aula 2

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AULA 2 
FILOSOFIAS DE SUPERVISÃO 
Profª Ana Carolina Bueno Franco 
 
 
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CONVERSA INICIAL 
Na Aula 1 foram abordados os principais conceitos relativos à automação 
e aos tipos de processos produtivos. Conforme foi discutido, a automação traz 
inúmeros benefícios e pode ser aplicada aos mais variados tipos de processos. O 
principal desafio do profissional de automação é a integração de todos os sistemas 
dentro de um processo produtivo. Dessa forma, os principais objetivos desta aula 
são: 
 Apresentar os diferentes níveis de sistemas de um processo; 
 Justificar a necessidade de integração entre os processos; 
 Abordar diferentes tipos de arquitetura de redes; 
 Protocolos de comunicação em automação. 
CONTEXTUALIZANDO 
Muitas indústrias especificam o projeto de automação com o intuito de 
padronizar e otimizar a manutenção dos sistemas. Entretanto, com a expansão 
do processo, a aquisição de novas máquinas e sistemas, o padrão adotado nem 
sempre é mantido. No chão de fábrica, é possível encontrar os mais diversos 
protocolos de comunicação e uma variedade enorme de fornecedores. O grande 
desafio dos profissionais de automação é gerir diversos sistemas e fornecedores 
diferentes. 
TEMA 1 – PIRÂMIDE DA AUTOMAÇÃO 
O modelo conhecido como “pirâmide da automação” é composto por 5 
níveis hierárquicos. Ele foi apresentado, em 1980, com o intuito de mostrar as 
diferentes camadas que compõem o ambiente industrial. Cada nível tem funções 
específicas dentro do processo industrial (Pessôa; Spinola, 2014). Os níveis da 
“Pirâmide da Automação” são: 
 Controle do processo: este nível também é conhecido como “chão de 
fábrica” e é composto pelos equipamentos que farão a medição e atuação 
no processo. 
 Supervisão do processo: neste nível é realizada a supervisão e controle 
dos dados em tempo real (sistemas supervisórios). Os dados são 
fornecidos por sensores do processo. 
 
 
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 Gerenciamento de processos: nesta etapa operam sistemas dedicados à 
manutenção, gerenciamento de alarmes, entre outros. 
 Gerenciamento da planta: além da gestão do processo em si, esta etapa 
contempla a integração com outros sistemas, por exemplo, suprimentos, 
pedidos e estoque. É aqui que o planejamento geral da produção ocorre. 
 Gerenciamento Corporativo: trata do gerenciamento global da unidade 
fabril e toma decisões de longo prazo. 
Figura 1 – Pirâmide da automação 
 
Fonte: Cassiolato, S. d. 
A integração entre os níveis é fundamental e a responsabilidade de prover 
os dados do processo cabe ao profissional de automação. Mas, afinal, por que é 
tão importante realizar esta integração entre os níveis? 
1. Além do controle e supervisão em tempo real, os dados do processo darão 
indícios de falhas no processo e, com isto, será possível prever 
manutenção de equipamentos; 
2. Com os dados do processo, é possível realizar o planejamento da 
manutenção e operação da planta; 
 
 
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Para que a integração ocorra, é fundamental prever sistemas que 
possibilitem a integração entre si. Portanto, na gestão da automação devem ser 
considerados os seguintes itens: 
1. As máquinas ou equipamentos têm manutenção fácil? 
2. Os controladores e equipamentos de aquisição de dados possuem 
protocolos de comunicação homologados? 
3. O sistema supervisório escolhido suporta os protocolos de comunicação 
com os equipamentos de processo? Tem fácil integração com banco de 
dados ou sistemas para gerenciamento de dados? 
4. O sistema escolhido tem escalabilidade? Se sim, haverá interrupção da 
operação? 
5. É possível disponibilizar dados de produção para acesso externo à 
empresa? 
6. Em caso de falha do sistema, haverá redundância? 
TEMA 2 – NORMA ISA-95 
A integração é tão importante e crítica que a ISA (Sociedade Internacional 
para automação, instrumentação e sistemas) criou um conjunto de normas (ISA-
95) cujo objetivo é facilitar e reduzir o custo da integração dos sistemas. Estas 
normas também estão publicadas como IEC/ISO 62264 Standards (Pessôa; 
Spinola, 2014). 
A norma estabelece detalhes, tais como o uso de terminologia padronizada, 
adota um padrão a ser seguido de funções ou atividades por diferentes sistemas 
e também a padronização de troca de dados. A norma está dividida em 5 partes: 
(Mello; Ramos, 2012). 
 Parte 1: Modelos e Terminologia. Trata da integração entre os níveis de 
processo com os níveis de gestão do negócio em si; 
 Parte 2: Atributos de modelo de objeto. Trata basicamente como devem ser 
as estruturas de dados nas trocas de informações entre os níveis; 
 Parte 3: Modelos de gestão de operações de manufatura. Trata da 
operação da manufatura; 
 Parte 4: Atributos e modelos de objeto de gestão de operações de 
manufatura. 
 Parte 5: Transações de negócios para manufatura. 
 
 
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Figura 2 – Composição da norma ISA-95 
 
TEMA 3 – ARQUITETURAS DE AUTOMAÇÃO 
A integração entre os sistemas tem como foco principal o tratamento de 
dados do processo. Os sensores, atuadores e outros dispositivos fazem a 
aquisição de dados em tempo real. Os controladores lógicos programáveis (CLPs) 
enviam estes dados ao supervisório e também fazem o controle. 
Os sistemas supervisórios ou sistemas SCADA (Supervisory Control and 
Data Acquisition) recebem os dados de processo e permitem que os operadores 
façam a supervisão e controle do processo em tempo real. Existem várias formas 
de dispor os dados vindos dos CLPs para os sistemas supervisórios. A escolha 
de como isto será feito está ligada à estrutura de rede e como se deseja que a 
operação seja realizada. Esta etapa do projeto de automação deve ser realizada 
em conjunto com a equipe de tecnologia de informação. 
A topologia de rede define como serão as redes de computadores, tanto do 
ponto de vista físico, como lógico. A topologia física representa como será o layout 
físico, ou seja, como os computadores estarão ligados entre si. A topologia lógica 
trata como os dados serão transmitidos por meio da rede. Alguns tipos básicos de 
topologias: 
 Anel: os dispositivos estão conectados, formando um circuito fechado. 
Nesta topologia, os dados são transmitidos unidirecionalmente. A 
desvantagem é que, como a informação passa a cada nó, há um atraso no 
tráfego de dados; 
 
 
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 Estrela: Nesta topologia há um dispositivo que é o concentrador de dados 
que envia os dados para as estações que estão nas pontas. A vantagem 
em relação à topologia do tipo “anel” é que a informação é transmitida a 
todas as pontas e caso uma delas tenha problemas, a identificação se torna 
mais fácil; 
 Barramento: há um barramento físico de dados no qual os dispositivos 
estão conectados. Bastante utilizada em automação; 
 Mesh: esta topologia é muito utilizada em redes de distribuição de energia. 
De forma resumida, é composta por diversos nós (roteadores) que passam 
a se comportar como uma grande rede. 
Figura 3 – Tipos de topologias de rede 
 
Com relação à arquitetura de sistemas de automação, alguns requisitos de 
desempenho em redes devem ser obedecidos (Santos, 2014): 
 Determinismo no tempo (tempo para a troca de informações); 
 Comunicação com vários dispositivos ao mesmo tempo; 
 Capacidade de expansão de dispositivos; 
 Adoção de protocolos de mercado; 
 Alto desempenho na transmissão de mensagens; 
 Redundância na rede. 
Uma arquitetura bastante usada em sistemas de automação de menor 
porte é a do tipo “stand alone”, ou seja, há a conexão do CLP a um único 
computador que atuará como uma interface homem-máquina, sem a necessidade 
 
 
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de conexão com outros sistemas. Muito utilizada por fabricantesde máquinas, em 
automação predial, por exemplo. 
Figura 4 – Arquitetura do tipo "stand alone" 
 
Já em processos que envolvam automação de grande porte, é muito 
comum o uso de arquiteturas do tipo “cliente-servidor”. Neste tipo de arquitetura, 
há uma estação principal na qual todos os dados de processo são enviados. No 
servidor, todos os dados são gerenciados e armazenados. Ela possibilita que os 
clientes de rede acessem a aplicação. 
Figura 5 – Arquitetura típica "cliente-servidor" 
 
 
 
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É muito comum neste tipo de arquitetura a adoção de redundância. Isto 
implica em ter a supervisão e controle do processo, mesmo em caso de falha de 
um servidor. Existem 4 tipos básicos de redundância: 
 Hot-Standby: os dois servidores acessam as informações dos 
equipamentos, mas somente um servidor está ativo. Sincronizam dados 
entre si em tempo real e conseguem detectar quando um deles não está 
operando. Quando isto ocorre, o servidor de redundância assume a 
operação automaticamente e de forma transparente ao usuário. 
Figura 6 – Redundância do tipo hot-standby 
 
 Warm-Standby: similar à redundância do tipo hot-standby. Neste caso, o 
sincronismo entre os servidores ocorre de forma periódica. A desvantagem 
é que podem ocorrer perdas de informação. 
 Cold-Standby: também composta por dois servidores, porém, não há 
sincronismo entre eles. Em caso de falha do servidor principal, o servidor 
terá que fazer todo o processo de atualização de dados na rede até ficar 
ativo. Não é transparente ao usuário e há perda de informação. 
 Redundância Dual ou Ativa: neste caso, ambos os servidores estão ativos 
e operando em paralelo na rede. Cabe ao usuário decidir qual servidor 
acessar. A desvantagem neste caso é que gera grande fluxo de informação 
na rede, além do custo. 
 
 
 
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TEMA 4 – PROTOCOLOS DE COMUNICAÇÃO 
Para que haja a comunicação entre os equipamentos, é necessário que 
utilizem o mesmo protocolo de comunicação. Para que a comunicação seja 
estabelecida, é necessário o endereço de origem, endereço de destino, tamanho 
da mensagem e reconhecimento de recebimento. Cada protocolo estabelece um 
conjunto de regras específicas. Com o objetivo de padronizar os protocolos, a 
Organização Internacional para a Normalização (ISO) definiu o modelo ISO/OSI. 
Este modelo é composto por sete camadas: 
 Camada Física: define qual o meio físico adotado, características técnicas 
ligadas à velocidade de transmissão de dados; 
 Camada de Enlace: define o formato dos dados na rede, por exemplo, 
endereços de origem e destino, tamanho do pacote e verificação de 
recebimento; 
 Camada de Rede: define o endereçamento lógico e roteamento dos dados; 
 Camada de Transporte: divide o buffer do usuário em buffers de rede para 
forçar o controle desejado de transmissão. Protocolos de transporte: TCP 
e UDP. 
 Camada de Sessão: define o formato dos dados enviados nas conexões. 
 Camada de Apresentação: converte os dados para formatos canônicos e 
vice-versa. O formato canônico usa uma ordem padronizada de bytes e 
uma convenção de estrutura de empacotamento independentemente do 
servidor. 
 Camada de aplicação: fornece os serviços de rede aos usuários finais. 
Figura 7 – Modelo ISO/OSI 
 
 
 
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TEMA 5 – PROTOCOLOS DE COMUNICAÇÃO EM AUTOMAÇÃO 
Com o avanço e disseminação da automação, diversos equipamentos e 
protocolos estão disponíveis. A seguir, serão descritos os principais tipos de 
protocolos usados em automação predial, automação industrial e para redes de 
sensores. 
5.1 AS-Interface 
Criado em 1991, tem por objetivo estabelecer a comunicação entre rede de 
sensores e atuadores de fácil instalação e implementação, com barramento que 
leva tanto sinais de dados quanto a alimentação de módulos. Pode ser aplicado a 
todo tipo de indústria. 
Figura 8 – Estrutura do cabo AS-Interface 
 
Resumo: 
 Organização: <www.as-interface.net> 
 Interoperabilidade: possui interoperabilidade com equipamentos que 
sejam homologados pela organização. 
 Interconectividade: Existe uma grande diversidade de dispositivos 
(remotas, sensores, sinalizadores, botoeiras, entre outros). 
 Número de nós: 31 nós por segmento de rede (versão 2.0) e 62 nós nas 
versões 2.1 e 3.0. 
 Velocidade: 160 kb/s, com ciclo máximo de 5 ms (versão 2.0), 10 ms 
(versão 2.1) e 40 ms (versão 3.0). 
 Tipo de Tráfego: Cíclica e Pooling. 
 Segurança Intrínseca: Não possui. 
 Redundância: Não possui. 
 
 
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 Interação com CLPs: Comunicação direta ou por gateway. 
 Software: Possui software para configuração (vários fabricantes). 
Figura 9 – Topologia da rede AS-Interface 
 
5.2 BACnet 
O protocolo BACnet (Building Automation Control Network) é utilizado em 
redes de comunicação predial, integrando chillers, controladores, inversores de 
frequência, instrumentação e máquinas. 
Resumo: 
 Organização: <http://www.bacnet.org/index.html> 
 Interoperabilidade: totalmente interoperável com informação 
compartilhada em toda a rede, permitindo o gerenciamento de alarmes e 
eventos. 
 Interconectividade: possui interoperabilidade com equipamentos que 
sejam homologados pela organização. 
 Número de nós: 127 dispositivos por segmento. 
 
 
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 Velocidade: 9.600 a 76.800 b/s. 
 Tipo de Tráfego: Modelo cliente-servidor. 
 Segurança Intrínseca: Sim. 
 Redundância: Sim. 
 Interação com CLPs: Somente via gateway. 
 Software: Requer software dedicado de configuração e/ou monitoração. 
5.3 Modbus 
Seu desenvolvimento teve início em 1971 e se tornou um padrão de 
mercado em 1980. Devido à sua simplicidade, é um dos mais utilizados por 
fornecedores de automação. Não há uma área de aplicação específica. Sua 
utilização vai desde automação industrial até aplicações de energia. Existem dois 
padrões: RTU e ASCII. 
Resumo: 
 Organização: <http://modbus.org/> 
 Interoperabilidade: Protocolo aberto com total interoperabilidade. 
 Interconectividade: Padrão Ethernet, Modbus TCP/IP. Existem vários 
gateways disponíveis. 
 Número de nós: Ilimitado. 
 Velocidade: 100 Mb/s. 
 Tipo de Tráfego: Modo desbalanceado e estações sequencialmente. 
Neste caso, o mestre é estação primária e inicia todas as transferências de 
mensagens. As demais estações são secundárias e só transmitem quando 
requisitadas. No modo balanceado, mestre e escravo podem iniciar a 
transferência de mensagens. 
 Segurança Intrínseca: Não disponível de forma direta. 
 Redundância: Sim. 
 Interação com CLPs: Sim. 
 Software: Suporte nativo a quase todos os sistemas de supervisão. 
FINALIZANDO 
Entender o funcionamento das redes de comunicação, auxilia o gestor de 
automação a definir a melhor topologia para o processo. Com relação aos 
protocolos de comunicação, além dos citados (os mais usados), existem outras 
 
 
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opções. Nesta aula, ficou clara a convergência entre os setores de tecnologia de 
informação e automação. 
 
 
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REFERÊNCIAS 
GOEKING, W. Da máquina a vapor aos softwares de automação. Disponível 
em: <https://www.osetoreletrico.com.br/xxxx/>. Acesso em: 21 jan. 2018. 
PESSÔA, M. S. DE P.; SPINOLA, M. DE M. Introdução à automação para 
cursos de engenharia e gestão. 1. ed. Rio de Janeiro: Elsevier, 2014. 
REDES de Comunicação Industrial – Documento técnico n. 2. Schneider 
Electric. Disponível em: <https://www.schneider-electric.pt/documents/product-
services/training/doctecnico_redes.pdf>. Acesso em: 21 jan. 2018. 
SANTOS, M. M. D. Supervisão de sistemas – funcionalidades e aplicações. 1. ed. 
São Paulo, 2014.