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1.
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SISTEMAS DE
CONTROLE
2
Rosana Yasue Narazaki
Londrina 
Editora e Distribuidora Educacional S.A. 
2019
Sistemas de Controle
1ª edição
3
2019
Editora e Distribuidora Educacional S.A.
Avenida Paris, 675 – Parque Residencial João Piza
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Daniella Fernandes Haruze Manta
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Paola Andressa Machado Leal
Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP)
__________________________________________________________________________________________ 
 Narazaki, Rosana Yasue
N218s Sistemas de controle/ Rosana Yasue Narazaki, – 
 Londrina: Editora e Distribuidora Educacional S.A. 2019.
 140 p.
 
 ISBN 978-85-522-1500-4
 
 1. Controladores programáveis. 2. Controle de processo. 
I. Narazaki, Rosana Yasue. II. Título. 
 
CDD 620
____________________________________________________________________________________________
Thamiris Mantovani CRB: 8/9491
© 2019 por Editora e Distribuidora Educacional S.A.
Todos os direitos reservados. Nenhuma parte desta publicação poderá ser 
reproduzida ou transmitida de qualquer modo ou por qualquer outro meio, 
eletrônico ou mecânico, incluindo fotocópia, gravação ou qualquer outro tipo de 
sistema de armazenamento e transmissão de informação, sem prévia autorização, 
por escrito, da Editora e Distribuidora Educacional S.A.
SUMÁRIO
Apresentação da disciplina __________________________________________________04
Automação da medição _____________________________________________________07
Análise de sistemas e processos industriais ________________________________27
Controladores Lógicos Programáveis _______________________________________48
Sistemas Digitais de Controle Distribuído ___________________________________71
Sistemas de controle híbridos ___________________________________________ 90
Controle de caldeiras, reatores e tanques ___________________________________110
Fundamentos de programação em CLPs ____________________________________131
SISTEMAS DE CONTROLE
5
Apresentação da disciplina
A automação na indústria vem ocorrendo desde longa data. Com o 
passar dos anos, as tecnologias vêm se aprimorando, principalmente 
com a conexão dos sistemas de controle em grandes redes de 
comunicação. A troca de dados de produção por meio das redes de 
gerenciamento abriu as portas para tornar as indústrias mais integradas, 
podendo ser monitoradas e sofrer interferência do operador, esteja 
ele onde estiver. Executar todo um controle por meio de computação 
em nuvem é uma realidade. Além disso, dispomos de ferramentas 
capazes de predizer ocorrências e permitir a tomada de ações de 
modo antecipativo em curso. Essas são algumas das premissas para a 
implementação da Indústria 4.0!
Você que está se preparando para essa realidade, encontrará nesta 
disciplina os conceitos de automação da medição. Será apresentado às 
principais partes e aos tipos de um sistema automatizado. Você será 
apresentado aos fundamentos dos processos industriais e às estratégias 
de controle mais complexas.
Após discorrer sobre os conceitos de automação, você compreenderá o 
que é um Controlador Lógico Programável (CLP) e entenderá o seu ciclo 
de programação e endereçamento de entradas e saídas.
Além do CLP e já em nível mais avançado de tecnologia está o Sistema 
Digital de Controle Distribuído (SDCD). A Leitura Fundamental levará 
você a entender em quais processos industriais a aplicação do SDCD 
poderá trazer benefícios expressivos.
Dada a vastidão de soluções no ambiente industrial, a evolução das 
tecnologias e dos equipamentos propiciou diferentes configurações de 
automação. Dessa forma, a autora trouxe para a Leitura Fundamental a 
abordagem dos sistemas híbridos.
6
Por fim, são apresentadas algumas aplicações de controle, como em 
caldeiras, reatores e tanques, fundamentados em programação de 
Controladores Lógico Programáveis. 
Não deixe de resolver os exercícios ao final de cada tema e consultar 
as leituras complementares, pois elas são fundamentais para o 
seu futuro profissional. Também procure resolver os problemas 
propostos no Teoria na Prática antes de assistir aos vídeos, para 
que você possa comparar os resultados a que chegou com aqueles 
apresentados na aula.
Bons estudos!
Automação da medição
Autor: Rosana Yasue Narazaki
Objetivos
• Estabelecer um conceito inicial de automação;
• Apresentar as principais partes de um sistema 
automatizado.
• Apresentar os principais arranjos para automação.
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1. Introdução
A aquisição de informações sobre estados (ligado/desligado, aberto/
fechado, etc.) e valores de determinado sistema é uma parte essencial 
para um processo ativo. Ainda que se faça isso de maneira natural, ou 
seja, sem o uso de ferramentas (sensores/detectores/instrumentos), 
é uma atividade constante e, mesmo que seja realizada em ciclos, 
repete-se infinitamente durante o tempo em que o processo está ativo. 
Exemplo: ao atravessar uma rua, é natural avaliarmos os riscos de 
atropelamento até atingir uma posição segura do outro lado da rua. 
Assim, podemos dizer que a aquisição de informações é o ponto de 
partida para uma tomada de decisão.
Processos ativos complexos demandam informações de suas condições 
de contorno para que se possa extrair, no menor tempo possível, o 
máximo de resultados. Para efeito de simplificação, denominaremos 
essa aquisição de informações como medição.
Em tempos passados, a medição só estava disponível no local onde o 
evento ocorria. Para que ela fosse compartilhada ou chegasse ao local 
de tomada de decisão, era necessária a intervenção humana fazendo 
o transporte via relatórios ou outros. A fragilidade dessa metodologia 
é facilmente perceptível por meio de falhas e atrasos intrínsecos a 
esse transporte. Com o desenvolvimento técnico, a medição passou 
a ser levada até os locais de tomada de decisão. Porém, havia uma 
grande dependência da interpretação das medições para a tomada da 
decisão, pois a medição dependia da leitura e percepção humana. Nessa 
altura, havia os erros de paralaxe, erros provocados por iluminação 
deficiente, etc.
Um expressivo avanço ocorreu quando a medição foi automatizada. Diz-
se que um sistema está automatizado quando uma ou mais tarefas são 
realizadas em função dos sinais de várias naturezas, sem intervenção 
humana (PRUDENTE, 2015). As primeiras máquinas automatizadas 
9
surgiram na década de 1960. Eram máquinas automatizadas com um 
mínimo de intervenção humana construídas para um tipo de produto. 
Havia, porém, uma desvantagem: se o produto mudava, a adequação 
da máquina era impossível ou muito custosa. Era uma automação 
rígida. Com a evolução tecnológica, as máquinas automáticas passaram 
a utilizar várias tecnologias integradas: eletrônicas, hidráulicas, 
pneumáticas, computacionais. Essa integração de várias tecnologias é 
chamada de automação flexível. Essa configuração permitiu a produção 
com tempo reduzido, com muitas vantagens: economia de energia e de 
material; rápida alteração na produção; redução de duração e custo de 
produção; melhor ambiente de trabalho.
Neste tema, por uma questão de simplificação e ampliação de 
abrangência, estaremosnos referindo a máquinas, equipamentos e 
sistemas simplesmente como “sistemas”, dado que é o termo com 
significado mais abrangente dentre os anteriores.
2. Organização de sistemas automatizados
Uma simplificação para os sistemas automatizados é possível se 
agruparmos os subsistemas em duas partes principais: o grupo de 
potência e o grupo de comando.
O grupo de potência é o que movimenta o sistema, analogamente 
aos músculos que movimentam o esqueleto. Um exemplo disso são os 
motores, os cilindros pneumáticos ou hidráulicos, entre outros.
Já grupo de comando é a parte inteligente que elabora o 
processamento necessário para a obtenção do respectivo produto. É 
composto por processadores e detectores (interruptores, chave de fim 
de curso, etc.).
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Como essa aglutinação de subsistemas não é visível tão facilmente em 
uma primeira abordagem, estender um pouco mais a discussão sobre 
partes da automação lhe proporcionará um melhor entendimento. 
Entenda, a seguir, como se compõe um sistema de automação.
2.1. Atuadores
Na automação, os atuadores recebem um sinal que pode ser elétrico, 
pneumático ou hidráulico, processam-no e, como resultado, efetivam uma 
ação sobre o sistema que, em geral, pode ser um movimento mecânico 
executado por atuadores do tipo elétrico, pneumático, mecânico ou 
hidráulico.
Do tipo elétrico, podemos listar os motores de indução ou assíncronos, 
motores de passo, motores lineares (usados na robótica), entre outros. Os 
motores assíncronos tornaram-se competitivos com relação aos motores 
de corrente contínua devido ao seu acionamento (frenagem, regulação de 
velocidade). A transmissão de potência, quando realizada por um redutor 
de velocidade acoplado ao motor, leva o nome de motorredutor.
Os atuadores ocupam vastas aplicações na automação para içar, 
mover, bloquear e posicionar vários elementos. Há também os cilindros 
pneumáticos ou hidráulicos. A diferença entre eles está na potência 
de acionamento (força de empurrar) e no tipo de fluido utilizado. Para 
potência reduzida e alta velocidade, utilizam-se cilindros a ar comprimido 
(pneumático); para altas potências e baixa velocidade, utilizam-se 
cilindros hidráulicos. Os atuadores se relacionam, portanto, à potência na 
conceituação de automação.
2.2. Detectores e sensores
Outra parte que compõe a automação são os dispositivos detectores. 
Eles são divididos em duas grandes categorias:
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Tipo digital: a saída é do tipo ligado/desligado. Esse detector verifica 
quando uma grandeza supera um determinado valor definido. 
Exemplo: uma fotocélula abre ou fecha um circuito com base na 
presença ou ausência de um sinal luminoso.
Tipo analógico: transforma uma grandeza física em um sinal contínuo 
proporcional ao valor da grandeza física. É mais conhecido como 
transdutor, uma vez que o sensor é mais utilizado para sinal ligado/
desligado. Exemplos: sensor de proximidade, potenciômetros, 
indicador de nível de líquido. Os detectores e sensores se relacionam, 
portanto, a comando na conceituação de automação.
2.3. Interação homem-máquina
Outra parte que compõe a automação é a interação homem-máquina. 
Ela pode ser dividida em dois grupos principais: (1) comando e 
sinalização e (2) terminal de gestão.
Fazem parte do grupo de comando e sinalização as chaves seletoras, 
as botoeiras, os indicadores luminosos, os displays. Do segundo 
grupo, fazem parte os componentes mais atuais tecnologicamente, 
tais como o painel operador (OP), também chamado de IHM (Interface 
Homem Máquina). Há diversidade de tamanhos e complexidade, 
mas, em geral, são dotados de uma tela e um conjunto de teclas para 
navegação. São robustas, com elevado grau de proteção. Há também 
os terminais de gestão com monitor, com programas supervisores 
específicos para controle de variáveis de processo. A Figura 1 ilustra o 
conceito de automação dentro de um sistema (ou máquina).
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Figura 1 – Ilustração de automação
Fonte: elaborado pela autora.
PARA SABER MAIS
Os equipamentos para instalações industriais, em geral, 
devem ter invólucros com características de proteção 
adequadas às condições operacionais a que estarão sujeitos. 
Exemplo: umidade, gotejamento, submersão, etc. Essa 
proteção é internacionalmente codificada e, em português do 
Brasil, é comumente referida como grau de proteção IP. As 
principais organizações que tratam de códigos de proteção 
são National Electrical Manufacturers Association (NEMA) e a 
International Electrotechnical Commission (IEC).
3. Lógica em sistemas de controle automatizados
A lógica nos sistemas de controle automatizados é o componente 
responsável por determinar as tarefas que serão executadas de 
13
acordo com as informações recebidas do entorno da máquina ou do 
sistema. A lógica pode ser cabeada ou programada e o determinante 
a ser considerado antes da escolha entre as duas é a complexidade da 
máquina ou do sistema em que a automação será aplicada.
3.1. Lógica cabeada
Por associação, é possível dizer que a lógica cabeada é aquela executada 
por meio da ligação via fios e cabos dos elementos sensores/detectores 
ao grupo de comando e deste aos elementos componentes do grupo de 
potência. Esse tipo de lógica se baseia em uma técnica que não possui 
flexibilidade em caso de alteração de componentes nem e/ou função. Os 
sistemas de automação implementados com lógica cabeada atendem a 
aplicações específicas. A lógica cabeada, além de ser somente aplicável 
em sistemas de baixíssima complexidade, também é intrinsecamente 
complexa. Sua principal vantagem está no custo de implementação 
baixo. Um exemplo de sistema de controle automático com lógica 
cabeada simples de visualizar e entender é o aplicado a sinais de 
trânsito em cruzamentos com a opção de temporização para travessia 
de pedestres, visualizável na Figura 2.
Figura 2 – Exemplo de aplicação de lógica cabeada
Fonte: Slobo/iStock.com
14
3.2. Lógica programada
A inserção das unidades de processamento digital nos sistemas 
de controle propiciou um grande e rápido avanço tecnológico 
para atividades do dia a dia por dois aspectos fundamentais: pela 
flexibilidade para implementação de alterações de funcionalidades 
e pela velocidade de reação para as diversas e inúmeras variações 
que os sensores/detectores são capazes de transmitir para o grupo 
de comando. Por outro lado, o desenvolvimento das unidades de 
processamento digital fez com que as mesmas incorporassem, 
além de funções lógicas complexas, a capacidade de tratamento 
matemático dos sinais recebidos, a ponto de simplificar a 
programação até o nível de resumir a programação e a concatenação 
de blocos de funções pré-definidas.
A partir da conceituação que obtivemos de lógica programada e 
a ambientação desse conceito dentro de instalações que exigem 
robustez, confiabilidade, acuracidade, entre outros, ou seja, 
fábricas e/ou indústrias, convergimos para uma especificidade a 
qual se denomina informática industrial. Com as devidas ressalvas, 
poderíamos dizer que a informática industrial consiste na aplicação 
da informática clássica (hardwares e softwares) devidamente 
elaborada para atender às exigências do ambiente industrial.
Neste ponto, você poderá inferir muitas características partindo dos 
conceitos de lógica cabeada e lógica programada. Verifique o Quadro 
1 que resume algumas dessas características comparativamente.
15
Quadro 1 – Comparação entre lógica cabeada e lógica programada
Lógica cabeada Lógica programada
Montada com componentes 
discretos eletromecânicos, 
tais como:
• Relés;
• Contatores;
• Temporizadores;
• Sequenciadores;
• eletrônicos (montados em 
placas ou quadro elétrico);
• portas lógicas 
combinatórias;
• flip-flops.
Contempla dispositivos 
com capacidade de 
encadear as ações de 
diversos componentes de 
um programa, tais como:
• Controladores Lógicos 
Programáveis (CLP)
• Sistemas Digitais 
de Controle 
Distribuído (SDCD)
Fonte: baseado em Prudente (2015).
4. Tipos de sistemas de automação
4.1. ControladorLógico Programável
O Controlador Lógico Programável (CLP) também é conhecido pela 
sigla PLC, que é o acrônimo das palavras em inglês programmable logic 
controller. Nos primórdios, teve seu desenvolvimento orientado para 
controle em manufatura, pois, nesse segmento, a população de sinais 
16
(entradas e saídas) que necessitam ser processados é composta por 
sinais discretos ou digitais. Por sinais discretos, entende-se aqueles que 
se apresentam com estados bem definidos. Exemplo: ligado/desligado, 
aberto/fechado, aceso/apagado, etc. Como a população de sinais 
(quantidade de entradas/saída) varia muito de acordo com o sistema/
máquina, existem CLPs para tratar desde pequenas quantidades até 
quantidades muito grandes de sinais ou sob outra ótica, CLPs para 
com funções básicas e outro para funções avançadas. Você poderá 
visualizar alguns desses CLPs presentes na Figura 3, que contém CLPs de 
diferentes tipos.
Figura 3 – Controladores Lógicos Programáveis
Fonte: © Siemens AG 2019, todos os direitos reservados. Disponível em: https://
www.automation.siemens.com/bilddb/index.aspx?gridview=view2&objkey=P_ST70_
XX_06373&showdetail=true&view=Search> Acesso em: 7 abr. 2019.
Os arranjos para entradas e saídas no CLPs são locais e remotos. O 
arranjo local pode ter uma variante, isso é, o local com expansão, 
conforme o fabricante. A Figura 4 ilustra alguns 3 arranjos: local com 
expansão, local com remotas e remotas.
https://www.automation.siemens.com/bilddb/index.aspx?gridview=view2&objkey=P_ST70_XX_06373&showdetai
https://www.automation.siemens.com/bilddb/index.aspx?gridview=view2&objkey=P_ST70_XX_06373&showdetai
https://www.automation.siemens.com/bilddb/index.aspx?gridview=view2&objkey=P_ST70_XX_06373&showdetai
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Figura 4 – Arranjos de Controladores Lógicos Programáveis
Fonte: elaborado pela autora.
O Controlador Lógico Programável (CLP) é um produto amadurecido 
e consolidado, bem como normalizado mundialmente. Apesar de ter 
sido concebido para tratamento de sinais discretos, acompanhou o 
desenvolvimento da tecnologia inicialmente embarcada e atingiu um 
nível de desenvolvimento tecnológico que o tornou capaz de controlar 
também variáveis não discretas ou analógicas. Exemplo: temperatura 
de um forno, nível de água em um tanque, vazão dentro de uma 
tubulação, etc.
Os CLPs mais sofisticados têm recursos tão avançados que a 
comercialização deles pelos seus fabricantes precisa ser controlada 
por entidades governamentais para garantir que esses componentes 
serão utilizados somente em processos de fabricação capazes de trazer 
benefícios para a humanidade e não para o malefício dela, como armas 
de destruição em massa com alto poder de fogo e precisão.
18
4.2. Sistemas Digitais de Controle Distribuído
O Sistema Digital de Controle Distribuído (SDCD), que usualmente é 
também referido com os termos em inglês Digital Control System (DCS), 
tem como característica o arranjo em que todos os controladores são 
alocados próximos aos subsistemas em que cada controlador atua. 
Você poderá ver a ilustração desse arranjo na Figura 5. Nesta figura, é 
mostrada a arquitetura de um SDCD básico.
Figura 5 – Arranjo de Sistema Digital de Controle Distribuído
Fonte: baseado em Alves (2017).
Os SDCDs estão associados a processos de transformação que 
dependem de medição de uma grande quantidade de variáveis 
não discretas em sua grande maioria, controle em malha fechada e 
agrupadas deterministicamente pelo processo fabril.
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4.3. Automação baseada em microcomputadores
A automação baseada em computador, também conhecida pelos 
termos em inglês PC-based control and automation é uma alternativa à 
automação que utiliza componentes como os controladores (dos CLPs 
ou SDCDs).
Isso ocorre em função da possibilidade de o usuário poder 
usufruir de muito mais flexibilidade e performance do que com os 
componentes usuais. Ao longo dos anos, a tecnologia embarcada em 
microcomputadores para aplicação industrial evoluiu. Praticamente, é 
a mesma tecnologia que está disponível nos mais potentes e modernos 
microcomputadores usados em qualquer outro segmento, como bancos, 
centros de pesquisa e ciências aplicadas e outros.
Os arranjos de representação da estrutura de sistema de automação 
baseada em computador podem variar, mas você poderá visualizar na 
Figura 6 uma estrutura básica desse tipo de sistema.
Figura 6 – Arranjo de automação baseada em microcomputador
Fonte: baseado em Alves (2017)
20
Uma consideração importante a ser feita é que a base instalada dentro 
do ambiente industrial, tanto como no comercial, ainda contempla 
uma gama diversificada de tecnologias das mais diversas gerações. 
Logo, há de se considerar que nem sempre será possível introduzir 
ou mesmo migrar para tecnologias que representem o estado da arte 
se não tivermos bem claro que a proposição que se deseja implantar 
representa um ganho significativo ou, ainda na mesma direção, uma 
redução importante de perdas. Por inferência, podemos dizer que não é 
possível implantar a automação pela automação, quando os processos 
que estão sendo considerados em um plano diretor de automação ou 
algo que o valha, estejam estabilizados e sem indicativos que permitam 
vislumbrar um cenário desafiador adiante, quer seja para sobrepujar a 
obsolescência tecnológica ou pelo aumento do volume de produção.
ASSIMILE
A gama de fabricantes de produtos e soluções de 
automação é muito grande. Devido à necessidade de obter 
a máxima performance em um sistema ou equipamento, 
da medição ao controle, até o gerenciamento do 
sistema, faz-se mandatório que todos os componentes 
sejam compatíveis entre si. Às vezes, mesmo que os 
componentes sejam de um mesmo fabricante, pode haver 
incompatibilidade se as versões de software não forem 
compatíveis.
Este tema tratou dos pontos principais para se iniciarem estudos de 
automação de sistemas. Pela exigência de resultados eficientes, controle 
de qualidade, tecnologias testadas, consolidadas e normalizadas, 
focalizamos nossa análise predominantemente no ambiente fabril. 
21
Foram abordados aspectos da medição das variáveis e os fundamentos 
da automação. Os arranjos de automação que foram apresentadas 
resumem as práticas mais consagradas sem esgotá-las ou limitá-las, 
uma vez que o desenvolvimento tecnológico propicia evoluções e, em 
muitos casos, quebras de paradigmas.
TEORIA EM PRÁTICA
Reflita sobre a seguinte situação: você foi aprovado 
em um processo de seleção para uma posição 
de engenheiro de controle e automação em uma 
empresa que fabrica produtos de aço aplicados como 
ferramentas em máquinas de pequeno e médio porte 
para puncionamento, estampagem e outros. A empresa 
foi estabelecida na década de 1940 e desde então vem 
ampliando o seu parque fabril com a aquisição de 
máquinas. As máquinas foram adquiridas por meio de 
compras de máquinas novas ou usadas. O catálogo de 
produtos dessa empresa conta com mais de 10.000 
itens. Da produção, 20% é vendido para o Brasil e os 
outros 80% são exportados para o mundo. Com esse 
panorama, é possível inferir que o parque fabril é 
extremamente diversificado em tecnologias, fabricantes, 
níveis e modelos de automação. Nessa empresa, 60% das 
máquinas de produção não possuem automação, mais 
de 35% possui algum tipo de automação e menos de 5% 
possui automação da mais moderna. Uma vez que sua 
missão ao ter sido contratado pela empresa é elevar o 
grau de automação da fábrica como um todo, como você 
acredita que isso poderia ser realizado?
22
VERIFICAÇÃO DE LEITURA
1. A Figura 7 abaixo mostra a arquitetura de automação 
de um sistema com marcações numeradas de 1 a 
4. Considerando os conceitos básicos de sistemas 
automatizados, é correto afirmar que:
Figura 7 – Representação gráfica de um sistema de 
controle automatizado
Fonte: adaptado de © Siemens AG 2019, 
todos os direitos reservados. Disponível em: 
<https://www.automation.siemens.com/bilddb/
index.aspx?gridview=view2&objkey=G_PCS7_
XX_00632&showdetail=true&view=Search.Acesso em: 
7 abr. 2019
a. A indicação 1 sinaliza elementos do grupo dos 
detectores e sensores, enquanto a indicação 3 sinaliza 
elementos do grupo de potência.
https://www.automation.siemens.com/bilddb/index.aspx?gridview=view2&objkey=G_PCS7_XX_00632&showdetai
https://www.automation.siemens.com/bilddb/index.aspx?gridview=view2&objkey=G_PCS7_XX_00632&showdetai
https://www.automation.siemens.com/bilddb/index.aspx?gridview=view2&objkey=G_PCS7_XX_00632&showdetai
23
b. A indicação 2 sinaliza elementos do grupo dos 
detectores e sensores, enquanto a indicação 3 sinaliza 
elementos do grupo de potência.
c. A indicação 3 sinaliza elementos do grupo dos 
detectores e sensores, enquanto a indicação 4 sinaliza 
elementos do grupo de potência.
d. A indicação 1 sinaliza elementos do grupo dos 
detectores e sensores, enquanto a indicação 4 sinaliza 
elementos do grupo de potência.
e. A indicação 3 sinaliza elementos do grupo de potência, 
enquanto a indicação 4 sinaliza elementos do grupo 
de interação.
2. Analisando as lógicas de implementação em sistemas 
automatizados de controle, podemos afirmar que:
a. A lógica cabeada tem como uma das suas 
desvantagens o fato de ter um custo muito elevado 
mesmo nas aplicações de baixíssima complexidade.
b. A lógica programada deve ser aplicada em sistemas 
automatizados que não necessitam de diversas 
alterações de adequação do sistema às diferentes 
entregas da produção.
c. A complexidade da lógica cabeada é inversamente 
proporcional à complexidade do sistema, isso é, 
quanto mais complexo se torna o sistema, menos 
complexa se torna a lógica cabeada.
d. A lógica programada não acompanhou o 
desenvolvimento tecnológico dos processos e 
sistemas de produção.
e. A lógica programada deve ser aplicada em sistemas 
automatizados que necessitam de diversas alterações 
24
de adequação do sistema às diferentes entregas 
da produção.
3. Os tipos de sistemas de automação apresentam 
características próprias que, por definição, podem 
determinar o sistema no qual eles serão utilizados. Dentre 
as associações abaixo, escolha a correta:
a. Sistema Digital de Controle Distribuído – Centro de 
usinagem para fabricação de ferramentas rotativas 
(brocas) de 1 a 100 mm.
b. Sistema Digital de Controle Distribuído – Controle 
automatizado de travessia de pedestre com deficiência 
visual em rua de mão única sem cruzamento.
c. Sistema Digital de Controle Distribuído – Controle 
automatizado de refinaria de petróleo.
d. Sistema Digital de Controle Distribuído – Controle 
automatizado de lavador de ônibus.
e. Sistema Digital de Controle Distribuído – Controle 
automatizado de máquina automática de envase 
de cerveja.
Referências bibliográficas
ALVES, J. L. L. Instrumentação, controle e automação de processos. 2. ed. Rio de 
Janeiro: Livros Técnicos e Científicos Editora Ltda., 2017.
PRUDENTE, F. Automação industrial: PLC: teoria e aplicações. 2. ed. Rio de Janeiro: 
Livros Técnicos e Científicos Editora Ltda, 2015.
25
Gabarito
Questão 1 – Resposta E
Resolução: a indicação 1 sinaliza a motorização que representa 
a parte que entrega força ao sistema e, assim, por associação, é 
possível afirmar que esses componentes pertencem ao grupo de 
potência. A indicação 2 sinaliza a instrumentação do sistema, que 
representa a parte de sensoriamento e a detecção das condições 
de funcionamento do sistema. A indicação 3 representa a parte que 
faz a interação do homem com o sistema e a indicação 4 é a parte 
que faz o processamento das informações coletadas do sistema, 
encadeia a lógica de tomada de decisão automatizada e envia 
essas informações a outras partes do sistema, ou seja, compõem o 
grupo de comando do sistema, o que exclui a alternativa D, como 
afirmação verdadeira. Isto justifica a opção da letra E.
Questão 2 – Resposta E
Resolução: a lógica cabeada tem como uma das suas vantagens 
o fato de ter um custo muito baixo nas aplicações de baixíssima 
complexidade, o que exclui a alternativa A, como afirmação 
verdadeira. A lógica programada deve ser aplicada em sistemas 
automatizados que necessitam de diversas alterações de 
adequação do sistema às diferentes entregas da produção, 
o que exclui a alternativa B, como afirmação verdadeira. A 
complexidade da lógica cabeada é diretamente proporcional à 
complexidade do sistema, isso é, quanto mais complexo se torna 
o sistema, mais complexa se torna a lógica cabeada, o que exclui 
a alternativa C, como afirmação verdadeira. A lógica programada 
acompanhou o desenvolvimento tecnológico dos processos e 
sistemas de produção. A lógica programada deve ser aplicada em 
sistemas automatizados que necessitam de diversas alterações de 
adequação do sistema às diferentes entregas da produção, o que 
valida a alternativa E, como afirmação verdadeira.
26
Questão 3 – Resposta C
Resolução: caracteristicamente, os sistemas digitais de controle 
distribuído estão associados a processos de transformação que 
dependem de medição de uma grande quantidade de variáveis não 
discretas, em sua grande maioria, controle em malha fechada e 
conjuntos de variáveis reunidas de acordo com as diversas fases do 
processo de transformação, excluindo a alternativa A. Os centros 
de usinagem são máquinas que cumprem tarefas específicas e sua 
lógica se baseia principalmente em variáveis discretas (cotas). O 
sinal de trânsito para travessia de pedestres em uma via de mão 
única sem cruzamento é uma aplicação de simples implementação, 
pois se restringe a uma pequena quantidade de variáveis discretas 
e uma implementação de pequena complexidade, excluindo 
a opção pela alternativa B. Uma refinaria de petróleo entrega 
diversos subprodutos antes de seu produto final. Cada um desses 
subprodutos corresponde a uma fase do processo de produção. 
A grande maioria das variáveis instrumentadas do processo é 
variável não discreta. Isso justifica a opção pela alternativa C. O 
lavador automatizado de ônibus representa uma aplicação de 
complexidade relativamente pequena e quantidade de variáveis 
discretas também relativamente pequena, mas apesar de requerer 
uma quantidade muito grande de ajustes na execução do processo, 
face as circunstâncias como as diferentes dimensões dos ônibus, 
é uma opção a ser excluída nas aplicações de sistemas digitais 
de controle distribuído. A máquina automatizada de envase de 
cervejas, do ponto de vista de automação, é uma aplicação em que 
predominam as variáveis discretas e o controle em malha aberta, 
excluindo a opção E como alternativa correta.
Análise de sistemas e processos 
industriais
Autor: Rosana Yasue Narazaki
Objetivos
• Apresentar componentes típicos em sistemas de 
automação.
• Apresentar fundamentos de processos industriais.
• Apresentar estratégias de controle complexas.
28
1. Introdução
Os sistemas de automação possuem diferenciação entre si, que é 
relacionada a aspectos de aplicação, velocidade de resposta, processo, 
arquitetura de planta, etc.
Embora esses aspectos direcionem para um ou outro sistema, existem 
características comuns a serem abordadas, que são inerentes a todos os 
sistemas, independente do fabricante ou da tecnologia empregada.
Assim, este tema abordará com mais profundidade a composição de um 
sistema de automação de maneira geral.
2. Componentes presentes em sistemas 
de automação
A Figura 1 aponta componentes presentes em sistemas de automação 
em geral. Neste tema, para simplificação, agrupamos os componentes 
em três subgrupos: os componentes essenciais, os componentes 
especializados e os componentes periféricos. Os componentes 
essenciais são os componentes que todo sistema necessita para operar, 
independente do grau de complexidade e quantidade de variáveis 
processadas. Os componentes especializados são aplicáveis quando 
uma variável específica exige tratamento exclusivo em função de 
quantidade ou taxa de frequência de variação, por exemplo.
Os componentes periféricos são componentes importantes para 
habilitar o funcionamento de um sistema deautomação, porém, uma 
vez que a automação esteja em modo de execução, o sistema não 
dependerá deles para a operação contínua.
29
Figura 1 – Ilustração de componentes de automação
Fonte: elaborado pela autora.
30
2.1. Essenciais
Os componentes essenciais e suas funções são apresentados a seguir:
• Fonte
O módulo fonte é responsável por suprir a energia necessária ao 
controlador e todos os demais componentes a nível. Por nível local, 
entende-se aqueles componentes que estejam montados num mesmo 
gabinete (armário, painel, coluna). Geralmente, a fonte é ligada a um 
único controlador, porém, isso dependerá da potência da fonte e o 
consumo dos componentes aos quais ela fornece energia. Um exemplo 
de fonte de alimentação é mostrado na Figura 2.
Figura 2 – Ilustração de fonte de alimentação
Fonte: © Siemens AG 2019, todos os direitos reservados. Disponível em: https://
www.automation.siemens.com/bilddb/index.aspx?gridview=view2&objkey=P_KT01_
XX_01892&showdetail=true&view=Search. Acesso em: 13 abr. 2019.
https://www.automation.siemens.com/bilddb/index.aspx?gridview=view2&objkey=P_KT01_XX_01892&showdetai
https://www.automation.siemens.com/bilddb/index.aspx?gridview=view2&objkey=P_KT01_XX_01892&showdetai
https://www.automation.siemens.com/bilddb/index.aspx?gridview=view2&objkey=P_KT01_XX_01892&showdetai
31
• Controlador
O controlador é módulo que armazena e processa a lógica de 
automação do sistema. Em alguns controladores, a memória de 
programa está presente nas placas internas do módulo eletrônico, e em 
outros, o programa é colocado em cartões de memória (SD cards ou 
assemelhados). Para todos os casos, é muito importante, do ponto de 
manutenção e segurança operacional, que haja pelo menos um backup 
da última atualização de programa do sistema. A Figura 3 apresenta 
alguns controladores, desde uma versão micro até uma versão de alta 
funcionalidade.
Figura 3 – Ilustração de controladores
Fonte: © Siemens AG 2019, todos os direitos reservados. Disponível em: https://
www.automation.siemens.com/bilddb/index.aspx?gridview=view2&objkey=P_ST70_
XX_06372&showdetail=true&view=Search. Acesso em: 13 abr. 2019.
32
• Entradas e saídas
Os módulos de entrada são os módulos que recebem/coletam as 
informações do entorno do sistema. Por sua vez, os módulos de saída 
enviam para os atuadores os resultados da lógica que é programada 
no controlador. Os módulos de entrada e saída mais modernos são 
totalmente flexíveis, podendo cumprir a função de entrada como a 
função de saída no mesmo componente, diferentemente de quando 
foram introduzidos como componentes de automação, pois eram 
módulos especializados. A Figura 4 apresenta um módulo de entradas e 
saídas combinadas.
Figura 4 – Ilustração de módulos de entradas e saídas combinadas
Fonte: adaptado de © Siemens AG 2019, todos os direitos reservados. Disponível em: 
https://www.automation.siemens.com/bilddb/index.aspx?gridview=view2&objkey=P_ST70_
XX_05327&showdetail=true&view=Search. Acesso em: 13 abr. 2019.
https://www.automation.siemens.com/bilddb/index.aspx?gridview=view2&objkey=P_ST70_XX_05327&showdetai
https://www.automation.siemens.com/bilddb/index.aspx?gridview=view2&objkey=P_ST70_XX_05327&showdetai
33
2.2. Especializados
Os módulos especializados executam funções únicas. Via de regra, são 
aplicados onde é necessária mais performance e também servem para 
não comprometer os tempos de processamento e desempenho da 
unidade de processamento interno do controlador, de forma geral.
Na aparência, os módulos especializados nem sempre são identificados 
facilmente. A Figura 5 ilustra um módulo especializado.
Figura 5 – Ilustração de módulo especializado
Fonte: © Siemens AG 2019, todos os direitos reservados. Disponível em: https://
www.automation.siemens.com/bilddb/index.aspx?gridview=view2&objkey=P_ST70_
XX_06290&showdetail=true&view=Search. Acesso em: 13 abr. 2019.
34
Os componentes especializados e suas funções são 
apresentados a seguir:
• Contadores: os módulos contadores são utilizados em processo 
de altíssima velocidade, onde o controle é feito por contagem 
de pulsos.
• Posicionadores: os módulos posicionadores estão associados 
a processos que exigem controle de posicionamento e até 
interpolação de eixos.
• Pesagem: os módulos de pesagem são módulos específicos para 
receber e tratar sinais de elementos sensores tipo células de 
carga (em inglês, strain gages).
• Temporizadores: os módulos temporizadores são semelhantes 
aos módulos contadores com a diferença de estarem 
referenciados no tempo.
• Remotas: as remotas são unidades aptas a agregar diversas 
funções, contudo, costumam ficar separadas do controlador 
com a capacidade de transmitir sinais e receber comandos via 
protocolos de rede.
• Interfaces: os módulos de interface servem para expandir os 
módulos de entrada e saída locais dos controladores até o limite 
da especificação técnica do componente.
• Medição: semelhantes aos módulos de contagem, os módulos 
de medição são utilizados para leitura de frequência ou rotações 
e processos de altíssima velocidade.
35
• Áreas classificadas: os módulos para área classificada são 
módulos construídos especialmente para utilização em 
ambientes perigosos.
Figura 6 – Ilustração de módulo para área classificada
Fonte: © Siemens AG 2019, todos os direitos reservados. Disponível em: https://
www.automation.siemens.com/bilddb/index.aspx?gridview=view2&objkey=P_ST70_
XX_03276&showdetail=true&view=Search. Acesso em: 13 abr. 2019.
• Segurança: os módulos de segurança são módulos 
desenvolvidos para garantir a segurança de todos os envolvidos 
no processo (equipamentos e pessoas).
• Comunicação: os módulos de comunicação servem para 
habilitar o controlador a trocar dados de acordo com os 
diversos protocolos de comunicação existentes no ambiente 
industrial.
https://www.automation.siemens.com/bilddb/index.aspx?gridview=view2&objkey=P_ST70_XX_03276&showdetai
https://www.automation.siemens.com/bilddb/index.aspx?gridview=view2&objkey=P_ST70_XX_03276&showdetai
https://www.automation.siemens.com/bilddb/index.aspx?gridview=view2&objkey=P_ST70_XX_03276&showdetai
36
• Encoder absoluto: módulos utilizados exclusivamente para 
leitura de dados advindos de encoders absolutos.
• Outros: os módulos especializados não foram esgotados nesta 
abordagem. Dependendo da especialização do fabricante, 
é possível que exista ainda uma diversidade de módulos 
disponíveis no mercado.
2.3. Periféricos
Com o preceito de que sistemas automatizados podem funcionar 
perfeitamente sem a intervenção humana, podemos supor que bastaria 
encerrá-los em um invólucro e nada mais seria necessário para uma 
produção eficiente e livre de percalços. Contudo, abrir totalmente 
mão da intervenção cria corolários que podem não ser desejados. Por 
essa razão, alguns equipamentos periféricos se fazem presentes com 
frequência, mesmo não sendo exigidos em uma alta taxa de utilização.
Figura 7 – Ilustração de componentes periféricos
Fonte: © Siemens AG 2019, todos os direitos reservados. Disponível em: https://
www.automation.siemens.com/bilddb/index.aspx?gridview=view2&objkey=P_ST80_
XX_02789&showdetail=true&view=Search. Acesso em: 13 abr. 2019.
 https://www.automation.siemens.com/bilddb/index.aspx?gridview=view2&objkey=P_ST80_XX_02789&showdeta
 https://www.automation.siemens.com/bilddb/index.aspx?gridview=view2&objkey=P_ST80_XX_02789&showdeta
 https://www.automation.siemens.com/bilddb/index.aspx?gridview=view2&objkey=P_ST80_XX_02789&showdeta
37
PARA SABER MAIS
Em instalações industriais, existem normas de 
segurança para a regulamentação de operação e uso 
de equipamentos eletroeletrônicos. A aplicação dessas 
normas identificará áreas classificadas baseada em 
atmosferas explosivas. Define-se área classificada como 
um ambiente no qual se identifica potencial de explosão 
que exija contramedidas para proteção patrimonial 
e humana (vapores, névoas e substâncias químicas 
explosivas). Para esse tipo de área, uma das medidasé 
a utilização de invólucro diferenciado para a contenção 
de qualquer faísca interna do equipamento capaz de 
provocar acidentes.
3. A indústria e seus processos
Basicamente, é possível dividir os processos em dois tipos: contínuos e 
discretos. Nos processos contínuos, as transformações são controladas 
seguindo métricas baseadas no tempo de maneira contínua. 
Diferentemente, os processos discretos seguem métricas de medidas de 
intervalos determinados de tempo.
38
Quadro 1 – Comparação geral de processos contínuos e 
processos discretos
Processos contínuos Processos discretos
Toneladas
Fluidos
Exemplos: petrolíferas, químicas, papel 
e celulose, alimentícia, cimenteira, 
tratamento de água
Intensivas em capital
Pouca mão de obra
Controle baseado em: temperatura, 
pressão, vazão e nível (usualmente)
Unidades
Partes e peças
Exemplos: automobilística, 
fábricas/manufaturas em geral 
Intensivas em mão de obra
Controle baseado em: ligado/
desligado, alto/baixo, dentro/
fora, etc.
Fonte: elaborado pelo autor.
3.1 Dinâmica dos processos
Existe toda uma fundamentação teórica para o estudo da dinâmica 
dos processos. Essa fundamentação visa estabelecer modelos 
matemáticos para determinar as reações dos processos a partir de 
alimentação ou carga hipotética.
Assim, é possível determinar reações em primeira ordem e 
segunda ordem com o uso de algoritmos matemáticos, a exemplo 
das equações diferenciais e transformadas de Laplace. A teoria 
de controle pode ser iniciada com a distinção entre controle em 
39
circuito aberto ou malha aberta e controle em circuito fechado ou 
malha fechada.
O controle em malha aberta é um conceito de controle mais simples, 
com diversos exemplos no nosso dia a dia. Considere um deles, como 
o controle de máquina automática de café: você aperta um botão e 
a máquina cumpre um programa fixo até disponibilizar o café para 
você beber.
Iniciando com a noção de controle em malha fechada, partimos com 
o modo controlador mais simples: on/off. O controlador on/off é não 
linear, ou seja, opera somente em dois patamares que comumente 
faz o sistema oscilar. Outros modos controladores mais complexos 
possuem mais linearidade. Com utilização de uma informação de 
medição do processo, o controlador fará a comparação em relação a 
um valor de referência (set point) e atuará na regulação do processo. 
Veja a Figura 8 e a Figura 9 com dois tipos de controle de malha 
fechada: o controle a realimentação e o controle antecipativo, 
respectivamente.
A associação ou a combinação destes propicia sistemáticas de 
controle avançado, resultando em estratégias complexas. Dentre 
estas podemos citar o controle em cascata e o controle por 
realimentação de estados.
Com o intuito de propiciar uma visão mais prática da parte teórica, 
abordaremos a seguir o controle PID (proporcional, integral e 
derivativo), pois é o tipo de utilização mais difundido no ambiente 
industrial.
40
Figura 8 – Controle a realimentação
Fonte: ALVES, 2017.
Figura 9 – Controle antecipativo
Fonte: ALVES, 2017.
 
3.2. Controle PID
O controle PID foi desenvolvido empiricamente e, após aplicado na 
indústria, teve sua fundamentação teórica baseada na equação a seguir:
41
onde:
u = variável de controle
e = erro de controle 
Assim, a variável de controle é então a soma de um termo proporcional 
ao erro (P), um termo proporcional à integral do erro (I) e um termo 
proporcional à derivada do erro (D). Os parâmetros do controlador são o 
ganho proporcional K, o tempo integral Ti e o tempo derivativo Td.
Visualizando somente como uma aplicação, conforme a Figura 10, é 
relevante considerar que, dos primórdios, quando os controladores 
de processo eram essencialmente mecânicos, depois pneumáticos, 
até os eletrônicos analógicos e por último os digitais, antes que os 
controles PID fossem incorporados aos controladores lógicos como uma 
ferramenta do software de programação, eles ainda tiveram as versões 
para controle de um único circuito (malha), comumente chamados 
como, nos termos em inglês, single-loop, e para controle de vários 
circuitos (malhas) ou como, no inglês, multi-loop.
Figura 10 – Ilustração de controle PID
Fonte: elaborado pelo autor.
42
4. Controles complexos
A despeito da simplificação feita para tratar do controle PID, a dinâmica 
dos processos de fabricação (contínuos ou discretos) pode ensejar, 
em grande ou pequena escala, variantes do controle PID ou mesmo 
conjugações de estruturas de controle para atender às necessidades 
de uma determinada transformação. Por essa razão, vamos apresentar 
algumas delas a seguir.
4.1 Cascata
O controle em cascata se faz presente para o caso de haver vários sinais 
sequencialmente dependentes para controle de somente uma variável.
4.2 Realimentação
O controle por realimentação é uma variante do controle em cascata, 
pois, nesse tipo de controle, existem ações de realimentação ao longo da 
sequência de fases da estrutura de controle. Esse tipo de controle é feito 
por componentes dedicados diferentes de um controlador PID.
4.3 Relação
Este tipo de controle é utilizado para garantir que o ponto de ajuste (set 
point) siga uma determinada relação entre variáveis de processos, ou 
seja, uma ação de controle que segue uma determinação indireta.
4.4 Antecipatório 
Este tipo de controle, para cumprir sua função, exige que sejam 
utilizados pelo menos dois modelos de ganho do processo, pois exige 
ações rápidas e sensibilidade reduzida a ruídos.
43
ASSIMILE
Processos industriais podem ser contínuos, discretos ou 
combinados. Dependendo da verticalização ou do nível 
de integração da planta, é possível que todos eles estejam 
presentes. Diante dessa situação, é necessário que o 
indivíduo responsável pelo gerenciamento geral da planta 
esteja sensível ou seja sensibilizado da necessidade de 
escolher soluções de automação capazes de cobrir, se não 
todas, boa parte das demandas dos processos industriais, 
sob o risco de, não fazendo isso, tornar a administração de 
produção uma tarefa cheia de dificuldades.
Este tema tratou dos componentes de um sistema de automação de 
maneira geral, apresentando algumas variantes aos tipos mais comuns. 
É importante destacar que, às vezes por razões tecnológicas, às vezes 
por questões de marketing ou mesmo de uma determinada cultura, 
nomenclaturas, critérios e até mesmo lógicas podem ser tratadas 
diferentes, mesmo sendo aplicadas às mesmas situações. Além disso, 
destacamos também que a abordagem dada a processos industriais não 
objetivou esgotar o assunto, e sim ampliar o horizonte daqueles que já 
estejam inseridos em processos produtivos e capacitar outros a, uma 
vez inseridos, serem capazes de ter um entendimento básico para poder 
tomar decisões sobre sistemas de automação com propriedade.
TEORIA EM PRÁTICA
Um empresário adquiriu um equipamento automático 
desenvolvido para servir como estação móvel de tratamento 
estético externo de veículos de passeio (lavador e secador 
de veículos de passeio). Como esse equipamento foi 
44
construído para ser utilizado na década de 1970, seu projeto 
utiliza totalmente tecnologia mecânica. O empresário busca 
a atualização do equipamento utilizando um sistema de 
automação. Com que componentes o equipamento deveria 
ser atualizado, considerando a atual oferta de componentes 
de automação disponíveis para compra?
VERIFICAÇÃO DE LEITURA
1. A Figura 11 reúne imagens de componentes de 
sistemas de automação. Considerando a classificação 
em essenciais, especializados e periféricos é correto 
afirmar que:
Figura 11 – Componentes de automação 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: adaptado de © Siemens AG 2019, 
todos os direitos reservados. Disponível em: 
https://www.automation.siemens.com/bilddb/
index.aspx?gridview=view2&objkey=P_KT01_
https://www.automation.siemens.com/bilddb/index.aspx?gridview=view2&objkey=P_KT01_XX_01551&showdetail=true&view=Search
https://www.automation.siemens.com/bilddb/index.aspx?gridview=view2&objkey=P_KT01_XX_01551&showdetail=true&view=Search45
XX_01551&showdetail=true&view=Search, 
https://www.automation.siemens.com/bilddb/
index.aspx?gridview=view2&objkey=G_IK10_
XX_92820&showdetail=true&view=Search e 
https://www.automation.siemens.com/bilddb/
index.aspx?gridview=view2&objkey=P_ST80 
XX_01683&showdetail=true&view=Search. Acesso em: 13 
abr. 2019.
a. Os três componentes são componentes periféricos.
b. Os três componentes são essenciais.
c. Os três componentes são especializados.
d. Dois componentes são periféricos e um componente é 
especializado.
e. Um componente é periférico, um componente é 
essencial e um componente é especializado.
2. A Figura 12 apresenta uma imagem de um módulo 
de segurança típico de componentes de sistemas de 
automação. Considerando a descrição de componente 
de segurança apresentado na Leitura Fundamental, é 
possível dizer que:
Figura 12 – Módulo de segurança
Fonte: adaptado de © Siemens AG 2019, 
todos os direitos reservados. Disponível em: 
https://www.automation.siemens.com/bilddb/index.aspx?gridview=view2&objkey=P_KT01_XX_01551&showdetail=true&view=Search
https://www.automation.siemens.com/bilddb/index.aspx?gridview=view2&objkey=G_IK10_XX_92820&showdetail=true&view=Search
https://www.automation.siemens.com/bilddb/index.aspx?gridview=view2&objkey=G_IK10_XX_92820&showdetail=true&view=Search
https://www.automation.siemens.com/bilddb/index.aspx?gridview=view2&objkey=G_IK10_XX_92820&showdetail=true&view=Search
46
https://www.automation.siemens.com/bilddb/
index.aspx?gridview=view2&objkey=P_ST70_
XX_07322&showdetail=true&view=Search. Acesso em: 13 
abr. 2019.
a. Os módulos de segurança são módulos desenvolvidos 
para garantir a segurança de equipamentos e pessoas.
b. Os módulos de segurança não servem para garantir a 
segurança das pessoas envolvidas no processo.
c. Os módulos de segurança são módulos desenvolvidos 
para garantir a segurança somente dos equipamentos.
d. Os módulos de segurança são módulos desenvolvidos 
para vigilância patrimonial eletrônica.
e. Os módulos de segurança substituem serviços de 
portaria em instalações com alto grau de automação 
de processos.
3. Sobre os processos de fabricação, determinar, entre as 
associações abaixo, a correta:
a. Processo contínuo – Fábrica de pregos com 
espessuras variando de 4 a 10 mm e comprimento de 
30 mm a 100 mm
b. Processo contínuo – Máquina embaladora de sorvetes 
de 27 sabores diferentes.
c. Processo contínuo – Alto-forno siderúrgico.
d. Processo discreto – Refinaria de petróleo.
e. Processo discreto – Estação de tratamento de água
47
Referências bibliográficas
ALVES, J. L. L. Instrumentação, controle e automação de processos. 2. ed. Rio de 
Janeiro: Livros Técnicos e Científicos Editora Ltda., 2017.
PRUDENTE, F. Automação industrial: PLC: teoria e aplicações. 2. ed. Rio de Janeiro: 
Livros Técnicos e Científicos Editora Ltda, 2015.
Gabarito
Questão 1 – Resposta E
Resolução: a Figura 11 apresenta um componente essencial, um 
componente especializado e um componente periférico, tornando as 
opções A, B, C e D incorretas.
Questão 2 – Resposta A
Resolução: os módulos de segurança são módulos desenvolvidos para 
garantir a segurança de todos os envolvidos no processo (equipamentos 
e pessoas). Ainda que os fabricantes estabeleçam diferenças de 
abordagens, as opções B, C, D e E contradizem esse preceito.
Questão 3 – Resposta C
Resolução: nas opções A e B, a associação está incorreta, pois, para 
ambos os exemplos, os processos são discretos. A alternativa C é a 
correta, o processo é contínuo. Nas opções D e E, a associação está 
incorreta porque os processos são contínuos.
Controladores Lógicos 
Programáveis
Autor: Rosana Yasue Narazaki
Objetivos
• Compreender a arquitetura do Controlador Lógico 
Programável. 
• Entender o ciclo de programação.
• Compreender o endereçamento das entradas.
• Compreender os tipos de linguagem de 
programação.
49
1. História da automação
Automação pode ser definido como um sistema que cumpre tarefas 
por meio de decisão em função dos sinais de várias naturezas, vindas 
do processo ou das máquinas (PRUDENTE, 2015).
Até os anos 1960, a lógica de controle era feita por meio de painéis 
elétricos. Os relés eram interligados por fiação, efetuando a lógica 
de controle. Você pode imaginar o quanto era custoso e trabalhoso 
desenvolver um sistema de automação dessa forma. O resultado 
eram salas enormes de controle, sendo sua manutenção algo um 
tanto quanto complexa. A lógica era rígida, ou seja, os painéis eram 
concebidos para uma certa aplicação. Quando havia necessidade 
de uma mudança, como, por exemplo, modernização da linha de 
produção, a mudança ou era custosa ou impossível de se fazer.
Contudo, em 1960, foi concebido o primeiro Controlador Lógico 
Programável (CLP). Foi uma solução da Bedford Associates para a 
General Motors (CAPELLI, 2013). Esse equipamento era utilizado para 
controlar processos eletromecânicos em indústrias ou no comando 
de máquinas.
A entrada do CLP propiciou uma economia de espaço físico e menor 
prevenção corretiva e preventiva. O CLP foi evoluindo com o tempo 
devido aos apelos das partes interessadas que necessitavam de 
facilidade de operação, tanto pelos programadores como pelo 
pessoal da produção, além da adequação do equipamento aos 
ambientes hostis da fábrica (alta temperatura, umidades, poeira, etc.).
Nos anos 1970, o CLP era munido de CPU e, em 1973, foi lançado o 
primeiro CLP com comunicação, sendo possível fazer uma rede de 
CLPs. Dessa forma, foi possível controlar as máquinas a distância. 
50
Porém, havia incompatibilidade de protocolos entre os fabricantes, o 
que foi resolvido nos anos 1990 com a IEC 61131-3 (CAPELLI, 2013).
As principais características do uso de CLP são as seguintes:
• linguagem de programação amigável e de alto nível;
• simplificação dos painéis elétricos, pois toda a fiação se resume 
ao conjunto de entradas e saídas do CLP;
• alteração da aplicação fica mais rápida e menos onerosa;
• confiabilidade operacional: alteração é por meio de software e 
não mais por uma alteração de fiação;
• funções avançadas: os controladores possuem funções 
matemáticas, lógicas, temporizadores, contador, etc.
• comunicação em rede, permitindo troca de dados entre 
controladores, computadores e elementos de campo
O CLP possui cinco tipos de linguagem de programação normatizadas 
pela Comissão Eletrotécnica Internacional (em inglês: International 
Electrotechnical Commission, IEC). Análogo ao diagrama elétrico de 
lógica de relés existe o Ladder. A Figura 1 apresenta a analogia da 
lógica de relés com a lógica de CLP em linguagem Ladder. Assim, 
é possível afirmar que a lógica do CLP em linguagem Ladder é a 
representação da lógica do diagrama elétrico da lógica de relés, 
porém de forma horizontal.
51
Figura 1 – Analogia do diagrama elétrico com a lógica do CLP
Fonte: CAPELLI, 2013, p. 23.
PARA SABER MAIS
A lógica do CLP é também conhecida como linguagem 
Ladder, ou seja, uma linguagem de contato. Tal qual o 
sistema elétrico, há contatos do tipo normalmente abertos 
(fecham quando acionados) e contatos do tipo fechados 
(abrem quando são acionados).
2. A arquitetura do CLP
O CLP constitui-se de Unidade Central de Processamento (em inglês, 
Central Processing Unit, CPU) e módulos de entrada e saídas, que podem 
ser analógicas e/ou digitais. Esse conjunto é interconectado e alimentado 
por uma fonte de alimentação. A CPU é a inteligência do equipamento, 
chamado também de componente de comando. É nesse componente 
que reside a lógica do processo ou da máquina. Os módulos de entrada 
recebem os sinais elétricos dos sensores e atuadores. Esses sinais são 
52
tratados pela CPU, que aplica a lógica, e as saídas atuam em motores, 
solenoides, cilindros, etc. Estes também são conhecidos como bloco 
de potência. A Figura 2 apresenta um CLP modular com fonte de 
alimentação, CPU e módulos de entrada e saída.
Figura 2 – Composição de um CLP
Fonte: adaptado de © Siemens AG 2019, todos os direitos reservados.Disponível em: 
https://www.automation.siemens.com/bilddb/index.aspx?gridview=view2&objkey=G_SY02_
XX_00463&showdetail=true&view=Search. Acesso em: 14 abr. 2019.
O CLP pode ter estrutura modular, como visto na Figura 2, ou pode ser 
compacto, ou seja, um único produto com CPU, fonte de alimentação e 
entradas e saídas limitadas, como pode ser visto na Figura 3:
Figura 3 – CLP compacto
Fonte: adaptado de © Siemens AG 2019, todos os direitos reservados. Disponível em: 
https://www.automation.siemens.com/bilddb/index.aspx?gridview=view2&objkey=G_SY02_
XX_01297&showdetail=true&view=Search. Acesso em: 14 abr. 2019.
https://www.automation.siemens.com/bilddb/index.aspx?gridview=view2&objkey=G_SY02_XX_00463&showdetai
https://www.automation.siemens.com/bilddb/index.aspx?gridview=view2&objkey=G_SY02_XX_00463&showdetai
53
ASSIMILE
Existem dois tipos de sinais que o CLP pode receber 
de entrada ou atuar a saída: sinais digitais e sinais 
analógicos.
Os sinais digitais possuem dois estados: aberto/fechado, 
que equivale a atuar ou não atuar um dispositivo de 
saída, por exemplo. Já os analógicos podem apresentar 
variações dentro de uma escala, que normalmente vai de 
0 a 24 Vcc (tensão contínua) ou -24 Vcc a +24 Vcc.
A interação do homem com o processo automatizado é feita pela 
interface homem-máquina (IHM). A IHM pode ser de dois tipos: por 
comando convencional ou por terminal de gestão/programação. 
O primeiro tipo, comando convencional, o homem interage com a 
máquina usando chaves seletoras, chaves digitais, botoeiras fixadas 
em console, indicadores luminosos e displays. O segundo tipo, 
terminal de gestão/programação, é resultante do avanço tecnológico. 
Podem ser classificados em painel operador (OP) e terminal 
de operação.
Os OPs são também chamados de IHM. São dispositivos de 
complexidade e tamanhos diversos. São dotados de tela de cristal 
líquido e conjuntos de tecla para navegação. Possuem programas 
proprietários, ou seja, o OP só pode ser programado com o software 
desenvolvido para o OP. Possui alto grau de proteção, pois, em geral, 
fica instalado no chão de fábrica.
Os terminais de gestão são computadores próprios para trabalho 
em ambiente industrial. São dotados de software de programação 
do CLP e de softwares supervisores específicos para a quantidade de 
54
variáveis que fazem parte do processo. Com o avanço da tecnologia, 
computadores de uso não industrial estão sendo utilizados como 
terminais de gestão e IHM, em salas de controle com ambiente 
controlado. A Figura 4 apresenta alguns dos diversos tipos de IHM e 
também o terminal de gestão.
Figura 4 – IHM e terminal de gestão
Fonte: adaptado de © Siemens AG 2019, todos os direitos reservados. Disponível em: 
https://www.automation.siemens.com/bilddb/index.aspx?gridview=view2&objkey=G_SY02_
XX_00111&showdetail=true&view=Search; https://www.automation.siemens.com/bilddb/
index.aspx?gridview=view2&objkey=G_SY02_XX_00106&showdetail=true&view=Search; 
https://www.automation.siemens.com/bilddb/index.aspx?gridview=view2&objkey=G_SY02_
XX_00072&showdetail=true&view=Search. Acesso em: 14 abr. 2019.
Os softwares de supervisão, como o próprio nome diz, supervisiona 
o processo/máquina que está automatizado. São criadas telas com 
sinóticos que representam o campo e suas variáveis. O sistema 
supervisor armazena um conjunto de dados que, tratados ou analisados, 
podem otimizar a produção e sugerir intervenções de melhoria. Esses 
programas supervisores também são chamados Scada (Supervision, 
Control and Data Aquisition – Supervisão, Controle e Aquisição de 
Dados, em português). Veja na Figura 5 uma tela do sistema supervisório 
que faz o controle de uma caldeira.
https://www.automation.siemens.com/bilddb/index.aspx?gridview=view2&objkey=G_SY02_XX_00106&showdetail=true&view=Search
https://www.automation.siemens.com/bilddb/index.aspx?gridview=view2&objkey=G_SY02_XX_00106&showdetail=true&view=Search
55
Figura 5 – Tela de um sistema Scada
Fonte: adaptado de © Siemens AG 2019, todos os direitos reservados. Disponível em: 
https://www.automation.siemens.com/bilddb/index.aspx?gridview=view2&objkey=S_ST80_
XX_00277&showdetail=true&view=Search. Acesso em: 14 abr. 2019.
Você já deve ter percebido que, em um sistema, para ser operado e 
supervisionado na sala de controle, é preciso ter uma comunicação entre 
todos os componentes do sistema controlado. Para essa finalidade, os CLPs 
possuem placas dedicadas, ou seja, placas com função específica. Entre 
elas, têm-se a placa de comunicação.
As redes de chão de fábrica são denominadas de rede local LAN (Local 
Area Network – rede local, em português). Essas redes são para aplicação 
industrial e fazem a comunicação de um determinado número de 
equipamentos independentes, em uma área limitada, como uma empresa 
ou indústria (PRUDENTE, 2015).
A rede tipo LAN conecta vários atuadores e sensores ao CLP. Algumas 
redes mais conhecidas no mercado são Profibus-DP, DeviceNet, Interbus, 
CanOpen. Uma rede composta somente de atuadores e sensores se 
comunica por meio da rede ASI (Actuator Sensor Interface – Interface do 
Sensor Atuador).
https://www.automation.siemens.com/bilddb/index.aspx?gridview=view2&objkey=S_ST80_XX_00277&showdetail=true&view=Search
https://www.automation.siemens.com/bilddb/index.aspx?gridview=view2&objkey=S_ST80_XX_00277&showdetail=true&view=Search
56
Os cabos de rede podem ser coaxial, cabo telefônicos tipo UTP (Unshielded 
Twisted Pair – par de cabos não aterrados, em português) ou até mesmo 
por fibra ótica.
A CPU do CLP contém memória fixa e RAM (memória variável). 
Já a memória RAM contém o aplicativo do usuário e atualiza os dados 
internos e as imagens de entradas e saídas (E/S). A memória possui dois 
estados: (a) RUN (CLP em operação), (b) PROG (parado, carregamento do 
programa aplicativo). A memória RAM também é utilizada pelo programa 
de usuário para guardar dados em uma tabela de valores manipuláveis. 
Além disso, há um espaço para guardar a tabela imagem (reprodução do 
estado) das entradas e saídas. Observe na Figura 6 o diagrama de blocos 
básico da CPU.
Figura 6 – Diagrama de blocos da CPU do CLP
Fonte: elaborado pela autora.
57
3. Ciclo de scan do CLP
O ciclo de scan (modo execução do programa do usuário) é realizado 
em três etapas: (1) atualização das entradas, (2) processamento das 
instruções de programa e (3) atualização das saídas, conforme Figura 7.
Figura 7 – Ciclo de processamento
Fonte: elaborado pela autora.
No primeiro ciclo de programa, as variáveis de entradas são zeradas, a 
partir do qual o processamento se desenvolve, atualizando a imagem 
das saídas.
As E/S são lidas e escritas de modo sincronizado com a varredura 
da CPU. Quando há gavetas de E/S remotas, elas são lidas de forma 
assíncrona. Esse ciclo está representado na Figura 8.
58
Figura 8 – Transferência de dados de E/S
Fonte: MORAES; CASTRUCCI, 2010, p. 31.
Vamos entender como são construídas as imagens de E/S. Veja na Figura 
8 que, nas entradas, quando um circuito externo é fechado, um diodo 
emissor de luz sensibiliza a base do componente, fazendo circular uma 
corrente. A CPU entende que aquela entrada que estava na condição 
0 (sem corrente e, portanto, o circuito está aberto), passa à condição 1 
(entender que o circuito se fechou). A condição 0 ou 1 é uma composição 
binária e é dessa forma que a CPU entende que uma entrada foi ou 
não acionada.
Figura 9 – Módulo de entrada a optoisolador
Fonte: MORAES; CASTRUCCI, 2010, p. 28.
59
Da mesma forma, há circuito das saídas. Como se pode notar, na Figura 
10, a CPU envia um sinal 1 (fechar circuito) para a saída a transistor. O 
transistor é energizado e deixa conduzir corrente para a saída 5, fazendo 
com que o atuador seja energizado.
Figura 10 – Módulo de saída a transistor
Fonte: MORAES; CASTRUCCI, 2010, p. 28.
O circuito das entradas varia de acordo com a tensão de entrada dos 
componentes de campo, assim como as saídas. Demonstramos, neste 
texto, alguns exemplos de circuitode entradas e saídas.
Uma vez que você entendeu como as entradas e saídas são acionadas 
pela CPU, podemos construir as imagens de E/S.
Figura 11 – Palavra imagem de E/S
Fonte: adaptado de © Siemens AG 2019, todos os direitos reservados. Disponível em: 
https://www.automation.siemens.com/bilddb/index.aspx?gridview=view2&objkey=G_ST70_
XX_01847&showdetail=true&view=Search. Acesso em: 17 mai. 2019.
60
4. Endereçamento das E/S
O endereçamento tanto das entradas como das saídas são semelhantes. 
Na Figura 12, temos como exemplo a entrada I:12/04 e O:02/06. A 
primeira letra indica se é uma entrada (I-input que significa “entrada” em 
inglês) e (O-output que significa “saída” em inglês). Após a designação 
do tipo de variável, temos dois números separados por uma barra (/). O 
número anterior à barra é a localização física do módulo no CLP. Assim 
a imagem da entrada está no módulo 12 e a imagem da saída está 
no módulo 02. Por fim, o número após a barra (/) indica a posição do 
endereço do bit na imagem da palavra de entrada ou saída. Citamos o 
bit porque a imagem de E/S do CLP corresponde a uma palavra inteira 
de 16 bits. Tenha em mente que, neste exemplo, haverá uma execução 
de comando conforme a linha 15 do programa.
Figura 12 – Endereços de E/S
Fonte: elaborado pela autora.
61
Perceba que endereços, por exemplo, I:02/08 e O:02/08 são endereços 
totalmente diferentes dos endereços anteriores, ou seja, são imagens 
diferentes.
5. Terminal de programação
O terminal de programação é o meio pelo qual o usuário e o 
CLP se comunicam. Ele é utilizado para implementar o software 
aplicativo, podendo ser um computador ou um dispositivo portátil. 
A Figura 13 ilustra a comunicação da CPU com o terminal de 
programação. É importante frisar que isso se dá por meio de um canal 
específico para essa finalidade utilizando-se de cabos especiais até 
comunicação sem fio.
Figura 13 – Exemplo de conexão do terminal de programação
Fonte: adaptado de © Siemens AG 2019, todos os direitos reservados. Disponível em: 
https://www.automation.siemens.com/bilddb/index.aspx?gridview=view2&objkey=G_SY02_
XX_02210&showdetail=true&view=Search; https://www.automation.siemens.com/bilddb/
index.aspx?gridview=view2&objkey=P_ST70_XX_08389&showdetail=true&view=Search; 
https://www.automation.siemens.com/bilddb/index.aspx?gridview=view2&objkey=P_IK10_
XX_02167&showdetail=true&view=Search e https://www.automation.siemens.com/bilddb/
index.aspx?gridview=view2&objkey=P_ST70_XX_05220&showdetail=true&view=Search. 
Acesso em: 16 mai. 2019.
https://www.automation.siemens.com/bilddb/index.aspx?gridview=view2&objkey=P_IK10_XX_02167&showdetail=true&view=Search
https://www.automation.siemens.com/bilddb/index.aspx?gridview=view2&objkey=P_IK10_XX_02167&showdetail=true&view=Search
62
6. Linguagens de programação
Até os anos 1990, não havia uma padronização na linguagem de 
programação. Os programas aplicativos eram desenvolvidos em 
linguagem Basic, Forthram, C e outras. Cada fabricante desenvolvia o 
programa aplicativo na linguagem mais conveniente para ele. Para os 
usuários, era uma grande barreira para utilização dos equipamentos. 
Havia um custo alto em treinar os colaboradores em todas as linguagens 
de programação de todos os fabricantes existentes no chão de fábrica, 
além de desperdícios de tempo, não havia como fazer uma integração 
de sistema.
O órgão internacional International Electrotechnical Comission (IEC) 
começou a padronizar as linguagens de programação dos CLPs. 
Isso incluía também a padronização do hardware, instalação, testes, 
documentação, comunicação e programação (CAPELLI, 2013).
A norma publicada foi a IEC 61.131, que trouxe as seguintes vantagens:
• flexibilidade para o operador, pois a programação foi concebida 
em três modos gráficos e dois textos estruturados. O operador 
pode escolher o modo de programação que mais tenha afinidade;
• o programa pode ser estruturado em elementos funcionais;
• reduz erro de digitação;
• surge o Sequential Function Chart (SFC – Gráfico de Funções 
Sequenciais, em português), permitindo programação 
passo a passo.
As cinco linguagens-padrão são: texto estruturado, Ladder, lista de 
instrução, diagrama de blocos e SFC (também conhecido como Grafecet).
63
O texto estruturado é uma linguagem de alto nível que lembra a 
linguagem Pascal. O Ladder é uma linguagem baseada em lógica de 
contato, como mostra a Figura 14, onde o contato X1 aciona a saída 
Y11. Da mesma forma, a saída Y0 só é acionada pelo contato X1 ou pela 
combinação dos contato X0 e R901C.
Figura 14 – Exemplo de linguagem Ladder
Fonte: CAPELLI, 2013, p. 30.
A representação da linguagem Ladder da Figura 14 em lista de instrução 
está representada na Figura 15.
Figura 15 – Lista de instruções
Fonte: CAPELLI, 2013, p. 30.
64
O SFC (Grafcet) mistura lista de instruções, diagrama Ladder e bloco de 
funções, como se pode verificar na Figura 16.
Figura 16 – Exemplo de programação em SFC (Grafcet)
Fonte: CAPELLI, 2013, p. 31.
7. Estrutura de programa
O programa de usuário consiste de diversas partes que se denominam 
blocos. Os blocos estão subdivididos em:
• OB: blocos de organização que organiza a sequência do sistema 
de automação. Pode incluir outros blocos, tais como bloco de 
programa (PB), blocos de funções (FB) e blocos de dados (DB).
• PB: bloco de programação que, em geral, é o bloco onde está o 
programa do usuário.
65
• FB: bloco de função. Possui os controles mais sofisticados, tais 
como controle de temperatura e vazão. São blocos prontos para 
serem incorporados no programa de usuário.
• DM: bloco de dado. Armazena dados tais como tempo, contagem, 
sinais de referência, etc. O conteúdo desses blocos é alterado 
durante o programa.
• SB: bloco de sequenciamento. Contém programas com 
representações gráficas.
A Figura 17 apresenta como esses blocos estão interligados.
Figura 17 – Estrutura de programação
Fonte: NATALE, 2008, p. 27.
66
A Figura 17 representa um ciclo de operação da CPU. O bloco OB, 
organizador do programa, inicia a leitura do bloco de programa PB3. 
Quando o programa pede o bloco de função FB20, esse bloco vai para 
o bloco FB20 propriamente dito, executa e retorna para o programa o 
valor calculado pela função. Temos também a representação do bloco 
FB10 que, na sua execução, vai coletar ou escrever dados no bloco 
de dados DB.
Como o programa é cíclico, a CPU sabe exatamente quanto tempo 
levará cada ciclo. Caso o tempo seja ultrapassado, a CPU acusa falha e 
interrompe o programa. Nesse caso, o operador pode determinar se, 
em caso de falha, os sinais de entrada e saída são mantidos ou existe 
a possibilidade de levar todas as entradas e saída para um estado de 
segurança. O estado de segurança é determinado pelo operador, na 
programação do CLP.
Você compreendeu, nesta disciplina, a história do surgimento do CLP. 
Também aprendeu como é a arquitetura do CLP. Estudou também a 
forma como o programa do CLP é estruturado. Essas são as competências 
necessárias para você, aluno, trabalhar com um sistema de automação.
TEORIA EM PRÁTICA
Sua empresa necessita de um controle automático 
para uma máquina. Essa máquina funciona da seguinte 
forma: uma peça entra na máquina acionando a chave 
limite LS1. Cinco segundos depois, o motor da máquina é 
automaticamente ligado. Quando a peça é finalizada, esta 
toca uma segunda chave limite LS2 que para o motor. Além 
disso, deve haver um botão de emergência. Como você faria 
a automação dessa máquina em termos de arquitetura do 
CLP e programa aplicativo?
67
VERIFICAÇÃO DE LEITURA
1. Considerando conceitos gerais de CLP, desde históricos 
até de programação, incluindo componentes periféricos, 
analise as afirmações a seguir:
( ) O CLP foi concebido com linguagem de alto nível 
desde os seus primórdios.
( ) O terminal de gestão pode ser um terminal de 
programação
( ) Os CLPs são dispositivos de alta complexidade, 
portanto, são custosos e próprios para projetos de alta 
complexidade.
() Todo o OP é uma IHM, mas nem sempre uma 
IHM é uma OP.
Considerando (V) como verdadeiro e (F) como falso, 
assinale a opção que apresenta a sequência correta:
a. F – V – F – F.
b. F – F – F – V.
c. V – V – F – V.
d. V – F – V – F.
e. F – F – F – F.
2. Com a elaboração da IEC 61.131, houve uma 
padronização da linguagem de programação. Assinale a 
única alternativa verdadeira:
a. A linguagem de programação foi concebida em dois 
modos gráficos e três textos estruturados.
b. Padronizaram-se as linguagens de programação Basic 
e Forthram.
68
c. Padronizou-se que os CLPs deveriam ter proteção 
para uso industrial.
d. Surgem padrões para as linguagens em lista de 
instrução e Ladder.
e. Habilitou os CLP a se comunicarem.
3. Um fabricante de máquinas de extração de suco de 
laranja decidiu lançar no mercado uma máquina 
automatizada com CLP e pediu um orçamento de seu 
fornecedor de material elétrico. Entre as opções abaixo, 
assinale a opção que contém os componentes mínimos 
necessários para compor uma arquitetura de CLP:
a. CPU, plataforma Android, dispositivo de comunicação, 
memória microchip.
b. Fonte de alimentação, tela, teclado e tampa protetora.
c. Memória, IHM, fonte de alimentação, 
microprocessador.
d. Linguagem de programação, CPU, fonte de 
alimentação, terminal de programação.
e. Fonte, CPU, memória, módulos de entrada e saída, 
módulos de comunicação.
Referências bibliográficas
CAPELLI, A. Automação industrial: controle do movimento e processos contínuos. 
3. ed. São Paulo: Érica, 2013.
MORAES, C. C.; CASTRUCCI P. L. Engenharia de automação. 2. ed. Rio de Janeiro: 
LTC, 2010.
NATALE, F. Automação industrial – Série brasileira de tecnologia. 10. ed. São Paulo: 
Érica, 2008.
69
PRUDENTE, F. Automação industrial PLC: teoria e aplicações: curso básico. Rio de 
Janeiro: LTC, 2015.
Gabarito
Questão 1 – Resposta A
Resolução: a primeira afirmação é falsa (F), pois o CLP foi 
inicialmente concebido com “linguagem de máquinas”, isso é, uma 
linguagem codificada em estados ligado/desligado ou graficamente 
“0” e “1”. A segunda afirmação é verdadeira (V) porque o terminal 
de gestão pode ter embarcado o software para programação do 
CLP, servindo também como terminal de programação. A terceira 
afirmação é falsa (F), pois existem CLPs que atendem às mais 
diversas aplicações, de projetos simples a complexos, de custo 
muito baixo a custo muito alto, a exemplo dos CLPs compactos para 
tarefas simples. A quarta afirmação é falsa (F) porque, em alguns 
casos, o dispositivo utilizado para a função de interface homem-
máquina (IHM) permite somente visualização, sendo o componente 
de operação um elemento à parte da visualização, como exemplo, 
uma botoeira de acionamentos externos. Assim, como a sequência 
correta é F – V – F – F, a opção correta é a letra A.
Questão 2 – Resposta D
Resolução: a opção A é falsa, pois padronizaram-se três 
linguagens de programação em modo gráfico e duas linguagens de 
programação em modo texto estruturado. A opção B é falsa porque 
as linguagens Basic e Forthram não são abordadas na IEC 61.131. 
A opção C é falsa porque a abordagem de proteção industrial não 
é feita na IEC 61.131. A opção D é correta porque, antes da norma, 
cada fabricante utilizava codificação e estrutura de linguagem 
próprias, criando restrições para o desenvolvimento técnico 
industrial como um todo. A opção E é falsa porque a IEC 61.131 não 
trata de comunicação de CLPs.
70
Questão 3 – Resposta E
Resolução: A alternativa A não é correta, pois o CLP não está na 
plataforma Android e possui memória fixa e RAM. A alternativa 
B é falsa porque o CLP não possui tela, telado ou tampa protetora. 
A alternativa C é falsa, pois, embora se possa utilizar uma IHM, ela 
não faz parte do CLP. A alternativa D é falsa, pois a linguagem de 
programação e o terminal de programação não fazem parte do CLP.
Sistemas Digitais de Controle 
Distribuído
Autor: Rosana Yasue Narazaki
Objetivos
• Conceituar o Sistema Digital de Controle Distribuído.
• Apresentar estrutura básica de um Sistema Digital 
de Controle Distribuído.
• Apontar processos industriais em que a aplicação 
de Sistemas Digitais de Controle distribuído tenha a 
possibilidade de resultar em benefícios expressivos.
72
1. Introdução
Os princípios que serviram para o desenvolvimento da automação 
de processos na década de 1960 para os processos de produção 
discretos (manufatura) também foram aplicados aos processos de 
fabricação contínua, pareando o controlador lógico programável (CLP) 
– utilizado nas manufaturas e dando vez a uma solução orientada 
para processos contínuos que foi denominada de Sistema Digital de 
Controle Distribuído (SDCD). Toda essa evolução seguiu os passos do 
desenvolvimento da eletrônica, aliada ao desenvolvimento das redes 
industriais.
O registro do primeiro SDCD (Sistema Digital de Controle Distribuído) 
comercializado data de 1975 (FILIPPO FILHO, 2014). Em sua 
composição clássica, o sistema se caracteriza por possuir, dentro 
de uma única sala de controle, duas unidades computadorizadas 
independentes, sendo uma unidade para operação e controle e 
outra unidade para a supervisão. Outra nomenclatura usual para 
esses sistemas é o acrônimo DCS, que vem do inglês descentralized 
control system.
2. Conceito de Sistema Digital de Controle 
Distribuído (SDCD)
Uma estrutura capaz de conceituar um Sistema Digital de Controle 
Distribuído (SDCD) pode ser visualizada na Figura 1.
73
Figura 1 – Ilustração de estrutura de SDCD
Fonte: adaptado de Filippo Filho (2014).
Nos SDCD, os controladores ficam alocados próximos aos processos 
industriais, ou por função ou por localização. Dentro da estrutura do 
SDCD, as unidades terminais remotas (em inglês, remote terminal unit, 
RTU) são vistas como dispositivos de entrada e saída e constituem 
parte da rede de comunicação que integra o sistema. Em muitos casos, 
possuem, inclusive, interfaces homem-máquina. É importante ressaltar 
que, dada a criticidade da operação/processo, a rede de comunicação 
entre os dispositivos costuma ser redundante.
Assim, o SDCD é um sistema de controle de processos industriais pelo 
qual dispositivos de campo enviam e recebem sinais, via unidades 
de processamento, para uma sala de controle em tempo real. Ainda 
como outro aspecto relevante, os SDCD podem ser constituídos com 
supervisão intermediária de sistemas tipo Scada, do inglês Supervisory 
Control and Data Acquisition, ou não, quando os dispositivos de campo 
são conectados diretamente à unidade central.
UCS = UNIDADE CENTRAL DO SISTEMA
SUP = SUPERVISÃO
UTR = UNIDADE TERMINAL REMOTA (CLP, inversor, instrumentos e outros dispositivos microprocessados)
74
PARA SABER MAIS
Um dos grandes avanços na comunicação entre os 
controladores e os dispositivos de campo é a comunicação 
por Fieldbus ou barramento de campo. Este surgiu como 
uma evolução do tradicional sinal analógico de 4-20 
mA para uma rede de comunicação digital. O Fieldbus 
representa uma família de protocolos que surgiram a partir 
deste. Suas vantagens são: comunicação bidirecional – o 
dispositivo de campo (transdutores, atuadores e sensores) 
pode tanto enviar como receber sinais, trazendo maior 
inteligência aos dispositivos em campo; barramento 
multidrop – todos os dispositivos são interligados no 
mesmo cabo de sinal, economizando em infraestrutura e 
facilitando suas implantações em campo.
2.1. A pirâmide do SDCD
Uma visão hierárquica de automação com SDCD auxilia no melhor 
entendimento do sistema. Para ilustrar essa ideia, foi elaborada a Figura 2.
Figura 2 – Ilustração de hierarquia no SDCD
Fonte: elaborado pela autora.
75
A camada de campo é o nível que fica mais abaixo na pirâmide. Este 
nível costuma ser também denominado de nível da instrumentação 
nas indústrias de processos contínuos. O campo é responsável por 
encaminhar as informações das medições para o nível de controle.
A camada de controle é o nível em que é possível, além de controle 
de processo, monitoração,interoperabilidade de processos, acoplar 
sistemas e correlatos.
A camada de otimização é nível de supervisão e inclui aquisição de 
dados e registros, otimização de processos baseados em modelos 
matemáticos, etc.
A camada de produção é o nível em que é feito o gerenciamento 
global de alocação de recursos, planejamento e programação 
da produção, programação de manutenção, contabilização da 
produção, etc.
É importante ressaltar que a estrutura em pirâmide apresentada é 
uma forma de conceituar a relação hierárquica dentro da estrutura 
do SDCD. Essa pirâmide, embora tenha semelhança, é diferente da 
clássica “pirâmide da automação” preconizada pela ISA 95 (ROCHOL, 
2018), com diversificada adaptação disponível para visualização na 
internet, conforme a Figura 3, que ilustra os níveis de automação nos 
moldes da ISA 95.
76
Figura 3 – Ilustração de camadas de automação modelo de 
referência ISA 95
Fonte: ROCHOL, 2018.
2.2. Arquitetura típica do SDCD
A arquitetura do SDCD pode variar conforme os critérios do fabricante. 
Tipicamente, pode ser representada com os seguintes elementos:
• dispositivos de campo;
• estações de controle;
• estações de operação;
• estações de engenharia;
• redundância.
77
Você poderá ver esse arranjo na Figura 4, que mostra uma arquitetura 
típica de SDCD.
Figura 4 – Ilustração de arquitetura típica do SDCD
Fonte: adaptado de © Siemens AG 2019, todos os direitos reservados. Disponível em: 
https://www.automation.siemens.com/bilddb/index.aspx?gridview=view2&objkey=G_SY02_
XX_00941&showdetail=true&view=Search, https://www.automation.siemens.com/bilddb/
index.aspx?gridview=view2&objkey=G_SY02_XX_00942&showdetail=true&view=Search, 
https://www.automation.siemens.com/bilddb/index.aspx?gridview=view2&objkey=G_SY02_
XX_00271&showdetail=true&view=Search, https://www.automation.siemens.com/bilddb/
index.aspx?gridview=view2&objkey=G_SY02_XX_00287&showdetail=true&view=Search, 
https://www.automation.siemens.com/bilddb/index.aspx?gridview=view2&objkey=G_SY02_
XX_00030&showdetail=true&view=Search, https://www.automation.siemens.com/bilddb/
index.aspx?gridview=view2&objkey=G_SY02_XX_00036&showdetail=true&view=Search e 
https://www.automation.siemens.com/bilddb/index.aspx?gridview=view2&objkey=G_SY02_
XX_00032&showdetail=true&view=Search. Acesso em: 28 abr. 2019.
Na arquitetura apresentada, os dispositivos de campo estão conectados 
diretamente às estações de controle (ou racks de controle) por meio de 
um bus de comunicação. Os protocolos de comunicação mais comuns 
para o nível de dispositivos de campo são Foundation Fieldbus, Modbus, 
Profibus-PA e Hart. Esses dispositivos de campo podem ser também 
https://www.automation.siemens.com/bilddb/index.aspx?gridview=view2&objkey=G_SY02_XX_00941&showdetai
https://www.automation.siemens.com/bilddb/index.aspx?gridview=view2&objkey=G_SY02_XX_00941&showdetai
https://www.automation.siemens.com/bilddb/index.aspx?gridview=view2&objkey=G_SY02_XX_00941&showdetai
https://www.automation.siemens.com/bilddb/index.aspx?gridview=view2&objkey=G_SY02_XX_00941&showdetai
https://www.automation.siemens.com/bilddb/index.aspx?gridview=view2&objkey=G_SY02_XX_00941&showdetai
https://www.automation.siemens.com/bilddb/index.aspx?gridview=view2&objkey=G_SY02_XX_00941&showdetai
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78
dispositivos inteligentes com capacidade de se comunicar tanto com 
CLPs como outros dispositivos de controle, interagindo e trocando 
informações de temperatura, pressão, etc.
Os dispositivos de controle são dispositivos microprocessados com 
capacidade de implementação de funções diversas, conversão de sinais 
analógicos para digitais e vice-versa. As estações de operação e de 
engenharia ficam distribuídas e conectadas aos controladores, sendo 
usadas para monitoramento dos dados, relatórios, alarmes e controles 
por meio de redes de comunicação de alta velocidade.
A redundância pode ocorrer em nível de processador, entradas e 
saídas, cabos e o que mais for crítico. Os processadores dos SDCD 
são programados para executar rotinas de verificação em todos os 
componentes de reserva para garantir a disponibilidade.
ASSIMILE
A aquisição de dados dos dispositivos de campo pelo 
controlador pode ser por meio de: comunicação analógica 
– a variação de corrente (420 mA) será proporcional à 
medição do dispositivo; protocolo Hart – envia dados 
digitais sobreposto aos sinais analógicos de medida; 
Fieldbus – totalmente digital e bidirecional. Este último tem 
a vantagem de capacitar o dispositivo de campo a receber 
comandos, interpretá-los e executar comandos presetados.
3. Aplicações de SDCD
Os sistemas caracterizados como SDCD têm seu grande campo de 
aplicação nas indústrias de processamento tipo contínuo ou de 
79
processamento em batelada. Em ambos os casos, trata-se de produção 
em grandes volumes, sendo a diferença crucial entre elas o fato de 
que, quando contínuos, as entradas e saídas de materiais ocorrem sem 
interrupção e, quando por batelada, cada entrada de material é feita 
objetivando uma determinada saída (um ciclo) tal que novas entradas 
(novos ciclos) só ocorrem após a conclusão do ciclo que o antecede.
Exemplos de segmentos industriais que utilizam SDCD são: óleo e gás, 
química, energia, tratamento de águas, papel e cimento, entre outros.
3.1. Óleo e gás
O SDCD é aplicável em diversas áreas do segmento de óleo e gás. 
Quer seja nas operações offshore, onshore até mesmo nas operações 
envolvendo dutos, incluindo terminais e operações em águas profundas, 
pois aumentam a segurança, proporcionam precisão e confiabilidade, 
com sensível aumento da eficiência.
Na exploração, perfuração e produção de petróleo, é aplicável offshore e 
onshore, abrangendo automação de poços, fracionamento, completação 
e separação, para recuperar e preparar petróleo bruto e gás natural 
subterrâneos ou submarinos.
Como o petróleo é trazido para a superfície, ele deve ser separado 
antes do transporte. Os estágios de separação primária e secundária 
normalmente distribuem o fluxo de gás, o fluxo de água e o fluxo de 
óleo na separação trifásica. O transporte do gás demanda tubulações e 
pode incluir um processo de fracionamento no estágio de extração antes 
do transporte. Os líquidos, por sua vez, podem ser direcionados para 
tanques ou dutos e enviados para processamento, exigindo medições 
precisas de nível.
Nas operações offshore tipo Floating Production Storage and Offloading 
– FPSO, Floating Liquefied Natural Gas – FLNG e Floating Storage 
80
Regasification Unit – FSRU, exploração e produção exigem tempo máximo 
de atividade em condições adversas. As instalações tripuladas e não 
tripuladas precisam de sistemas integrados para controle e segurança (em 
inglês, Integrated Control and Safety System, ICSS) de alta confiabilidade, 
com recursos avançados de monitoramento remoto. Assim, a tecnologia 
embarcada nos SDCD se adéqua à execução de projetos offshore 
independente do tamanho e dos níveis de complexidade exigidos da 
automação.
Nos dutos, o controle e a instrumentação corretos podem fazer uma 
grande diferença em termos de desempenho e lucratividade. O uso de 
tecnologia dedicada pode otimizar o desempenho de todos os elementos 
de uma solução de dutos, incluindo compressores, bombas, válvulas e 
instalações intermediárias de armazenamento e distribuição.
No refino, a indústria vem enfrentando um número crescente de desafios, 
como as constantemente diferentes matérias-primas a serem processadas, 
a obsolescência das instalações e dos equipamentosde processamento, 
o aumento do custo de energia, a falta de operadores qualificados que 
possam operar uma refinaria com segurança e eficiência, e os requisitos 
em constante mudança pelo lado do mercado, da indústria e dos clientes. 
Nesse contexto, a palavra-chave para este segmento é a sustentabilidade.
Tal e qual, nas refinarias, os sistemas tipo SDCD são vistos não apenas 
como unidades de controle para processamento de petróleo, mas também 
como ativos para os centros de lucro, sem abrir mão da segurança 
necessária nessas instalações. O SDCD é uma solução de produção total 
que engloba planejamento, programação, gerenciamento e controle, 
necessária para atingir metas de longo prazo de lucratividade, eficiência e 
proteção ambiental.
Por sua vez, a fabricação de lubrificantes tem requisitos de formulação 
complexos e é exigida mudança constante, quer o material seja processado 
em um sistema de mistura em linha ou como um processo em lote. Por 
81
conseguinte, exige-se que o sistema de controle e informação forneça a 
flexibilidade para atender à dinâmica de mudanças das fórmulas e dos 
procedimentos, além de ser altamente confiável e preciso.
3.2. Química
As fábricas de produtos químicos possuem processos de produção 
contínuos e em lote. Diferentemente entre si, esses dois tipos de processo 
criam requisitos desafiadores para os sistemas de controle. Processos 
contínuos exigem um sistema de controle robusto e estável que não falhe 
e cause parada de produção. Para processos em lote, o desafio está em 
implementar um sistema de controle que permita grande flexibilidade 
na realização de ajustes em fórmulas e procedimentos, adaptável às 
dinâmicas da produção e às demandas do mercado. Ambos os tipos de 
processo de produção exigem sistemas capazes de promover a gestão por 
meio do histórico de qualidade do produto e de executar operações não 
rotineiras com padrão de qualidade constante. Daí a aplicação de SDCD 
nesse segmento.
Como um subgrupo do segmento industrial químico, o petroquímico se 
caracteriza pelas necessidades extremamente diversas, aliadas à melhoria 
contínua da qualidade e ao aumento de produtividade. A química básica, a 
química especializada e a química fina também compõem esse segmento 
com larga aplicação de SDCD.
3.3. Energia
No segmento de energia, é possível considerar a aplicação de SDCD em 
plantas de geração/conversão de energia tipo:
• nuclear;
• térmica;
82
• ciclo combinado;
• cogeração;
• renovável – geotérmica, biomassa, resíduos, solar, eólica, hídrica, 
térmica oceânica
3.4. Águas e esgotos
No segmento de águas e esgotos, as aplicações de SDCD estão diretamente 
ligadas às demandas por confiabilidade dos processos de tratamento 
e distribuição de águas e esgotos, considerando-se consumo humano 
e industrial, principalmente à medida que há o rápido crescimento 
populacional e diminui a disponibilidade de água ou aumenta a distância de 
onde existe água disponível. Entre os subsistemas em que é possível aplicar 
o SDCD, é possível citar:
• tratamento de água;
• dessalinização;
• tubulações de água;
• distribuição de água;
• tratamento de esgotos;
• águas industriais.
3.5. Mineração e metalurgia
Na mineração e metalurgia, a importância do SDCD se dá pela necessidade 
de retorno por meio do alto rendimento e da alta disponibilidade 
do processo, com baixos custos de operação e seguindo rigorosos 
83
regulamentos ambientais e de segurança. É possível visualizar aplicações de 
SDCD na mineração e metalurgia de:
• carvão;
• cobre;
• ouro;
• minério de ferro;
• terras raras;
• níquel;
• urânio;
• zinco, chumbo e prata.
3.6. Farmacêutica
Na indústria farmacêutica, os usuários necessitam enxergar com clareza 
e antecipação situações capazes de impactar a qualidade e segurança 
do processo de fabricação. Neste caso, os SDCD possuem diversos 
mecanismos, como análise de dados, algoritmos de modelagem avançada 
e predição, pelos quais as informações podem ser exibidas rápida e 
claramente, com base em padrões, tendências e eventos históricos.
3.7. Alimentos e bebidas
Na indústria de alimentos e bebidas a demanda do SDCD é para 
produzir alimentos e bebidas com segurança e de alta qualidade para 
os consumidores. Controle de qualidade dos processos de fabricação, 
gerenciamento de ingredientes são fatores críticos, bem como melhoria 
84
da eficiência e questões ambientais em âmbito global vêm à tona 
principalmente no caso de produtos exportados para outros países. Alguns 
exemplos de processos de fabricação abrangidos na fabricação de cerveja:
• silo de malte;
• cervejaria;
• fermentação;
• filtragem;
• envasamento;
• armazenagem;
• inspeção;
• expedição
Outros exemplos na produção de açúcar:
• açúcar cru;
• refinaria de açúcar;
• controle de pesagem;
• purificação;
• carbonatação;
• controle da máquina de filtro;
• controle de resina de troca iônica;
• descoloração;
85
• cristalização;
• concentração;
• controle de panela a vácuo;
• controle de centrifugação;
• controle de secagem;
• embalagem;
• gestão de embalagens.
3.8. Celulose e papel
Na produção de celulose e papel, o SDCD pode prover a integração de toda 
a planta. Exemplos de processos abrangidos na fabricação de celulose e 
papel: manipulação de cavacos, controle de transportador, controle de 
silo de cavacos, cozimento, controle de alimentação de cavacos, controle 
de licor branco, controle de fluxo de licor negro, controle de fator de 
drenagem, controle de produtos químicos, controle de nível de digestor, 
controle de sopro, controle alcaloide eficaz, lavagem, etc.
3.9. Siderurgia
Na siderurgia, o SDCD é elemento-chave para a qualidade dos produtos 
como também das tecnologias de fabricação e operação. Por outro lado, 
atua para garantir o gerenciamento de questões ambientais e de eficiência 
energética.
Você aprendeu neste tema o conceito de SDCD, sua arquitetura, seus 
componentes e suas aplicações, inclusive suas diferenças em relação ao 
CLP. Também compreendeu neste tema que o SDCD segue uma hierarquia 
86
para verticalização das informações e comando. Em relação à aplicação, o 
SDCD se faz presente tanto em processos contínuos como processos de 
batelada, propiciando altíssimo grau de disponibilidade e confiabilidade 
para as plantas industriais.
TEORIA EM PRÁTICA
A empresa fictícia Papel Marfim vai expandir a produção 
de papel e celulose e se tornar umas das maiores 
produtoras da sua região com a aquisição de uma nova 
máquina de papel que será totalmente instrumentalizada e 
automatizada. Máquinas de papel se encaixam em processo 
contínuo, são grandes e possuem vários processos ao longo 
delas (água, vapor, umidade, velocidade, brancura, etc.). A 
engenharia da Papel Marfim já decidiu pelo uso do Sistema 
Digital de Controle Distribuído (SDCD) e você foi incumbido 
de elaborar a especificação. Considerando a complexidade 
de um SDCD, tente elaborar uma especificação em cima 
de critérios capazes de impactar mais significativamente 
a escolha.
VERIFICAÇÃO DE LEITURA
1. O desenvolvimento industrial a partir da década de 
1960 foi movido em grande parte pelo desenvolvimento 
da tecnologia eletrônica. Com esse entendimento, é 
possível afirmar que:
87
I. Os princípios que serviram para os desenvolvimentos 
da automação de processos contínuos, por batelada e 
discretos.
II. O CLP foi desenvolvido para a indústria de processos 
discretos e o SDCD foi desenvolvido para a indústria de 
processos contínuos.
III. O desenvolvimento das redes industriais foi 
preponderante para o desenvolvimento do SDCD.
a. Apenas I e III são corretas.
b. Apenas II e III são corretas.
c. Apenas I é correta.
d. I, II e III são corretas.
e. Apenas II é correta.
2. Os SDCDs possuem características específicas quanto a 
locais de instalação física de seus componentes. Além 
disso, sua arquitetura requer arranjos para ampliar a 
confiabilidade, sendo, por essa razão, demandados em 
um tipo determinado de processo, preferencialmente.Com essas premissas sobre os SDCDs, é correto 
afirmar que:
a. Todos os controladores ficam na sala de controle.
b. As RTUs funcionam somente como interfaces 
homem-máquina.
c. Não se utilizam de redes de comunicação.
d. São caracterizados pelas funcionalidades 
desenvolvidas para os processos discretos.
e. As redes de comunicação entre dispositivos costumam 
ser redundantes.
88
3. A seguir, apresentamos segmentos industriais e 
associamos suas respectivas fabricações, baseados 
em critérios de descrição da Pimes (Pesquisa Industrial 
Mensal de Emprego e Salário) com as respectivas 
divisões da CNAE (Classificação Nacional de Atividades 
Econômicas). Determine eentre as opções que se 
seguem o segmento industrial onde é mais provável que 
haja um SDCD instalado:
a. Borracha e plástico – Fabricação de produtos de 
borracha e plástico.
b. Têxtil – Fabricação de produtos têxteis.
c. Papel e gráfica – Fabricação de celulose, papel e 
produtos de papel.
d. Vestuário – Confecção de artigos do vestuário e 
acessórios.
e. Máquinas e equipamentos – Fabricação de máquinas 
e equipamentos.
Referências bibliográficas
ALVES, J. L. L. Instrumentação, controle e automação de processos. 2. ed. Rio de 
Janeiro: Livros Técnicos e Científicos Editora Ltda., 2017.
FILIPPO FILHO, G. Automação de processos e de sistemas. São Paulo: Érica, 2014.
ROCHOL, J. Sistemas de comunicação sem fio: conceitos e aplicações. Porto 
Alegre: Bookman, 2018.
Gabarito
Questão 1 – Resposta D
Resolução: as três afirmações são corretas.
89
Questão 2 – Resposta E
Resolução: nos SDCD, os controladores ficam alocados próximos 
aos processos industriais, o que invalida a opção A. Dentro da 
estrutura do SDCD, as RTUs são vistas como dispositivos de 
entrada e saída e constituem parte da rede de comunicação 
que integra o sistema. Em muitos casos, possuem, inclusive, 
interfaces homem-máquina, invalidando a opção B. É importante 
ressaltar que, dada a criticidade da operação/processo, a rede 
de comunicação entre os dispositivos costuma ser redundante, o 
que invalida opção C. A opção D também não é uma opção válida 
porque, pelas funcionalidades desenvolvidas, o SDCD se aplica a 
processos contínuos. Finalmente, a opção E é válida porque, devido 
à criticidade dos processos, a rede de comunicação costuma ser 
redundante.
Questão 3 – Resposta C
Resolução: as opções A, B, D e E representam segmentos 
industriais de processamento caracteristicamente discreto, onde 
são instalados CLPs, pois estes atendem às necessidades do 
processo e têm viabilidade econômica. A opção C representa um 
segmento de processamento caracteristicamente contínuo, cujos 
requisitos de sistema são melhor atendidos por SDCDs.
Sistemas de controle híbridos
Autor: Rosana Yasue Narazaki
Objetivos
• Conceituar processo híbrido.
• Conceituar sistema de controle híbrido.
• Apresentar arquiteturas para controle de 
sistema híbrido.
91
1. Introdução
Ao iniciar este tema, para efeito de familiarização, adotaremos a sigla 
DCS, do inglês Distributed Control Systems, para nos referir aos Sistemas 
Digitais de Controle Distribuído (SDCD), uma vez que esta terminologia é 
também muito comum àqueles que estão inseridos na área de sistemas 
de controle e automação.
A evolução de todo o aparato destinado a controle e automação é 
uma consequência do desenvolvimento da tecnologia eletrônica e da 
tecnologia da informação. A primeira, disponibilizando componentes 
com mais capacidade de processamento digital, e a segunda, 
estabelecendo padrões para comunicação mais rápida e confiável. 
Assim, podemos afirmar que esses fatores foram facilitadores 
da evolução.
Essa evolução, embora de maneira diferente, ocorreu tanto para os 
Sistemas Digitais de Controle Distribuído (SDCD ou, conforme a sigla em 
inglês, DCS) como para os Controladores Lógico Programáveis (CLP), sem 
deixar de lado os microcomputadores utilizados na automação (PC based 
automation).
De uma forma geral, podemos afirmar que as diferenças que 
caracterizavam de forma marcante esses três modelos de controle em 
automação, o CLP, o DCS e o PC, foram diminuindo ao longo do tempo, 
abrangendo arquiteturas, funções e ambientes.
2. Conceito de processo híbrido
A automação de processos considera que a classificação destes é tal 
que podem ser discriminados como processos discretos, processos 
contínuos e processos por batelada.
92
É bem verdade que, com essa nomenclatura, possivelmente estaremos 
cobrindo quase todos os tipos de processo, teoricamente. A prática, 
no entanto, nos demonstra que sempre é possível entender melhor o 
ambiente em que estamos inseridos ou, em outras palavras, o mundo 
que nos rodeia.
Por esse motivo, vamos apresentar mais uma conceituação para que 
consigamos alcançar de forma mais abrangente um processo que 
não primordialmente discreto, ou contínuo, ou por batelada, mas sim 
parcialmente um pouco de todos.
Sendo assim, tomemos por base que nos processos produtivos 
existem alguns segmentos, ou algumas etapas contidas no processo de 
produção desses segmentos, que podem ser contínuas discretamente 
ou discretas continuamente. Esse é o caso dos processos híbridos 
e a ilustração que exemplifica este conceito é a que está contida na 
Figura 41.
Figura 41 – Ilustração de segmentos de indústria e a tipicidade de 
seus processos
Fonte: elaborado pela autora
93
3. Conceito básico de sistema de controle híbrido
Intuitivamente ou com uma dose de criatividade, poderíamos conceituar 
que o sistema de controle híbrido é um DCS no qual se conectam CLPs. 
Esse conceito não é novo, pelo contrário, foi introduzido na década de 
1980, após a consolidação e a disseminação dos DCS e dos CLPs. Por 
essa época, a conceituação teórica do sistema de controle híbrido, na 
prática, era um verdadeiro pesadelo: a engenharia necessária para a 
configuração de um e de outro exigia memória e programa dedicados a 
essa conectorização, extremamente complexa e custosa.
Por essa época e durante alguns anos depois, perdurou a questão: 
se já possuímos eletrônica suficiente para fabricar DCS e CLPs, o 
que nos impede de ter um controlador de processo com as mesmas 
características de um DCS tão barato e tão simples como um CLP?
Essa questão foi, decerto, muito bem colocada, contudo, sob a visão 
da engenharia, que transforma as ideias em produtos acabados, 
havia alguns obstáculos a serem vencidos. Um deles é a característica 
do processo discreto (reino do CLP) ser diversa da característica 
do processo contínuo (reino do DCS) ou mesmo do processo por 
lote/batelada (ainda no reino do DCS). Tomando-se como exemplo 
uma fábrica de automóveis, onde cada processo é uma célula e a 
comunicação entre as células pode ser em velocidade relativamente 
baixa, considere todo o desenvolvimento necessário para fazer com que 
um CLP, um controlador normalizado para uma performance bastante 
ampla e genérica, adapte-se para atuar em um ambiente de processo 
onde os instrumentos têm funções específicas e estão ajustados ao 
processo em que estão aplicados, trocando informações em alta 
velocidade, como é o caso de um alto-forno (siderurgia).
Posto isso, é claro que um bom tempo de desenvolvimento tecnológico 
decorreu até os dias mais atuais e esse tempo serviu para que ambos os 
produtos inerentes à tecnologia aplicada ao DCS e o CLP pudesse evoluir 
94
em performance e funcionalidades para podermos validar, aplicar e, 
inclusive, criar uma base instalada de sistemas de controle híbridos e 
distribuí-los por várias plantas ao redor do mundo produtivo.
Assim, podemos assumir, por ora, que sistema de controle híbrido é 
todo aquele que integra como solução a implementação de controle 
distribuído, fazendo uso de diversificados controladores, incluindo CLPs, 
em processos de produção contínua ou por batelada.
Muito provavelmente, estaríamos todos tentados a nos contentar com 
essas duas tecnologias de sistemas de controle digital para processo, 
DCS e CLP, mais a sua combinação, o sistemade controle híbrido. 
Contudo, a inquietação técnica que nos é comum estabeleceu em 
tempos recentes uma nova variante para os sistemas de controle: o 
sistema de controle de processo modular.
Essa tecnologia, desenvolvida pelos fabricantes focados em processos 
contínuos e/ou por batelada, se baseia na possibilidade de se construir 
um sistema versátil a ponto de permitir a inclusão de módulos de 
controle de processo sem a necessidade de uma grande intervenção 
em um sistema em execução. Isso é deveras interessante, pois permite 
partir um sistema mínimo e adicionar a ele expansões, permitindo 
melhor planejamento produtivo e financeiro ou mesmo adequações ao 
longo do ciclo de vida da instalação.
4. Comparação entre CLP e DCS
Partindo da premissa que você tem conceitos básicos na visão clássica 
do que são sistemas de controle baseados em CLP e DCS e entendendo 
que tenha formado uma noção preliminar do que vem a ser sistema 
de controle híbrido, vamos consolidar a noção de sistema de controle 
híbrido posicionando-o como uma solução que se apropriou das lacunas 
existentes entre as soluções clássicas via CLP e via DCS.
95
Assim, baseado em critérios aplicáveis a processos produtivos como um 
todo, preparamos uma tabela comparativa entre CLP e DCS que vamos 
explorar conforme o Quadro 3.
Quadro 3 – Tabela comparativa entre CLP e DCS
CLP DCS
Tipo de produto 
e manipulação 
do produto
Fabricação ou 
montagens 
de itens 
específicos
Combinação e/ou 
transformação de 
matériasprimas
Produto tem 
visibilidade e 
é movimentado 
ao longo do 
processo
A visualização da 
movimentação do 
produto ao longo 
de todo o processo 
é frequentemente 
impossível
Controle 
lógico em 
alta velocidade
Controle em malha 
regulada/analógica
Controle de 
lote simplificado 
Controle de 
lote complexo
96
Valor do 
produto e 
custo de 
parada de 
produção
Valor 
individual do 
componente 
que está 
sendo 
manufaturado 
é relativamente 
baixo
Valor do lote 
pode ser alto, 
tanto em 
custo de 
matériaprima 
como em valor 
de mercado
Parada de 
produção 
resulta 
em perda 
de produção
Parada de 
produção 
resulta em 
perda de 
produção e 
pode gerar 
risco 
operacional
Parada de 
produção 
normalmente 
não danifica 
equipamento 
produtivo
Parada de 
produção 
pode resultar 
em danos ao 
equipamento 
de processo
Retornar a um 
nível estável 
de produção 
após uma 
interrupção 
é rápido e 
relativamente 
simples
Retornar a 
um nível 
estável de 
produção 
após uma 
interrupção é 
demorado, 
custoso e, 
por vezes, 
complicado
97
Elemento 
principal 
do sistema
Usualmente, o 
elemento principal do 
sistema é a unidade de 
processamento central 
(UCP ou, como no 
inglês, CPU)
Usualmente, o 
elemento principal é 
a interface homem-
máquina (IHM) 
Ação do 
operador
A função principal 
do operador é atuar 
nas exceções
O operador interage 
por meio do sistema 
para manter o 
processo de acordo 
com a faixa de 
performance esperada
A informação crítica 
para o operador é de 
status (ligado/desligado, 
executando/parado)
A informação crítica 
para o operador 
é como estão as 
tendências do 
processo; o operador 
precisa saber o que 
está acontecendo 
no processo 
como um todo
Alarme de falhas é 
informação-chave para 
o operador
Gerenciamento de 
alarmes é a chave para 
a operação segura do 
processo e quando 
a planta opera em 
condições anômalas
A manufatura pode 
operar “no escuro”
Uma falha na IHM pode 
gerar uma parada 
de produção
98
Performance 
requerida 
do sistema
Scan lógico ≤ 10ms 
necessário para o controle 
dos motores e controle 
dos movimentos
Malhas de controle 
requerem scan 
determinístico com 
a velocidade de 
100 a 500 ms
O custo da redundância 
pode não ser justificado
A redundância do 
sistema ´normalmente 
é necessária
O sistema pode 
ficar offline para a 
implementação de 
configurações
Alterações de 
configurações são 
feitas online
Controle analógico se 
resume a PID simples
Controle analógico 
vai do PID simples ao 
complexo, podendo 
chegar a controle 
avançado de processo
Diagnósticos para 
informar o que 
está quebrado
Gerenciamento de 
ativos alerta o que 
pode quebrar antes 
que aconteça
Grau de 
customização 
requerida
Linguagem de alto nível 
disponível para criar uma 
lógica customizada
Lógica customizada 
criada a partir de 
blocos de função 
existentes
Usualmente, são 
necessárias rotinas 
customizadas
Muitos algoritmos, 
a exemplo de PID, 
são complexos e não 
variam nas aplicações
Bibliotecas-padrão 
são consideradas boas 
características
Bibliotecas de aplicação 
padronizadas com 
blocos de função são 
expectativas mínimas 
que sejam fornecidas 
pelo fabricante
O equipamento 
precisa estar 
pronto para 
integrar novas 
funções/novos produtos 
como parte da estrutura
A expectativa é que o 
sistema funcione como 
uma solução completa
99
Expectativas da 
engenharia
Programar/ 
configurar 
componentes 
individualmente 
e integrar 
depois 
(de baixo 
para cima)
Projetar todo 
o sistema antes 
de começar a 
implementação 
(de cima 
para baixo)
Plataformas 
customizáveis 
para construir a 
partir delas
Existência de 
funcionalidade 
capaz de trazer 
resultado 
significativo, 
“fora da caixa”
Flexibilidade 
no projeto 
do sistema
Sistema 
simplificado para 
facilitar as 
aplicações para 
o engenheiro 
de processos
Solução 
genérica 
aplicável a 
uma grande 
variedade 
de casos
Uso de funções 
pré-definidas e 
pré-testadas para 
economizar tempo
Uso da lógica 
Ladder para 
desenvolver 
a aplicação
Uso do 
diagrama de 
blocos de 
função para 
desenvolver 
a aplicação
Fonte: elaborado pela autora.
100
É importante que você tenha em mente que, com os recursos 
tecnológicos atuais dos componentes disponíveis, é possível 
implementar um controle distribuído com CLPs.
5. Conceito aprimorado de sistema de 
controle híbrido
A esta altura, é possível rever o conceito simplificado de sistema de 
controle híbrido obtido anteriormente e elaborar uma conceituação mais 
abrangente.
Assim, como resultado da convergência da evolução tecnológica 
de duas soluções, uma o CLP, outra o DCS, o sistema de controle 
híbrido se caracteriza por ser um sistema que contém a simplicidade 
necessária para manejar variáveis discretas e a sofisticação exigida 
pelas variáveis contínuas, economicamente atraente, apto para 
os segmentos de indústria que demandam essas exigências, 
contendo arquitetura, gerenciamento de alarmes e gerenciamento 
de recursos facilitados, ao mesmo tempo que proporciona IHMs de 
altíssimo nível.
A exemplo desse conceito, vamos visualizar uma topologia, 
exemplo dessa solução, na Figura 42, a seguir, com a ressalva de 
que o conceito de sistema de controle híbrido não se esgota nessa 
proposição.
101
Figura 42 – Ilustração de sistema de controle híbrido
Fonte: © Siemens AG 2019, todos os direitos reservados. Disponível em: https://
www.automation.siemens.com/bilddb/index.aspx?gridview=view2&objkey=G_PCS7_
XX_00641&showdetail=true&view=Search. Acesso em: 11 mai. 2019.
PARA SABER MAIS
A International Society of Automation (ISA) é uma 
organização internacional voltada para o desenvolvimento 
de padrões mundiais, certificação de profissionais, 
educação e treinamento para a indústria. A ISA também 
promove conferências e exposições, publica livros e 
artigos, ao mesmo tempo em que provê desenvolvimento 
profissional de sua rede de associados globalmente. 
Sendo um engenheiro ou um gestor, qualquer envolvido 
na automação pode se ancorar na ISA como porto seguro, 
onde se pode melhor discutir aspectos das tecnologias de 
automação do presente e do futuro.
https://www.automation.siemens.com/bilddb/index.aspx?gridview=view2&objkey=G_PCS7_XX_00641&showdetai
https://www.automation.siemens.com/bilddb/index.aspx?gridview=view2&objkey=G_PCS7_XX_00641&showdetaihttps://www.automation.siemens.com/bilddb/index.aspx?gridview=view2&objkey=G_PCS7_XX_00641&showdetai
102
6. Arquitetura de sistema de controle híbrido
A arquitetura do sistema de controle híbrido, por definição, deverá conter 
tanto as características da arquitetura do DCS como as características da 
arquitetura do CLP. Entretanto, a flexibilidade dos sistemas híbridos pode 
habilitar muitas possibilidades para configurações de arquitetura. A seguir, 
estamos listando e ilustrando algumas delas.
6.1. Configuração não redundante
A redundância pode ser vista pelo lado do hardware e pelo lado do 
software. Pelo lado do hardware, a redundância será física. Pelo lado do 
software, a abordagem é diferente, pois não há uma materialização dos 
programas. Assim, podemos ter uma configuração não redundante em 
software ainda que a tenhamos em hardware. Essa situação pode ser 
exemplificada com a configuração não redundante, ilustrada na Figura 43, 
que consiste em redes internas simplificadas limitando a redundância aos 
componentes de campo.
Figura 43 – Ilustração de arquitetura de sistema de controle híbrido não 
redundante
Fonte: elaborado pela autora.
103
6.2. Configuração redundante
 
A configuração redundante, ilustrada na Figura 44, consiste em 
redes internas redundantes semelhantes às redundâncias dos 
componentes de campo.
Figura 44 – Ilustração de arquitetura de sistema de controle híbrido 
redundante
Fonte: elaborado pela autora.
6.3. Configuração compacta
A configuração compacta, ilustrada na Figura 45, consiste em sistemas 
de poucos pontos (entradas e saídas), implementados diretamente em 
campo, com tempos de desenvolvimento muito reduzido.
104
Figura 45 – Ilustração de arquitetura de sistema de controle 
híbrido compacto
Fonte: elaborado pela autora.
6.4. Configuração de engenharia
A configuração de engenharia, ilustrada na Figura 46, consiste na alocação 
de várias estações de engenharia para desenvolvimento da solução.
Figura 46 – Ilustração de arquitetura de sistema de controle híbrido para 
engenharia
Fonte: elaborado pela autora.
105
ASSIMILE
Com o objetivo de simplificar e padronizar a programação 
de sistemas de automação, foram elaboradas normas 
nas quais a International Electrotechnical Commission 
(IEC) participou decisivamente. Dentre elas, o padrão 
que pode ser visto na normatização IEC 61.131-3 (IEC, 
2013) trouxe grandes vantagens na padronização para os 
vários fabricantes de CLP, principalmente no que tange à 
facilidade de programação (Ladder, texto estruturado, lista 
de instruções, bloco de funções e SFC). Outra norma, a IEC 
61.499-1 (IEC, 2012), como uma evolução natural, trouxe 
modificações na arquitetura do DCS, deixando as aplicações 
dos sistemas divididas em blocos de função, entretanto, 
mantendo o desenvolvimento da solução dentro de um 
mesmo programa. Logo, os avanços refletiram na indústria 
atual de forma a torná-la mais produtiva e mais ágil, além 
de modular e configurável, habilitando a implementação 
dos conceitos da Indústria 4.0.
A evolução tecnológica convergente, que propiciou que os sistemas 
de automação alcançassem um nível de interoperabilidade tal que 
sistemas proprietários se fizessem comunicar também em sistemas com 
protocolos de comunicação abertos, também fez com que as plataformas 
de hardware se tornassem mais versáteis e mais específicas, conforme 
demonstrado nas ilustrações deste tema. Ao mesmo tempo que facilitou 
as implementações, as expansões e as modificações de sistemas e 
ampliou a oferta com a entrada de mais fornecedores para o mercado, 
tornou a escolha de um fornecedor de sistema de automação uma tarefa 
bem mais complicada. Por isso, antes da escolha de um fornecedor de 
automação para o processo, o usuário deverá estabelecer com o máximo 
de clareza e objetividade os critérios de classificação que tornarão a 
escolha segura e o sucesso das novas operações.
106
TEORIA EM PRÁTICA
A empresa fictícia Química Fina Morubixaba vai expandir a 
produção de anidrido ftálico de 82 mil toneladas para 200 
mil toneladas da substância que é utilizada na fabricação de 
estabilizantes de PVC, plastificantes, resinas poliéster, entre 
outros. Porém, como está com restrições orçamentárias 
e necessita investir em um sistema de controle novo para 
substituir o antigo e habilitar a planta para a ampliação de 
produção, a diretoria está indecisa quanto à tecnologia e ao 
fornecedor para o novo sistema. Por essa razão, demandou 
que um trabalho de engenharia consultiva fosse feito para 
que, de maneira objetiva, pudesse decidir com tranquilidade 
sobre esse tema. Analise a questão e proponha um critério 
adequado para fundamentar uma escolha de tecnologia e 
fornecedor.
VERIFICAÇÃO DE LEITURA
1. A evolução de todos os componentes de hardware e 
software desenvolvidos para os sistemas de controle e 
automação é uma consequência do desenvolvimento 
da tecnologia eletrônica e da tecnologia da 
informação. Com essa visão, é possível afirmar que:
I. O SDCD evoluiu para o DCS.
II. O CLP evoluiu para sistemas de automação baseada 
em computador.
107
III. A evolução ocorreu para os três sistemas de 
automação: CLPs, DCSs e automação baseada em 
computador.
a. Apenas I é III são corretas.
b. Apenas II é III são corretas.
c. Apenas I é correta.
d. I, II e III são corretas.
e. Apenas III é correta.
2. Sobre os processos híbridos, é correto afirmar que:
a. Possuem somente variáveis de processo do tipo 
discretas.
b. Possuem somente variáveis de processo contínuas.
c. Não possuem variáveis de processo discretas.
d. Não possuem variáveis de processo contínuas.
e. Possuem variáveis de processo contínuas e 
discretas.
3. A seguir, apresentamos alguns possíveis conceitos 
para sistema de controle híbrido. Determine, entre 
eles, o conceito mais adequado para descrever um 
sistema de controle híbrido:
a. DCS com CLPs conectados.
b. DCS com RTU conectados.
c. DCS com dispositivos de campo conectados.
d. DCS com estações de operação conectadas.
e. DCS com estações de engenharia conectadas.
108
Referências bibliográficas
GREEFF, G.; GHOSHAL, R. Practical e-manufacturing and supply chain 
management. Oxford: Elsevier, 2004.
INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION – IEC. IEC 61.131-3: 
Programmable controllers–Part 3: Programming languages. Suíça, 2013.
______. IEC 61.499-1: Function blocks–Part 1: Architecture. Suíça, 2012.
Gabarito
Questão 1 – Resposta E
Resolução: como o SDCD não evoluiu para o DCS, sendo ambos 
acrônimos para um mesmo conceito tecnológico, e também o CLP 
não evoluiu para sistemas de automação baseada em computador, 
e, de fato, ambos são soluções com conceitos tecnológicos 
diferentes, as afirmativas I e II não são corretas. A opção E é correta 
porque a afirmação III é correta.
Questão 2 – Resposta E
Resolução: a opção A é incorreta porque os processos híbridos 
não possuem somente variáveis de processo do tipo discretas. 
A opção B não está correta porque os processos híbridos não 
possuem somente variáveis de processo contínuas. A opção C não 
está correta porque os processos híbridos possuem variáveis de 
processo discretas. A opção D não está correta porque os processos 
híbridos possuem variáveis de processo contínuas. Nos processos 
híbridos, existe uma participação distribuída de variáveis discretas e 
contínuas, nas bateladas ou nos lotes. Não há uma predominância 
de um ou outro tipo. Por essa razão, a opção E é a correta.
109
Questão 3 – Resposta A
Resolução: as opções B, C, D e E representam a conexão normal 
de um DCS clássico, enquanto a opção A representa uma conexão 
típica de sistema de controle híbrido.
Controle de caldeiras, reatores e 
tanques
Autor: Rosana Yasue Narazaki
Objetivos
• Conceituar caldeiras, tanque e reatores.
• Descrever variáveis de processo de caldeiras 
reatores e tanques.
• Conceituar controle PID.
111
1.Introdução
O desenvolvimento deste tema propiciará a você conhecimentos 
sobre um conjunto de equipamentos utilizadosem larga escala no 
ambiente industrial. Assim você vai adquirir a conceituação básica 
do que são esses equipamentos e da arquitetura de controle que 
lhes está associada, por meio de uma visão concisa das principais 
partes que os compõem, em que estão presentes mais comumente, 
seus elementos sensores/atuadores e sua instrumentação até 
conhecer sistemas de controle utilizados para esses equipamentos 
no ambiente industrial. A abordagem matemática dos modelos 
teóricos de controle, embora seja a base que sustenta os grandes 
desenvolvimentos ocorridos nesta área, será encontrada além das 
fronteiras deste tema.
2. Fundamentos
2.1. Caldeiras
As caldeiras são equipamentos que já fazem parte do ambiente fabril 
desde a Revolução Industrial do século XVIII e deverão continuar 
desempenhando um papel relevante por um bom tempo, pois são 
utilizadas em larga escala em processos industriais. A caldeira pode 
ser conceituada como um equipamento utilizado para geração de 
vapor saturado (seco) ou superaquecido, a partir da água em seu 
estado líquido. Didaticamente, os elementos básicos de uma caldeira 
são mostrados na Figura 1. Fisicamente, um exemplo de caldeira 
utilizada no ambiente industrial é o que aparece na Figura 2.
112
Figura 1 – Ilustração de componentes básicos de uma caldeira
Fonte: elaborado pela autora.
Figura 2 – Caldeira
Fonte: Warut/iStock.com
O vapor gerado pelas caldeiras tem aplicação industrial em diversos 
segmentos. Usualmente, a energia térmica presente no vapor 
serve como fonte energética para vários processos de produção 
que incluem máquinas térmicas, autoclaves para esterilização, 
113
cozimento de alimentos, calefação ambiental, entre outras utilidades. 
Algumas denominações para tipos de caldeiras são: flamotubulares, 
aquatubulares, verticais, horizontais, cornuália, lancashire, 
multitubulares de fornalha interna ou externa, escocesas entre outras.
Caldeiras industriais podem ser compostas de várias partes. 
Exemplificando, algumas das partes que podem estar contidas em uma 
caldeira são:
• queimadores;
• câmara de combustão;
• trocador de calor;
• tubulação de entrada/saída;
• fontes de combustível;
• bombas;
• desaerador;
• condensador;
• válvulas.
Cabe aqui uma consideração acerca de combustíveis para caldeiras. Os 
combustíveis podem ser sólidos, líquidos ou gasosos. Cada caldeira é 
projetada para queimar um determinado tipo de combustível, podendo 
ter em projeto previsões de adaptação para queima de outros mais. 
Exemplo: caldeira a gás natural, mas com possibilidade de adaptação 
para queimar gás liquefeito de petróleo ou diesel. Cada qual irá 
requerer uma instrumentação e um controle específicos atrelados ao 
tipo de caldeira e da sofisticação tecnológica do fabricante. No tocante 
114
ao combustível, o quesito foco será o consumo, isso é, a eficiência ou 
queima correta dos combustíveis. Enfim, embora o tipo de combustível 
não interfira no sistema de controle ou na forma de fazer o controle, 
interfere na instrumentação.
2.2. Reatores
Os reatores que serão abordados neste tema são os reatores químicos 
industriais. Assim, conceituaremos os reatores como equipamentos 
industriais onde são alocadas matérias-primas que serão submetidas a 
transformação, principalmente, por meio de processos químicos, com 
possibilidade de transformação de massa e/ou transferência de calor. 
Didaticamente, os elementos básicos de um reator são mostrados na 
Figura 3. Você visualizará reatores da indústria farmacêutica na Figura 4.
Figura 3 – Ilustração de componentes básicos de um reator
Fonte: elaborado pela autora.
115
Figura 4 – Reator
Fonte: Traimak_Ivan/iStock.com
A classificação dos reatores pode variar. Sob a ótica da forma de 
operação, comumente, os reatores são divididos nos tipos contínuo 
ou descontínuo. Quanto ao leito, fixo ou fluidizado. Quanto à função, 
reação, homogeneização, desaglomeração, fusão, emulsificação e 
dissolução.
As partes que compõem um reator variam totalmente em função 
das reações para as quais o equipamento é projetado. Em geral, nas 
aplicações industriais, podem ser:
• tubulação de entrada/saída de reagentes;
• tubulação de entrada/saída de fluidos;
• aquecedores/resfriadores;
• regeneradores;
• agitadores;
116
• pressurizadores;
• motores;
• bombas;
• válvulas.
2.3. Tanques
Os tanques industriais de que trataremos neste tema podem ser 
conceituados como reservatórios para armazenagem de líquidos ou 
gases, com capacidade ou não de mistura. Apesar da simplificação de 
conceito, você deve ter em mente que a variedade de tipos de tanques 
no ambiente industrial é grande em todos os aspectos. Tipos de tanques 
industriais mais comuns: reservatórios, misturadores e distribuidores. 
Alguns aspectos em que os tanques podem variar são: geometria, 
localização e finalidade. Didaticamente, os elementos básicos de um 
tanque são mostrados na Figura 5. A Figura 6 permite que você visualize 
alguns dos aspectos comuns a tanques industriais.
Figura 5 – Ilustração de componentes básicos de um tanque.
Fonte: elaborado pela autora.
SAÍDA
117
• pressurizadores;
• motores;
• bombas;
• válvulas.
2.3. Tanques
Os tanques industriais de que trataremos neste tema podem ser 
conceituados como reservatórios para armazenagem de líquidos ou 
gases, com capacidade ou não de mistura. Apesar da simplificação de 
conceito, você deve ter em mente que a variedade de tipos de tanques 
no ambiente industrial é grande em todos os aspectos. Tipos de tanques 
industriais mais comuns: reservatórios, misturadores e distribuidores. 
Alguns aspectos em que os tanques podem variar são: geometria, 
localização e finalidade. Didaticamente, os elementos básicos de um 
tanque são mostrados na Figura 5. A Figura 6 permite que você visualize 
alguns dos aspectos comuns a tanques industriais.
Figura 5 – Ilustração de componentes básicos de um tanque.
Fonte: elaborado pela autora.
SAÍDA
Figura 6 – Tanques industriais
Fonte: HAYKIRDI/iStock.com
Dada a imensa variedade de tanques em aplicações industriais, você 
deve ter em mente, pelo menos, alguns desses componentes no que se 
refere a controle:
• tubulações de entrada/saída;
• válvulas;
• bombas;
• motores.
PARA SABER MAIS
Caldeiras e tubulações, incluindo também os reatores 
químicos e tanques metálicos em instalações industriais, 
são equipamentos normatizados no Brasil por Normas 
Regulamentadoras (NR). Criadas pelo Ministério do 
118
Trabalho, as NRs têm o objetivo de regular e orientar a 
saúde e segurança do trabalhador. Toda empresa privada 
ou pública regida pela CLT tem a obrigação de segui-las. 
A NR13 (BRASIL, 2018a) estabelece as diretrizes para o 
trabalho em vasos de pressão, caldeiras e tubulações, 
incluindo também os reatores químicos e tanques 
metálicos. Associada à NR13, alguns desses equipamentos 
podem ainda ter que se adequar a outras normas, como é 
o caso da NR20 (BRASIL, 2018b), que dispõe sobre líquidos 
combustíveis e inflamáveis.
Você encontrará caldeiras, reatores e tanques presentes, principalmente, 
nas indústrias dos segmentos químico e petroquímico, celulose e 
papel, mineração e siderurgia, energético, alimentício, farmacêutico, 
entre outros.
Esses equipamentos são essenciais para os processos produtivos 
desses segmentos e é importante ressaltar que raramente você os verá 
isoladamente em uma planta industrial. Isso é, usualmente, compõem 
as fases de fabricação dos produtos. A Figura 7 apresenta o desenho de 
uma planta química que ilustra essa situação.
Figura 7 – Planta química
Fonte: Hennadii/iStock.com
119
2.4. Variáveis de processo comuns a caldeiras, 
reatores e tanques
As variáveis de processo comuns a caldeiras, reatores e tanques 
são as mesmas variáveis da instrumentação clássica: nível, pressão, 
temperatura, vazão. Entretanto, controle de tempo, de velocidade e 
de massa, medições de pH, densidade e condutividade ou variáveis 
analíticas, como composições e concentrações, por exemplo, podem 
serigualmente ou mais importantes.
As medições podem ser diretas ou indiretas, utilizando as mais 
diversas tecnologias e instrumentos. Os sistemas de controle 
receberão os dados de sensores/detectores e instrumentos, 
juntamente com informações de todos os componentes de segurança 
que fizerem parte do projeto ou da planta, para aplicar as receitas 
ou modelagens programadas nos controladores de acordo o plano 
de produção.
Entretanto, antes da elaboração dos programas aplicativos de 
controle, você precisará entender detalhes de engenharia de 
tubulação e da instrumentação conforme o fluxo de produção da 
planta. Nesse ponto, é necessário que você tenha acesso a um 
diagrama de tubulações e instrumentação (em inglês, Pipping 
and Instrumentation Diagram, P&ID). A Figura 8 mostra parte 
de um P&ID, como exemplo, para que você tenha conhecimento 
dessa documentação. O P&ID completo mostra, pelo menos, 
os equipamentos, subsistemas, válvulas, instrumentos, fluxos e 
intertravamento do processo de uma planta, identificados conforme 
normatização.
120
Figura 8 – Exemplo de P&ID
Fonte: MeggiSt/iStock.com
3. Controle em caldeiras, reatores e tanques
Em geral, você encontrará dois tipos de controle: controle em malha 
aberta e controle de malha fechada. O controle de malha aberta é um 
controle mais simples, do tipo que é usado em máquinas de lavar louça, 
que não recebe nenhuma realimentação, como informações sobre o 
quanto a louça está limpa ou suja.
Neste tema, você deve se ater aos controles de malha fechada ou com 
realimentação, pois estes são complexos e têm larga aplicação em 
plantas industriais. O controle em caldeiras, reatores e tanques, de 
forma simplificada, consiste em receber os sinais dos instrumentos e 
sensores/detectores, processá-los conforme programado e enviar as 
121
ações de comando para os atuadores, com três topologias envolvendo: 
realimentação, pré-alimentação (antecipativo) ou a combinação de ambos, 
ou seja, realimentação + pré-alimentação. A Figura 9 e a Figura 10 ilustram, 
por meio de diagrama de blocos, controles à realimentação e antecipativo, 
respectivamente. Fundamentado nesses conceitos, são estruturadas as 
malhas de controle de nível, pressão, temperatura e vazão que fazem parte 
dos equipamentos, como as caldeiras reatores e tanques.
Figura 9 – Controle à realimentação em diagrama de blocos
Fonte: ALVES, 2017.
Figura 10 – Controle antecipativo em diagrama de blocos
Fonte: ALVES, 2017.
122
A configuração de controle para caldeiras, reatores e tanques varia 
conforme o fornecedor, o volume de produção e o tipo de produto que 
está sendo manipulado em processo. Consequentemente, variam o tipo, 
a tecnologia e a quantidade de sensores/detectores e instrumentos. 
Tudo isso estabelece o quão complexo será o sistema de controle. Veja 
agora a Figura 11 com um P&ID básico de uma caldeira simplificada.
Figura 11 – P&ID de caldeira
Fonte: GARCIA, 2018.
Uma vez familiarizado com o P&ID básico de uma caldeira, agora veja na 
Figura 12 o P&ID básico de um reator simplificado, e na Figura 13, o P&ID 
básico de um tanque.
Figura 12 – P&ID de reator
Fonte: GARCIA, 2018.
123
Figura 13 – P&ID de tanque
Fonte: GARCIA, 2018.
3.1. Algoritmo PID
De todos os algoritmos de controle presentes no ambiente industrial, 
o mais usado é o algoritmo conhecido como controle PID. O controle 
PID pode ser compreendido como um algoritmo que possui três modos 
de controle de uma variável: o modo proporcional, o modo integral e 
o modo derivativo, daí a nomenclatura PID. O controle PID foi obtido 
empiricamente e, embora tenha sido modelado matematicamente, na 
prática, o que se implementa é uma simplificação do modelo teórico, 
que serve como ponto de partida sempre que se inicia um controle de 
processo sem que sua dinâmica seja conhecida.
Esse controle pode ser aplicado aos processos de várias maneiras, isso 
é, em cada um dos modos isoladamente, combinando dois modos 
ou conjugando os três modos, conforme o processo que está sendo 
controlado.
O modo proporcional se caracteriza por determinar que o controlador 
exerça uma ação estática em relação aos desvios da variável de processo 
que se quer controlar, enquanto que, nos modos integral e derivativo, a 
atuação do controlador é dinâmica.
124
A eficiência do controle PID se limita a processos que não possuem 
constantes de tempo altas. Nesses casos, por exemplo, é necessário o 
uso de outros algoritmos para controle avançado envolvendo, inclusive, 
modelagens de processo da planta como um todo.
Generalizando, é possível afirmar o seguinte:
• controladores PI pressão, nível e vazão;
• controladores PID  temperatura.
Entretanto, essa condição variará em função da matéria-prima presente 
no processo.
ASSIMILE
Você deverá separar dois assuntos que parecem ser a 
mesma coisa mas são coisas diferentes: 
1ª) P&ID é um desenho em que se distribuem as tubulações, 
os equipamentos e a instrumentação de uma instalação 
industrial;
2ª) PID é um algoritmo de controle de processo industrial 
com três modos que atuam isoladamente ou combinados: 
modo proporcional, modo integral e modo derivativo.
Esquematicamente, você pode ter a visão em blocos simplificada de um 
controle PID na Figura 14.
125
Figura 14 – Diagrama em blocos do controle PID
Fonte: elaborado pela autora.
A Figura 15 apresenta como exemplo uma arquitetura de automação 
proposta para controle de um reator e um tanque. Nessa figura, além 
dos equipamentos industriais e os equipamentos de controle, você 
pode observar também todas as hierarquias envolvidas e se familiarizar 
com equipamentos de segurança e classificação de áreas em que, 
normalmente, estão equipamentos com caldeiras, reatores e tanques. 
Sem qualquer dúvida, nessa arquitetura, o controlador presente, que é 
um CLP, possui a capacidade de executar algoritmos PID já embarcada.
Figura 15 – Automação de reator e tanque
Fonte: © Siemens AG 2019, todos os direitos reservados. Disponível em: https://
www.automation.siemens.com/bilddb/index.aspx?gridview=view2&objkey=G_IK10_
XX_30432&showdetail=true&view=Search. (ID G_IK10_XX_30432). Acesso em: 21 mai. 2019.
https://www.automation.siemens.com/bilddb/index.aspx?gridview=view2&objkey=G_IK10_XX_30432&showdetai
https://www.automation.siemens.com/bilddb/index.aspx?gridview=view2&objkey=G_IK10_XX_30432&showdetai
https://www.automation.siemens.com/bilddb/index.aspx?gridview=view2&objkey=G_IK10_XX_30432&showdetai
126
Você aprendeu neste tema sobre equipamentos que são muito 
comuns em instalações industriais: caldeira, reatores e tanques. A 
partir do que foi exposto, você já é capaz de identificá-los nas plantas 
industriais, bem como os sensores/detectores e instrumentos que 
podem estar instalados nesses equipamentos. Também, você vai 
inferir facilmente que, a partir de um certo porte ou uma quantidade 
e volume de produtos diferentes, esses equipamentos precisam ser 
analisados de forma sistêmica e não isoladamente. Por conseguinte, 
o controle e a automação embarcadas precisarão ser sofisticados 
o suficiente para permitir confiabilidade operacional e capacidade 
de expansão, permitindo que a planta seja flexível e diversificável a 
ponto de se manter como uma unidade fabril rentável ao longo de 
seu ciclo de vida.
TEORIA EM PRÁTICA
A empresa fictícia Produtos Thaw vai montar uma planta-
piloto automatizada para pesquisa de novos produtos. A 
planta-piloto consiste em: um tanque Ta para alimentar 
uma caldeira C que irá gerar vapor para um reator R que 
mistura matéria-prima dos tanques Tu, Tv e Tw, cujo 
resultado é armazenado no tanque Tb. Como engenheiro 
responsável, você deve entregar à diretoria uma 
estimativa para orçamento dos componentes de mercado 
mínimos necessários para que a planta-piloto funcione 
com a máxima automação possível. A apresentação 
para a diretoria deve ser por meio de duas elaborações 
gráficas distintas.
127
VERIFICAÇÃO DE LEITURA
1. A indústria é um campo fértil para a imaginação e,por 
isso, há uma infinidade de equipamentos que foram 
desenvolvidos e aperfeiçoados para as mais diversas 
aplicações. Dentre eles, três equipamentos se destacam: 
a caldeira, o reator e o tanque. Sobre cada um deles 
e sua aplicação no ambiente industrial, determine a 
opção correta:
a. A caldeira é utilizada para preparação de caldos e 
sopas na indústria.
b. O reator é utilizado na indústria para lâmpadas 
incandescentes.
c. O tanque é utilizado em lavagem de uniformes 
industriais em grande escala.
d. A caldeira é utilizada na indústria para 
geração de vapor.
e. O reator é utilizado na indústria para 
geração de vapor.
2. A obtenção de determinados produtos a partir de 
uma matéria requer que essas matérias-primas sejam 
submetidas a um ou mais processos. Ainda que o 
produto possa ser obtido a partir de um processo 
totalmente automatizado, é necessário que se conheçam 
as fases do processo para que sejam determinados 
os equipamentos e como os equipamentos serão 
controlados. À representação gráfica que distribui os 
equipamentos e instrumentos ao longo do processo é 
dado o nome de:
a. Diagrama trifilar.
128
b. Diagrama de blocos.
c. Arquitetura da automação.
d. Topologia de rede.
e. Diagrama de tubulações e instrumentação.
3. A teoria de controle aplicado ao ambiente industrial 
é um assunto altamente complexo. A principal razão 
reside no fato de que não existe sistema isolado 
como são os modelos matemáticos. Um modelo de 
larga aplicação na indústria foi obtido empiricamente. 
Analisando as afirmações que se seguem, determine a 
opção correta:
I. O algoritmo de controle mais utilizado na indústria 
possui três modos.
II. Os três modos de controle mais utilizados na indústria 
se baseiam em realimentação.
III. Os três modos do algoritmo de controle mais utilizado 
na indústria são: DCS, CLP e híbrido.
a. I, II e III estão corretas.
b. I e II estão corretas.
c. I e III estão corretas.
d. II e III estão corretas.
e. Somente III está correta.
Referências bibliográficas
ALVES, J. L. L. Instrumentação, controle e automação de processos. 2. ed. Rio de 
Janeiro: Livros Técnicos e Científicos Editora Ltda., 2017.
BRASIL. NR-13 – Caldeiras, vasos de pressão e tubulações e tanques metálicos 
de armazenamento. Brasília: Ministério do Trabalho, 2018a.
129
______. NR-20 – Segurança e saúde no trabalho com inflamáveis e combustíveis. 
Brasília: Ministério do Trabalho, 2018b.
GARCIA, C. Controle de processos industriais: estratégias convencionais. v. 1. São 
Paulo: Edgard Blücher Ltda., 2018.
PRUDENTE, F.. Automação industrial: PLC: teoria e aplicações. 2. ed. Rio de 
Janeiro: Livros Técnicos e Científicos Editora Ltda, 2015.
Gabarito
Questão 1 – Resposta D
Resolução: a opção A não é correta porque a caldeira na indústria 
não é utilizada para preparação de caldos e sopas, e sim para a 
geração de vapor. A opção B não está correta porque o reator na 
indústria não é utilizado para lâmpadas incandescentes, e sim para 
transformação de matérias-primas. A opção C não está correta 
porque o tanque não é utilizado para lavagem de uniformes, mas, 
principalmente, para armazenamento de produtos ou matérias-
primas. A opção D está correta porque a caldeira é utilizada na 
indústria para geração de vapor. A opção E não está correta porque 
o reator não é utilizado na indústria para geração de vapor, e sim 
para transformação de matérias-primas.
Questão 2 – Resposta E
Resolução: uma vez que o diagrama trifilar é um diagrama elétrico, 
o diagrama de blocos é uma simplificação dos blocos principais 
do que existem no sistema, a arquitetura de automação mostra 
a interligação dos componentes que fazem parte do sistema de 
automação e a topologia de rede mostra os componentes que 
existem na rede de comunicação do sistema, as opções A, B, C e D 
estão incorretas. A opção E está correta porque a representação 
gráfica das tubulações e dos instrumentos e feita por meio do 
diagrama de tubulações e instrumentos conhecido como P&ID.
130
Questão 3 – Resposta B
Resolução: as afirmativas I e II estão corretas. A afirmativa III está 
incorreta porque DCS, CLP e híbrido são configurações de sistemas 
de automação e não se referem a modos de controle híbrido.
Fundamentos de programação em 
CLPs
Autor: Rosana Yasue Narazaki
Objetivos
• Compreender a criação da linguagem Ladder. 
• Entender que existe para o CLP a linguagem de 
programação Ladder, Bloco de Funções e Sequential 
Flow Chart (SFC). 
• Compreender as instruções das linguagens Ladder, 
Bloco de Funções e Sequential Flow Chart (SFC). 
132
1. Linguagem Ladder
A tecnologia dos Controladores Lógicos Programáveis (CLP) veio para 
substituir os inúmeros painéis elétricos que abrigavam as lógicas de 
intertravamento dos relés. Pela familiaridade com os circuitos elétricos 
e aproveitando a experiência dos engenheiros nesse tipo de projeto, a 
primeira linguagem de programação criada foi a Ladder. A linguagem 
Ladder tem uma lógica bem semelhante à dos circuitos elétricos a relé.
Nos circuitos a relé, os contatos podem assumir dois estados: aberto ou 
fechado. Com a combinação desses contatos, podem-se fazer lógicas 
para determinar o comportamento desejado das saídas.
Na linguagem de programação Ladder existem duas linhas verticais 
que simulam a alimentação. Nas linhas horizontais, ficam as lógicas 
de funcionamento dos circuitos. Para facilitar ainda mais a transição 
de uma tecnologia para outra, as regras e os símbolos dos circuitos 
elétricos a relé foram mantidas.
O diagrama da linguagem Ladder é apenas uma representação lógica. 
O circuito não é energizado, ou seja, não há energização ou passagem 
de corrente. Contudo, os contatos dos relés são representados 
por contatos abertos ou fechados que, quando satisfazem a lógica 
estabelecida, acionam um elemento controlado (a bobina de um relé). 
Na Figura 1, temos um exemplo de lógica de contato em um diagrama 
Ladder. A bobina Y só será acionada se os contatos A e B forem fechados 
ou, ainda, se o contato C fechar. Esta pode ser representada pela 
lógica: A*B+C=Y.
133
Figura 1 – Lógica de contato e tabela verdade
Fonte: elaborado pela autora.
Existem duas tabelas verdades na Figura 1. A primeira tabela verdade 
atribui-se à combinação de 0 (zero, desligado) e 1 (um, ligado) para os 
contatos A e B, que equivale à expressão A*B. Nessa expressão, o relé 
Y só será acionado se os contatos A e B estiverem ligados ao mesmo 
tempo. De forma análoga, atribui-se a combinação de 0 e 1 para as 
variáveis A*B e a C. Nessa tabela verdade, se AB ou C estiverem ligados, 
o relé será acionado. Assim, o relé será acionado se A*B estiver em 1 ou 
se C estiver ligado, ou, ainda, se A*B e C estiverem ligados.
Na sequência, são apresentadas algumas das principais instruções de 
programação.
134
PARA SABER MAIS
Desenvolvido pela empresa alemã 3S-Smart, o Codesys é 
uma plataforma mais completa e abrangente da indústria 
de automação. Sua licença é gratuita e o usuário pode 
desenvolver programas aplicativos para CLP, IHM, entre 
outras. Está no padrão IEC 61.131-3 (IEC, 2013), apresenta 
as cinco linguagens de programação (texto estruturado, 
Ladder, lista de instrução, diagrama de blocos e SFC, 
também conhecido como Grafecet) e possui um simulador. 
Para maiores informações, visite o site da Codesys. Você 
encontrará mais informações sobre o site nas referências, 
ao final desta Leitura Fundamental. Nesta Leitura 
Fundamental, abordaremos as linguagens de programação 
Ladder, diagrama de blocos e SFC.
1.1 Linguagem Ladder: instruções e comando
A linguagem Ladder se assemelha ao circuito elétrico de comando. 
As instruções formam dois grupos: as instruções de entrada, que são 
representadas por uma linha lógica, e as saídas, que são atuadas em 
função das entradas e da lógica aplicada.
A CPU do CLP executa desde a primeira linha do programa aplicativo até 
a última instrução. A esse ciclo chamamos de scan ou varredura de um 
programa (MORAES; CASTRUCCI, 2010).
Durante o scan,executa-se o programa linha a linha. As entradas 
posteriores às linhas de comando são atualizadas, contudo, as entradas 
anteriores a esta linha só vão ser atualizadas no scan seguinte. As 
instruções básicas podem ser agrupadas em sete categorias:
135
a. lógica de relé ou instrução de bit;
b. temporização e contagem;
c. aritmética;
d. manipulação de dados;
e. controle de fluxos;
f. transferência de dados;
g. avançada.
1.1.1. Categoria A: lógica de relé ou instrução de bit
A instrução de um bit pode ser de entrada ou saída. Durante o 
scan, o bit que representa o estado de um endereço de memória 
é investigado, podendo assumir o estado 0 ou 1, dependendo da 
lógica aplicada. O bit de saída, que também é um endereço de 
memória, pode assumir o estado 0 ou 1, reproduzindo o resultado da 
lógica aplicada para aquela saída. As principais instruções de bit da 
linguagem Ladder são:
Instrução XIC (eXamine If Closed – Examine se está fechado)
Se o bit do endereçamento estiver em 0, o resultado da saída também 
será 0, determinando a não continuidade no circuito. Se, ao contrário, 
o bit de entrada estiver em 1, há uma continuidade no circuito, o que 
leva a saída a ficar no estado 1. A Figura 2 apresenta um exemplo de 
um contato XIC. A variável de memória entrada possui um endereço 
e um número de bit, como está representado. Ao lado está a 
respectiva tabela verdade da operação. Na prática, a XIC é um contato 
normalmente aberto dos circuitos elétricos.
136
Figura 2 – Instrução XIC
Fonte: elaborado pela autora.
Instrução XIO (eXamine If Open – Examine se está aberto)
Esta é uma instrução de saída que, quando o bit endereçado da função 
estiver na condição 1, leva a saída para estado falso, ou seja, não há 
continuidade no circuito. E quando o bit endereçado para essa função 
estiver com estado 0, há a continuidade lógica e leva a saída para 
condição verdadeira. Essa instrução é semelhante ao relé com contato 
normalmente fechado (NF). Destaca-se que esta é apenas uma analogia 
e não um contato de um circuito elétrico. A Figura 3 representa a 
instrução XIO e a respectiva tabela verdade que, quando o estado do 
bit estiver em 0, a instrução XIO é verdadeira, e quando o bit estiver em 
1, a saída da instrução XIO será falsa. Na prática, a XIC é um contato 
normalmente fechado dos circuitos elétricos.
Figura 3 – Representação da instrução XIO
Fonte: elaborado pela autora.
137
Instrução OTE (Output Terminal Energize – Bobina energizada)
A CPU verifica a lógica da linha onde está a instrução de saída. Havendo 
continuidade lógica da linha, o bit endereçado para a saída será 
colocado no estado lógico 1. Se não houver continuidade lógica, o bit 
endereçado será colocado em estado lógico 0. A Figura 4 apresenta 
o aspecto de uma instrução OTE. Na prática, representa uma bobina 
de um relé.
Figura 4 – Instrução OTE
 
Fonte: elaborado pela autora.
Instrução OSR (One Shot Rising)
Esta é uma instrução de saída que torna verdadeiro o sinal de saída 
somente quando há uma transição do estado falso para verdadeiro, 
levando o sinal de saída para 1. A OSR só funciona uma vez no ciclo. No 
ciclo seguinte, mesmo que as condições permaneçam verdadeiras, a 
OSR se torna falsa. A OSR só se tornará verdadeira novamente quando 
houver uma transição de falso para verdadeiro.
A OSR deve estar posicionada sempre imediatamente antes da instrução 
de saída, como demonstrado na Figura 5. Utiliza-se um bit da memória 
para essa função. Esse bit deve ser reservado somente para essa função.
138
Figura 5 – Instrução OSR
Fonte: elaborado pela autora.
Instrução OTL (Output Terminal Latch – Bobina energizada com retenção)
A instrução OTL leva o estado da saída para verdadeiro quando a linha 
lógica apresenta o estado 1. O estado da saída continuará nesse estado 
até que outra parte do programa mude o bit endereçado dessa função. 
A Figura 6 representa a instrução OTL. Na prática esta é uma instrução 
de set (levar para estado 1).
Figura 6 – Representação da instrução OTL
Fonte: elaborado pela autora.
Instrução OTU (Output Terminal Unlatch – Desabilitar saída com retenção)
A CPU verifica a lógica da linha que antecede essa instrução. Havendo 
continuidade, a instrução OTU leva a instrução de saída para o estado 
falso. A Figura 7 mostra a representação da instrução OTU.
139
Figura 7 – Representação da instrução OTU
Fonte: elaborado pela autora.
ASSIMILE
Em um diagrama lógico, as instruções XIC e XIO são 
instruções de entrada. E a instrução OTE é uma saída. Uma 
linha lógica possui instruções de entrada que formam uma 
lógica e sempre termina em uma saída. Exemplo:
Figura 8 – Representação de uma linha lógica
Fonte: elaborado pela autora.
1.1.2. Categoria B: temporização e contagem
Instrução TON (Timer ON delay – Temporizador para ligar)
A CPU verifica a continuidade lógica da linha de instrução. Havendo 
continuidade, a instrução TON inicia a contagem de tempo cuja base 
140
de intervalo de tempo foi selecionada durante a programação. A 
Figura 8 representa um temporizador TON. Dentro do temporizador, 
no local Timer, coloca-se a numeração do temporizador. No caso, foi 
escolhido o temporizador T4:01. No campo Timer Base, coloca-se a 
base de tempo. Neste exemplo, temos um temporizador com base em 
1 segundo. No campo Preset, você deve indicar a quantidade de tempo 
que se necessita. No exemplo, colocou-se 15, que, com a base de tempo 
1 segundo, o temporizador contará 15 segundos. O campo Accum é 
um acumulador. Ele vai acrescentando uma unidade até que o valor 
do acumulador seja igual ao campo Preset. Este é o momento em que 
termina a contagem. O campo EM será ativado assim que a linha lógica 
do temporizador seja ativada. O campo DN será ativado quando termina 
a temporização.
Figura 9 – Representação da instrução RTO
Fonte: elaborado pela autora.
Instrução TOF (Time OFf delay – Temporizador para desligar)
O TOF é uma instrução que desliga a saída após o tempo determinado 
pelo operador. A Figura 10 representa essa instrução na linguagem 
Ladder. A configuração desse temporizador é semelhante ao 
temporizador TON. O TON começa a temporizar quando há 
continuidade na lógica da linha. No TOF, a linha começa ativada 
e, quando não há mais continuidade na linha, o TOF é acionado e 
a saída é desligada. Além disso, na saída DM do TON, a saída só é 
ativada após a contagem do temporizador. No TOF, a saída DN já se 
141
inicia ativada e desligará após a contagem de tempo. Na prática, é o 
desligamento retardado da bobina de um relé.
Figura 10 – Representação da instrução TOF
Fonte: elaborado pela autora.
Instrução RTO (Retentive Timer On – Temporizador com retenção)
Essa instrução é semelhante ao TON. A diferença é que o TON 
mantém a saída EN ativa enquanto a condição lógica da linha der 
continuidade. Já o RTO vai manter a saída ativa mesmo que não haja 
continuidade da linha. O RTO só vai desativar a saída EN quando for 
resetada pela saída Reset. O Reset leva a saída à condição 0. A Figura 
11 apresenta um temporizador RTO com as predefinições de número 
do contador e o preset de contagem, além das suas saídas EN e DN.
Figura 11 – Representação da instrução RTO
Fonte: elaborado pela autora.
142
Instrução CTU (CounT Up – Contar para cima)
Na instrução CTU, a CPU verifica se há continuidade na linha lógica do 
contator. O contador somente incrementa o acumulador quando a linha 
lógica passa do estado descontinuado para o estado de continuidade. 
A Figura 12 representa o contador CTU. A saída EN será ativada sempre 
que o contador for incrementado. Já a saída DN será ativada somente 
quando o valor do acumulado for igual ao valor de preset.
Figura 12 – Representação da instrução CTU
Fonte: elaborado pela autora.
1.1.3. Categoria C: aritméticas
As principais instruções aritméticas presentes no CLP são ADD (adição), 
SUB (subtração), MUL (multiplicação), DIV (divisão) e Q (raiz quadrada). 
A Figura 13 é um exemplo da operação aritmética Adicionar. A instruçãosoma o conteúdo da Source A (Fonte A) que, neste caso, é 3, com o 
conteúdo da Source B (Fonte B) que, no exemplo, é o acumulado do 
contador C3:5. O resultado está sendo destinado ao N7:0.
Figura 13 – Representação de uma instrução aritmética
Fonte: elaborado pela autora.
143
1.1.4. Categoria D: manipulação de dados
São várias as instruções de manipulação de dados. As principais 
são: MOV (mover), And (E lógico), OR (Ou lógico), XOR (Ou Exclusivo), 
NOT (Não lógico), FFL (primeiro a entrar, primeiro a sair) (MORAES; 
CASTRUCCI, 2010). A Figura 14 apresenta um exemplo de instrução de 
manipulação de dados, o MOV. Se há continuidade da lógica de linha, o 
conteúdo de Source (Fonte), que no exemplo da Figura 14 é o valor 4, vai 
para o destino N7:2.
Figura 14 – Representação da instrução MOV
Fonte: elaborado pela autora.
1.1.5. Categoria E: controle de fluxo 
Estas são as instruções que alteram o fluxo do programa aplicativo. 
As principais são: JSR (pule para sub-rotina), RET (retorne) e FOR NEXT 
(De Para).
As instruções fazem a CPU desviar-se para outra parte do programa 
quando a linha estiver em condição de continuidade. Um exemplo 
de instrução de desvio é a instrução JSR. Na Figura 15, havendo 
continuidade de linha, a instrução promove um desvio até outro 
programa que será determinado pelo operador no campo Program File 
Number (número do programa).
144
Figura 15 – Representação da instrução JSR
Fonte: elaborado pela autora.
1.1.6. Categoria F: transferência de dados
Há momentos em que a CPU necessita trocar dados com outras CPUs ou 
até mesmo trocar dados com memórias ou módulos de funcionalidade 
especial. Para essa finalidade, podem-se utilizar instruções tais como MSG 
(Mensagem), BRW (Block Transfer Write, escrever bloco de transferência) 
ou BTR (Block Transfer Read, ler o bloco de transferência). A Figura 16 
representa a instrução MSG. Essa instrução escreve os dados da CPU em 
outra CPU e faz a leitura dos dados de outra CPU. No campo Type, coloca-se 
que tipo de comunicação está sendo feita entre os CLP. Exemplo disso seria 
uma comunicação ponto a ponto. No campo Read/Write, é indicada a parte 
da memória que vai ler e escrever. No campo Target Device, coloca-se para 
quem será endereçada essa troca, podendo ser outro CLP. A instrução MSG 
possui três saídas. A saída EM é ativada quando a instrução MSG é ativada. 
A saída DN é ativada após a execução com sucesso da transferência de 
dados. A saída ER só é acionada quando há um erro na transmissão.
Figura 16 – Representação de instrução Message
Fonte: elaborado pela autora.
145
1.1.7. Categoria avançadas
São funções do tipo logarítmica, exponencial e trigonométricas que são 
utilizadas para desenvolvimento do programa aplicativo.
1.2. Linguagem de blocos de função
A linguagem de bloco de função utiliza blocos preexistentes para 
alguns algoritmos mais complexos, tais como Função PID (proporcional, 
integrativo e derivativo), filtros, lógica booleana, entre outros. A Figura 
17 apresenta um exemplo de bloco de função que utiliza a função AND, 
NOT e ≥ 1 (maior ou igual a 1). A saída O3 será ativada se I1 e I2 forem 
ativados e a entrada 3 for desativada. O bloco de função ≥ 1 recebe a 
entrada do bloco de função & (AND) e da entrada I4. A saída O3 será 
ativada se a saída do bloco & for ativada ou se a entrada I4 for ativada.
Figura 17 – Exemplo de bloco de função
Fonte: elaborado pela autora.
Característica do bloco de função:
• as variáveis do bloco de função não são acessíveis pelo usuário, 
somente suas entradas e saídas;
• o bloco de função só é executado quando o programa solicitar 
explicitamente;
146
• o bloco de função também pode ser solicitado na linguagem 
Ladder ou lista de instrução.
1.2.1. Blocos biestáveis
Em um bloco biestável SR, o comando SET é quem predomina. A Figura 
18 é uma representação do bloco biestável SR. A saída Q2 será ativada 
(colocada para 1) quando S2 for verdadeiro, mesmo que o R seja 
também verdadeiro.
Figura 18 – Representação da lógica do tipo SR e sua equivalência lógica
Fonte: elaborado pela autora.
Outro bloco biestável é o RS. Ao contrário de SR, no RS, quem domina 
o comando é o sinal de Reset. Assim, mesmo que o sinal de Set esteja 
ativo, a saída será levada ao estado 0. A Figura 19 representa o RS e sua 
equivalência lógica. Assim, pela lógica, no bloco OR, mesmo que o sinal 
S (Set) esteja no estado 1, no bloco AND, o sinal de R será negado, de 
forma que Q3 será levado ao estado lógico 0.
Figura 19 – Representação da lógica do tipo RS e sua equivalência lógica
Fonte: elaborado pela autora.
147
Há blocos de função para temporizadores TON, TOF, RTC, contadores, 
comparadores, operação flip-flop, média diferença, atraso, 
monitoração, etc.
1.3. Linguagem Sequential Flow Chart (SFC)
A linguagem SFC é desenhada na vertical e é constituída de:
• passos;
• transições;
• ações qualificadoras.
Vejamos o exemplo de um sistema de ar-condicionado. O motor M1 
possui duas velocidades: baixa velocidade (BV), quando acionado 
por um botão de partida, e alta velocidade (AV), quando um sensor 
de temperatura é ativado. AV funciona até que a temperatura caia, 
quando então o motor volta a BV. Um motor M2 é acionado pelo 
sensor de temperatura e por um sensor de umidade. Este deverá 
ficar ligado no máximo por uma hora. A Figura 20 apresenta o SFC do 
sistema de ventilação. O início se dá pelo acionamento da chave de 
partida (CP). No momento que o sensor de temperatura ST é ativado, 
o M1 vai a alta velocidade (AV) e o motor M2 é acionado. O motor M1 
ficará em AV até que o sensor de temperatura deixe de atuar, quando 
então passará a BV. Já o motor M2, conforme se pode ver pela Figura 
20, ficará ligado até que o temporizador chegue a 60 minutos, ou 
seja, uma hora.
148
Figura 20 – SFC de um sistema de ventilação
Fonte: MORAES; CASTRUCCI, 2010, p. 101.
1.4. Estrutura do SFC e regras de evolução
1.4.1. Passo
No SFC, o retângulo do passo corrente fica destacado. Existem algumas 
variáveis que estão associadas ao passo. A variável FLAG indica passo 
em atividade. Esse tem a forma (nome do passo).X . Torna-se verdadeira 
(1) enquanto o passo estiver em atividade. Um exemplo de variável é a 
M1AV.X. Ela será igual a 1 sempre que M1AV estiver em atividade. Essa 
variável pode ser utilizada em qualquer outro ponto do programa.
Há também a variável tempo em nosso exemplo. Essa variável 
tem a forma (nome do passo). T1. Ela é útil para caracterizar a 
temporização do passo.
149
1.4.2. Transição
A transição é representada como uma barra horizontal entre dois 
passos. Essa é uma barreira que precisa ser superada. Quando se 
satisfaz um conjunto de condições lógicas, que pode ser um controle 
aritmético, controles temporais e outras lógicas, a barreira é suprimida e 
o programa passa para o próximo passo.
1.4.3. Ações
Ocorrem em cada passo ações sobre o sistema automatizado e são 
caracterizadas por retângulo à direita do símbolo do passo. Na Figura 21, 
no lado direito do passo M1BV, está o retângulo da Ação de ligar o motor 
M1 com BV.
Figura 21 – Exemplo de ações
Fonte: elaborado pela autora.
1.4.4. Simultaneidade
Há ocasiões em que vários passos devem estar habilitados para passar 
para o passo seguinte. A isso chamamos de simultaneidade. Nesse caso, 
a transição é representada por duas linhas paralelas na horizontal. Está 
representada na Figura 22 a transição não habilitada, pois o bloco 39 
não havia sido finalizado. Na transição habilitada, os passos 37, 38 e 39 
150
apresentam condições de superar a barreira de transição. Na transição 
disparada, os blocos 37, 38 e 39 deixam de ser destacados e, neste 
momento, os blocos 40 e 41 ficam em destaque, indicando que estes são 
os blocos que estão em atividade.
Figura 22 – Regra de simultaneidade
Fonte: MORAES; CASTRUCCI, 2010, p. 106.
1.4.5. Derivação em malha fechada condicional
A Figura 23 apresenta um programa que vai do passo 3 até o passo 7, 
em sequência. Nas transições,temos as condições de qualificação para 
que cada passo supere a barreira de transição. Contudo, se a variável 
A for para o estado 0, o programa deriva diretamente para o passo 7. A 
derivação é sempre tomada no sentido à frente.
151
Figura 23 – Derivação
Fonte: elaborado pela autora.
1.4.6. Malha fechada
A Figura 24 apresenta um sistema em malha fechada que se inicia no 
passo 3 e vai até o passo 7. A condição de transição do passo 6 para o 
passo 7 determina que D deve ser igual a 1. Enquanto D for igual a 0, o 
programa retorna para o passo 4.
Figura 24 – Malha fechada
Fonte: elaborado pela autora
152
Nesta disciplina, você compreendeu que a linguagem Ladder foi criada 
para ser semelhante a um circuito elétrico para facilitar a programação 
pelo usuário que estava acostumado com a nomenclatura e com a lógica 
de relés. Também aprendeu que existe, além da linguagem Ladder, a 
linguagem por bloco de funções e por Sequential Flow Chart (SFC). Aqui 
foram apresentadas algumas instruções de programação, de forma que 
você poderá iniciar programação do CLP para sistema simples e usar a 
linguagem de programação com a qual você tenha mais afinidade.
TEORIA EM PRÁTICA
A ilustração a seguir é de uma máquina de envasar garrafas. 
Considere que já existe uma garrafa embaixo do bico de 
enchimento. Abra o bico de envase quando o processo 
for iniciado. O bico do envase deve ficar aberto por um 
certo tempo para encher a garrafa. Após o enchimento, 
o motor da esteira deve ser acionado para a troca de 
garrafas. Envase 40 garrafas. Monte em linguagem Ladder, 
o programa dessa aplicação.
Figura 25 – Máquina de envase
Fonte: adaptado de Capelli (2013).
153
VERIFICAÇÃO DE LEITURA
1. As entradas e saídas são representadas por uma palavra 
de memória que pode ser de 8 bits. As instruções de bit 
são utilizadas para:
a. Escrever uma palavra na memória.
b. Representar as entradas e saídas de um diagrama lógico.
c. Ler uma palavra no diagrama lógico.
d. Trocar mensagens entre CLPs.
e. Determinar um fluxo de programa.
2. A IEC 61.131 cita cinco tipos de programação que podem 
ser desenvolvidas no CLP. Qual das linguagens de 
programação se assemelha ao circuito elétrico?
a. Ladder.
b. SFC.
c. Bloco de funções.
d. Lista de instruções.
e. Texto estruturado.
3. Uma das linguagens de programação do CLP chama-se 
Sequential Flow Chart (SFC). Quais são as etapas do SFC?
a. Ler entradas, executar o programa, escrever as saídas.
b. Entradas, executar lógica e saída.
c. Entrada, bloco de função e saída.
d. Entrada, temporização, movimentação de dados e saída.
e. Passo, transição e ação.
154
Referências bibliográficas
3S-SMART. Codesys: software de programação. Disponível em: https://www.
codesys.com. Acesso em: 20 mai. 2019.
CAPELLI, A. Automação industrial: controle do movimento e processos contínuos. 
3. ed. São Paulo: Érica, 2013.
MORAES, C. C.; CASTRUCCI P. L. Engenharia de automação. 2. ed. Rio de Janeiro: 
LTC, 2010.
International Electrotechnical Commission – IEC. IEC 61.131-3: Programmable 
controllers–Part 3: Programming languages. Suíça, 2013.
Gabarito
Questão 1 – Resposta C
Resolução: para escrever, ler ou trocar dados, é necessário usar 
a instrução MSG. O fluxo do programa pode ser alterado pelas 
instruções Derivação ou Malha Fechada no SFC.
Questão 2 – Resposta A
Resolução: todas as alternativas são programas para 
desenvolvimento do software aplicativo do CLP. Somente a 
linguagem Ladder se assemelha ao circuito elétrico.
Questão 3 – Resposta E
Resolução: na linguagem Ladder, o CLP lê as entradas, executa 
o programa e escreve as saídas. Em uma linha lógica, o CLP lê a 
entrada, executa a lógica da linha e atua a saída. Na linguagem de 
bloco de função, o CLP lê a entrada, executa o bloco de função e 
escreve na saída. Entrada, temporização, movimentação de dados 
e saída são instruções de bloco de funções. Passo, transição e saída 
são etapas do SFC.
https://www.codesys.com
https://www.codesys.com
155
	Sumário
	Apresentação da disciplina
	Automação da medição
	Objetivos
	1. Introdução
	2. Organização de sistemas automatizados
	3. Lógica em sistemas de controle automatizados
	4. Tipos de sistemas de automação
	Verificação de leitura
	Referências bibliográficas
	Gabarito
	Análise de sistemas e processos industriais
	Objetivos
	1. Introdução
	2. Componentes presentes em sistemas de automação
	3. A indústria e seus processos
	4. Controles complexos
	Verificação de leitura
	Referências bibliográficas
	Gabarito
	Controladores Lógicos Programáveis
	Objetivos
	1. História da automação
	2. A arquitetura do CLP
	3. Ciclo de scan do CLP
	4. Endereçamento das E/S
	5. Terminal de programação
	6. Linguagens de programação
	7. Estrutura de programa
	Verificação de leitura
	Referências bibliográficas
	Gabarito
	Sistemas Digitais de Controle Distribuído
	Objetivos
	1. Introdução
	2. Conceito de Sistema Digital de Controle Distribuído (SDCD)
	2.1. A pirâmide do SDCD
	3. Aplicações de SDCD
	Verificação de leitura
	Referências bibliográficas
	Gabarito
	Sistemas de controle híbridos
	Objetivos
	1. Introdução
	2. Conceito de processo híbrido
	3. Conceito básico de sistema de controle híbrido
	4. Comparação entre CLP e DCS
	5. Conceito aprimorado de sistema de controle híbrido
	6. Arquitetura de sistema de controle híbrido
	Verificação de leitura
	Referências bibliográficas
	Gabarito
	Controle de caldeiras, reatores e tanques
	Objetivos
	1.Introdução
	2. Fundamentos
	3. Controle em caldeiras, reatores e tanques
	Verificação de leitura
	Referências bibliográficas
	Gabarito
	Fundamentos de programação em CLPs
	Objetivos
	1. Linguagem Ladder
	Verificação de leitura
	Referências bibliográficas
	Gabarito