementação 
do controle, podendo acionar motores, contatores e solenoides, entre outros, 
uma vez que convertem os sinais de acionamento vindos da CPU em valores 
digitais ou analógicos para que haja comunicação com estes dispositivos co-
nectados, que são as cargas do CLP. 
Ainda com relação às partes do CLP, destaca-se o dispositivo de progra-
mação, utilizado para inserção e/ou alteração do programa no CLP, além de 
permitir outra função importante: a de monitoramento e alteração dos valores 
armazenados. Um exemplo de dispositivo de programação é o computador. 
DICA
É possível ainda que o programa