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AUTOMAÇÃO E INFORMÁTICA 
INDUSTRIAL 
 
REVISÃO 02 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Prof. Dr. Júlio Cesar Braz de Queiroz 
Fevereiro de 2023 
SUMÁRIO 
1. INTRODUÇÃO ............................................................................................................................. 7 
2. ESTRUTURA DE SISTEMAS INTEGRADOS ......................................................................... 7 
2.1. Sistemas de Instrumentação ................................................................................................... 11 
2.2. Sistemas de Controle .............................................................................................................. 11 
2.3. Sistemas de Supervisão .......................................................................................................... 12 
2.4. Sistemas de Otimização ......................................................................................................... 13 
2.5. Sistemas de Gestão da Informação......................................................................................... 14 
2.6. Sistemas de Execução da Manufatura .................................................................................... 14 
2.7. Sistemas de Gestão Corporativa ............................................................................................. 15 
2.8. Caracterização de Dados e Sistemas ...................................................................................... 15 
3. SISTEMAS DA TECNOLOGIA DA AUTOMAÇÃO ............................................................ 17 
3.1. Sistemas de Instrumentação ........................................................................................... 17 
3.1.1. Especificação da Instrumentação ................................................................................... 17 
3.1.2. Tecnologia dos Sistemas de Instrumentação ................................................................. 18 
3.2. Sistemas de Controle ...................................................................................................... 19 
3.2.1. Especificação dos Sistemas de Controle ........................................................................ 20 
3.2.2. Tecnologia dos Sistemas de Controle ............................................................................ 21 
3.3. Redes de Campo............................................................................................................. 25 
3.3.1. Especificação das Redes de Campo ............................................................................... 25 
3.3.2. Tecnologia das Redes de Campo ................................................................................... 26 
3.4. Sistemas de Supervisão .................................................................................................. 37 
3.4.1. Especificação dos Sistemas de Supervisão .................................................................... 38 
3.4.1.1. Especificação do hardware das Estações de Engenharia e Operação ............................ 38 
3.4.1.2. Especificação do Sistema Operacional .......................................................................... 39 
3.4.1.3. Especificação do software para configuração do Sistema de Supervisão ...................... 39 
3.4.2 Tecnologia dos Sistemas de Supervisão ........................................................................ 40 
3.5. Sistemas de Otimização ................................................................................................. 45 
3.5.1. Especificação dos Sistemas de Otimização ................................................................... 46 
3.5.2. Tecnologia dos Sistemas de Otimização ........................................................................ 46 
4. SISTEMAS DA TECNOLOGIA DA INFORMAÇÃO ........................................................... 51 
4.1. Sistemas de Gestão Corporativa ............................................................................................. 51 
4.2. Sistemas de Execução da Manufatura .................................................................................... 52 
4.3. Sistemas de Gestão da Informação......................................................................................... 56 
4.4. Sistemas de Gestão da Informação do Laboratório ................................................................ 58 
5. ETAPAS DE UM PROJETO DE AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL ........................................ 59 
5.1. Levantamento de Campo ........................................................................................................ 59 
5.2. Especificação Funcional ......................................................................................................... 59 
5.3. Critérios de Projeto................................................................................................................. 59 
5.4. Fluxogramas P&I (Processo e Instrumentação) ..................................................................... 60 
5.5. Instrumentação do fluxograma P&I ....................................................................................... 60 
5.6. Arranjo da Sala de Controle ................................................................................................... 61 
5.7. Relação de entradas e saídas dos controladores ..................................................................... 62 
5.8. Especificação de instrumentos ............................................................................................... 62 
5.9. Folha de dados de instrumentos/equipamentos ...................................................................... 63 
5.10. Folha de Especificação para o Sistema de Automação ...................................................... 63 
5.11. Diagramas Lógicos ............................................................................................................ 64 
5.12. Diagramas Funcionais ........................................................................................................ 65 
5.13. Diagramas de interligação .................................................................................................. 65 
5.14. Diagramas de Malhas ......................................................................................................... 66 
5.15. Relação de Circuitos e Cargas ........................................................................................... 66 
5.16. Diagrama Unifilar .............................................................................................................. 67 
5.17. Lista de Instrumentos ......................................................................................................... 67 
5.18. Plantas de locação de instrumentos .................................................................................... 67 
5.19. Lista de Materiais ............................................................................................................... 68 
5.20. Lista de Cabos .................................................................................................................... 69 
5.21. Planilhas de Cabos ............................................................................................................. 69 
5.22. Lista de Cabos para lançamento ......................................................................................... 69 
5.23. Gestão de Suprimentos....................................................................................................... 69 
5.24. Análise Técnica de Propostas ............................................................................................ 69 
5.25. Comentário de desenhos de fornecedores .......................................................................... 70 
5.26. Roteiro de Aceitação ..........................................................................................................70 
5.27. Programação de CLP ......................................................................................................... 70 
5.28. Configuração do Software De Supervisão ......................................................................... 71 
5.29. Desenvolvimento de drivers .............................................................................................. 72 
5.30. Testes de Plataforma .......................................................................................................... 72 
5.31. Elaboração de Manuais ...................................................................................................... 72 
5.32. As-Built............................................................................................................................... 72 
5.33. Implantação do Sistema ..................................................................................................... 73 
 
7 
1. INTRODUÇÃO 
O termo automação está associado, fundamentalmente, à aplicação de dispositivos que 
visam substituir o trabalho braçal, insalubre ou repetitivo. O termo informação está associado, por 
sua vez, ao processamento de dados para o monitoramento de atividades e processos e à tomada de 
decisões. A integração de ambos resulta em sistemas de automação e informação, que podem ser 
implantados em ambientes residenciais, comerciais ou industriais, proporcionando benefícios como 
o aumento da produtividade e da qualidade, redução dos custos e maior agilidade nos processos de 
tomada de decisões. 
 
A presente disciplina tem como objetivo apresentar ao aluno informações sobre a integração 
de sistemas de automação e informação em ambientes industriais, cujos conceitos mais complexos, 
podem ser estendidos e aplicados aos demais ambientes, desde que devidamente adequados à 
natureza dos processos. Serão apresentadas as principais características desses sistemas, como 
infraestruturas, interfaces, arquiteturas e configurações mais utilizadas. A abordagem do tema não 
está vinculada a qualquer tipo de produto de mercado, sendo que os conceitos e funcionalidades dos 
dispositivos são apresentados em âmbito geral. 
2. ESTRUTURA DE SISTEMAS INTEGRADOS 
Sistemas integrados de informação e automação são comumente representados em camadas, 
na forma de uma pirâmide, como ilustra a figura 1. 
 
 
 
Figura 1 - A pirâmide de sistemas integrados 
 
A Tecnologia da Automação (TA) é um conjunto de técnicas que pode ser aplicado em 
diversos ambientes, como o empresarial, industrial, comercial, predial ou residencial. Baseia-se 
fundamentalmente na aplicação de dispositivos que visam substituir o trabalho braçal, insalubre ou 
repetitivo. Processos automatizados proporcionam benefícios inegáveis em relação ao aumento da 
produtividade, redução dos custos e melhoria global da qualidade. Podem trazer, entretanto, alguns 
efeitos colaterais dos quais podemos apontar como sendo o pior o desemprego. 
 
A automação e a computação são duas áreas que têm muito em comum. Podemos considerar 
que os processadores e de maneira geral os computadores foram e ainda são uma ferramenta 
essencial na implementação de sistemas automatizados. Estas áreas estão em constante evolução em 
8 
decorrência de novas tecnologias, que introduzem a cada ano, novos componentes, novos materiais, 
novas arquiteturas e configurações para a construção de dispositivos e equipamentos. 
 
Os primeiros sistemas de automação possuíam tamanho avantajado, com capacidade, 
desempenho, confiabilidade e disponibilidade reduzida. Os sistemas modernos reverteram estas 
características desfavoráveis e hoje se mostram surpreendentemente pequenos, com grande 
capacidade de processamento o que lhes atribui alto desempenho, são extremamente confiáveis e 
com altos índices de disponibilidade. 
 
Uma das principais mudanças trazida pelo avanço tecnológico foi a distribuição de recursos 
e dados pelos diversos componentes de um grupo de computadores. Outrora, tarefas e dados eram 
processados em uma única máquina, servidor main-frame, que concentrava e geria todos os 
recursos de processamento e armazenamento dentro de uma arquitetura centralizada, como ilustra a 
figura 2. Os sistemas de controle eram separados do nível corporativo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2 - Arquitetura centralizada 
 
A descentralização trouxe maior autonomia e maior disponibilidade de recursos uma vez que 
cada equipamento, dotado de uma unidade de processamento e outra de armazenamento própria, 
tornou-se capaz de realizar tarefas, armazenar dados localmente e intercambiar dados e informações 
com outros equipamentos conectados através de uma rede constituindo uma arquitetura distribuída, 
como mostra a figura 3. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Nível de Controle 
Funções: Controle 
Sequenciamento 
Intertravamento 
Rede Corporativa 
Controladores Locais 
Eletrônicos ou 
Eletromecânicos (Relés) 
Nível da Instrumentação 
Funções: Medição 
 Atuação Atuadores 
Sensores 
Super 
Computadores 
Nível Corporativo 
Servidor Main-Frame 
Processamento de Dados 
 
 
 
Terminais 
“burros” 
9 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3 - Arquitetura de sistemas integrados 
 
Um exemplo claro da distribuição de tarefas e da possibilidade de sua realização em 
diversos níveis de um sistema de automação é a tarefa de controle: 
− Os primeiros algoritmos de controle foram implementados em módulos alojados em 
painéis e alocados no campo junto aos equipamentos sensores e atuadores, 
desempenhando um controle local; 
− Numa segunda etapa, a tarefa de controle passou a ser desempenhada por painéis de relés, 
nos quais eram implementadas as lógicas de controle, intertravamento e seqüenciamento; 
− Dos painéis de relés, ainda existentes e aplicados em áreas de segurança máxima, 
passamos aos controladores programáveis, que assumiram todas as tarefas até então 
desempenhadas pelos relés; 
− A utilização de computadores para desempenhar a interface com o usuário possibilitou 
que o controle também fosse implementado na camada de supervisão, apesar de não 
muito confiável devido à vulnerabilidade destes equipamentos; 
− Mais recentemente, o controle voltou a ser implementado na camada do chão de fábrica 
com a nova geração de instrumentos digitais conectados em rede de campo. 
 
Não existe a priori, uma configuração única ou uma regra que determine onde os recursos 
deverão ser alocados, onde as tarefas deverão ser desempenhadas ou onde os dados deverão ser 
armazenados. Cada sistema deverá possuir uma configuração de hardware e software adequada às 
suas necessidades, estar apto a receber dispositivos de outros fabricantes (sempre que possível) bem 
como prever capacidade para expansões e futuras mudanças. 
 
 Outra evolução significativa também pode ser vista na figura 3, foi a integração dos sistemas 
de automação aos sistemas de informação. Nesta configuração, a TA passa a ser fornecedora de 
dados para a Tecnologia da Informação (TI) e a qualidade dos resultados da TI passa a ser 
dependente da qualidade dos dados da TA. 
 
Sistemas de Controle 
Rede Corporativa 
Rede de Controle 
Controladores 
Programáveis 
Sistemas de Execução da Manufatura 
 
Sistemas de Gestão da Informação 
 
Sistemas de Otimização 
 
Sistemas de Supervisão 
Equipamentos 
inteligentes 
Rede de Campo 
Estações 
Gerenciais Sistemas de Gestão Corporativa 
Estações de 
Informação e 
Execução da 
Manufatura 
 
 
 
 
 
 
Estações de 
Supervisão 
Estações de 
Otimização 
 
 
 
 
 
 
Sistemas de Instrumentação 
Atuadores 
Sensores Dispositivos 
inteligentes 
10 
O conceito de Tecnologia da Informação (TI) é bastante abrangente e envolve além dos 
aspectos técnicos de processamento de dados, sistemas de informação, engenharia de sistemas e 
estruturas de hardware e software,os aspectos humanos, administrativos e organizacionais (KEEN, 
1993). Alguns autores fazem distinção entre a TI e os Sistemas de Informação, restringindo à 
primeira expressão apenas os aspectos técnicos, enquanto que a segunda corresponderia às questões 
relativas ao fluxo de trabalho, pessoas e informações envolvidas (ALTER, 1992). Outros autores, 
no entanto, usam o termo Tecnologia da Informação abrangendo ambos os aspectos (HENDERSON 
& VENKATRAMAN, 1993). 
 
Ao longo de sua trajetória, a TI passou de uma estrutura tradicional de suporte 
administrativo a uma ferramenta estratégica dentro das organizações (CORRÊA & CORRÊA, 
2005). Na evolução temporal dos modos de atuação das empresas, ilustrada na figura 4 (FREITAS, 
2006), distinguem-se três planos: Operacional, Tático e Estratégico. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 4: Evolução dos modos de atuação das empresas 
 
No passado, o sucesso dos empreendimentos era determinado pelas habilidades nos planos 
tático e operacional, ou seja, alocação rápida dos recursos e tecnologias para aproveitar as 
oportunidades das economias de escala. Durante esse período, os sistemas de controle financeiro 
foram suficientes e eficazes nas tarefas de facilitar e monitorar a alocação de capital financeiro e 
físico. Entretanto, com a disponibilidade e o crescimento da influência da informação nos setores 
produtivo e gerencial, muitas das premissas fundamentais associadas a esta dinâmica tornaram-se 
ineficientes e obsoletas. Este fato foi confirmado por Reis em sua dissertação (REIS, 2001), na qual 
relata que as empresas não conseguem mais obter vantagens competitivas sustentáveis apenas com 
a rápida alocação de novas tecnologias a ativos físicos e com a excelência da gestão eficaz dos 
ativos e passivos financeiros. Segundo ele, uma das formas de adequar este modelo da contabilidade 
financeira é ampliá-lo de modo que incorpore a avaliação dos ativos intangíveis e intelectuais de 
uma empresa. 
 
O presente mostra uma preocupação crescente das empresas no sentido de aperfeiçoar suas 
ferramentas de TI e buscar meios para fundamentar seus procedimentos em metodologias 
consolidadas, de modo a aumentar a efetividade das decisões tomadas, pois tão importante quanto 
gerar a informação é saber usá-la para agregar valor a atividades e processos. Outra questão 
relevante está associada à necessidade de expandir o modo de atuação estratégico, até então 
empregado somente na gestão corporativa, aos sistemas produtivos. Esta necessidade vem sendo 
atendida a partir da evolução das redes de comunicação, que permitem integrar, em um mesmo 
meio físico, todos os setores da empresa, desde o chão-de-fábrica aos setores corporativos. Neste 
sentido, cresce a importância dos Sistemas de Automação, que passam a desempenhar o papel de 
fornecedores de dados dos processos produtivos para os Sistemas de Informação (GROOVER, 
2011). Desta forma, é inevitável estabelecer uma ampla integração entre a TI e a Tecnologia da 
Automação (TA). 
 
Passado Presente Futuro 
Estratégico 
Tático 
Operacional 
11 
A implantação da TI integrada à TA não é uma tarefa simples nem tão pouco rápida. Tal 
integração deve suplantar as diferenças técnicas e culturais dos extremos opostos da corporação, o 
chão-de-fábrica e o corporativo. É necessário estabelecer um planejamento de longo prazo para 
organizar a implantação de forma gradual, incorporando em cada etapa, evoluções das ferramentas 
computacionais (hardware e software) bem como o conhecimento advindo da utilização dos 
sistemas em todos os setores. Outra questão a ser enfrentada é a descrença quanto à efetividade dos 
resultados obtidos a partir do uso de ferramentas de TI, face ao montante de investimento necessário 
(PORTER, 2001; DRUCKER, 2000; EVANS & WURSTER, 1999; FRONTINI, 1999). Em última 
instância, os resultados advindos da TI estão fortemente associados aos processos de tomada de 
decisão, que envolvem múltiplos critérios, múltiplas alternativas de solução, pessoas com formação 
e interesses distintos e apresentam incertezas nas informações (QUEIROZ, 2009). 
 
Este material pretende ampliar os conhecimentos dos profissionais de engenharia e áreas 
afins nos universos da TA, e dar subsídios à elaboração de soluções de problemas enfrentados pelas 
empresas em seus processos produtivos. 
 
As menções presentes no texto não estão vinculadas a qualquer tipo de produto de mercado, 
sendo que os conceitos e funcionalidades dos dispositivos são apresentados em âmbito geral. As 
figuras apresentadas no texto são de caráter meramente ilustrativo. 
2.1. Sistemas de Instrumentação 
 A primeira camada da pirâmide a partir da base é formada pelos Sistemas de 
Instrumentação. Eles são compostos por: 
− Sensores, que realizam as medidas do processo com base em fenômenos físicos; 
− Transdutores, que traduzem estas medidas em sinais elétricos ou conjunto de bits para 
que possam ser transmitidas aos dispositivos de controle; 
− Atuadores, que agem sobre o processo sob o comando dos controladores; 
− Dispositivos inteligentes, dotados de microprocessadores e capazes de realizar tarefas 
programadas e disponibilizar dados processados. 
 
A figura 5 apresenta exemplos de componentes dessa camada: 
 
 
 
Figura 5 – Exemplos de instrumentos industriais 
 
É sem dúvida a mais importante das camadas como afirmou Connvell em 1988: "Todo 
controle começa com a medição e a Qualidade do Controle não será maior que a Qualidade da 
Medição". Esta frase retrata bem a necessidade de um Sistema de Instrumentação que realmente 
garanta a confiabilidade dos sinais das variáveis medidas bem como a precisa atuação dos 
elementos final de controle. Constitui assim uma área de interface crítica entre o processo e os 
demais sistemas, pois o bom desempenho dos mesmos é totalmente dependente da qualidade dos 
dados fornecidos pela instrumentação. 
2.2. Sistemas de Controle 
Os Sistemas de Controle são constituídos, essencialmente, por “equipamentos inteligentes” e 
controladores programáveis. Entende-se por “equipamentos inteligentes”, os equipamentos capazes 
de desempenhar tarefas importantes para o processo, através da utilização de microprocessadores. 
Dentre os “dispositivos inteligentes” mais utilizados em plantas industriais podem ser destacados os 
12 
relés microprocessados, que realizam o gerenciamento de motores (controle, proteção e 
diagnósticos) de forma flexível e modular, em conjunto com os controladores programáveis. Uma 
ilustração de um relé microprocessado é mostrada na figura 6. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 6 – Relé microprocessado 
 
Os controladores programáveis são computadores dedicados que executam diversas tarefas 
em tempos da ordem de milisegundos. Apresentam configurações compactas, com limitada 
capacidade de expansão, ou modulares, que podem ser especificados de modo a atender as 
necessidades do processo a ser controlado. A figura 7 ilustra as duas modalidades. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
(a) (b) 
 
Figura 7 – Modelos de controladores programáveis (a) Compacto (b) Modulares 
 
Os controladores programáveis tem importância destacada em sistemas integrados, pois 
hospedam as Bases de Dados em Tempo Real (BDTR), que armazenam a maior parte dos dados dos 
processos produtivos. 
2.3. Sistemas de Supervisão 
Os Sistemas de Supervisão são responsáveis por desempenhar a interface entre usuário e 
processo. Essa interface pode ser bastante simples, como uma botoeira, um pouco mais elaborada 
como uma Interface Humano Máquina (IHM) ou complexa como os software de supervisão 
(supervisórios). A figura 8 mostra tais modalidades. 
 
 
 
 
http://www.weg.net/br/Produtos-e-Servicos/Controls/Partida-e-Protecao-de-Motores/Rele-Inteligente-SRW01
13 
 
 
(a) (b) (c) 
 
Figura 8 – Interfaces com o usuário: (a) Botoeiras(b) IHM (c) Tela de um Sistema de Supervisão 
 
Os dispositivos mais simples, como as botoeiras, são limitados a indicar o estado de 
equipamentos e possibilitar comandos básicos. As IHM apresentam recursos mais elaborados e 
permitem a implementação de lógicas de controle, segurança e operação local. Os sistemas de 
supervisão, também chamados sistemas “supervisórios” ou sistemas SCADA (Supervision Control 
and Data Acquisition) são sistemas completos de supervisão que utilizam computadores e softwares 
gráficos para representar a dinâmica do processo. Estão presentes nas salas de operações de plantas 
industriais e são utilizados para supervisão e operação remota. 
 
Alguns softwares de supervisão também hospedam uma BDTR, que pode conter dados lidos 
dos controladores programáveis, dados de entrada do operador bem como dados processados 
localmente. Outros dados importantes também são disponibilizados por estes sistemas, como 
alarmes, eventos e tendências históricas. 
2.4. Sistemas de Otimização 
Os Sistemas de Otimização têm como desafio melhorar de índices de uma planta industrial, 
a partir da modernização dos recursos instalados, adoção de estratégias de controle avançado e de 
mudanças de caráter operacional. Na maioria das vezes, estes sistemas são implementados em 
computadores dedicados e utilizam técnicas de otimização como Modelagem Matemática, 
Inteligência Artificial e estratégias de Controle Avançado, como ilustra a figura 9. 
 
 
Figura 9 – Plataforma de Sistemas de Otimização 
 
Sistemas de Otimização acessam as BDTR dos controladores programáveis para leitura e 
escrita de dados e hospedam base de dados própria. 
14 
2.5. Sistemas de Gestão da Informação 
Os Sistemas de Gestão da Informação PIMS (Plant Information Management System) 
constituem uma infraestrutura utilizada para o gerenciamento de dados em plantas industriais, que 
possibilita armazenar e processar grandes volumes de dados e gerar informações úteis aos diversos 
níveis: operação, supervisão, manutenção, produção, gestão, qualidade dentre outros. 
 
Utilizam servidores de dados para hospedam bancos de dados temporais capazes de 
armazenar longos históricos de dados de processo e bancos de dados relacionais para dados de 
outras naturezas, como na arquitetura apresentada na figura 10. 
 
 
 
Figura 10 – Arquitetura de um PIMS 
2.6. Sistemas de Execução da Manufatura 
Os Sistemas de Execução da Manufatura MES (Manufacturing Execution System) são 
responsáveis por processar os dados brutos do chão de fábrica que vão para o nível corporativo, e 
no sentido inverso, processar os dados e informações vindas do nível corporativo, adequando-as aos 
padrões do chão de fábrica, como ilustra a figura 11. 
 
Figura 11 – Arquitetura de um PIMS 
 
15 
Utilizam computadores dedicados e softwares customizados ou módulos de software 
disponibilizados pelos sistemas do nível anterior para desenvolvimento de aplicativos. 
2.7. Sistemas de Gestão Corporativa 
Os sistemas de gestão corporativa são responsáveis por suportar a programação e a gestão da 
produção, contando com poderosas ferramentas de software, baseadas no conceito ERP (Enterprise 
Resource Planning ou Planejamento dos Recursos do Empreendimento). 
 
Utilizam servidores de dados para hospedar um banco de dado relacional que centraliza os 
dados de todos os setores da corporação e um sistema gestor que integra uma gama de aplicativos 
de software destinados à gestão corporativa e produtiva da empresa e de colaboradores externos, 
como mostra a figura 12. 
 
Figura 12 – Arquitetura ERP 
 
2.8. Caracterização de Dados e Sistemas 
 Em sistemas integrados de informação e automação, os dados são disponibilizados por 
diversos sistemas, espalhados nos diversos níveis. Desta forma, é importante caracterizar os dados e 
sistemas a fim de facilitar origens, disponibilidades e finalidades dos mesmos. 
 
 A distribuição funcional é apresentada na figura 13 e descrita a seguir: 
− Fontes de dados: sistemas de instrumentação, controle, supervisão, otimização e gestão 
corporativa; 
− Repositórios: sistemas de gestão da informação e execução da manufatura; 
− Consumidores: sistemas de supervisão e gestão corporativa. 
 
16 
 
 
Figura 13 – Caracterização funcional dos dados e sistemas 
 
 A caracterização temporal é apresentada na figura 14 e descrita a seguir: 
− Milisegundos e segundos (tempo real): sistemas de instrumentação e controle; 
− Segundos e minutos: sistemas de supervisão, otimização, gestão da informação e 
execução da manufatura; 
− Minutos e horas: sistemas de gestão corporativa. 
 
 
 
 
Figura 14 – Caracterização temporal dos dados 
 
A finalidade dos dados é apresentada na figura 15 e descrita a seguir: 
17 
− Execução: sistemas de instrumentação, controle, supervisão, otimização e execução da 
manufatura; 
− Programação: sistemas de supervisão, gestão da informação e execução da manufatura; 
− Planejamento: sistemas de gestão corporativa. 
 
 
 
 
Figura 15 – Caracterização da finalidade dos dados 
3. SISTEMAS DA TECNOLOGIA DA AUTOMAÇÃO 
Este capítulo apresenta os sistemas associados à TA. 
 
Todo o desenvolvimento do projeto, bem como as especificações de equipamentos e 
dispositivos, deve atender aos Critérios de Projeto (CP) previamente definidos. 
3.1. Sistemas de Instrumentação 
A base da pirâmide dos sistemas integrados é a camada de instrumentação. Ela é composta 
por sensores, transdutores e atuadores. A instrumentação de campo é uma área de interface crítica 
entre o processo e o sistema de automação, e a qualidade dos instrumentos reflete em todas as 
camadas acima. 
3.1.1. Especificação da Instrumentação 
A especificação dos instrumentos é realizada a partir da análise do Diagrama de Fluxo de 
Processo (PFD), desenho que apresenta os todos os equipamentos da planta bem como o fluxo das 
variáveis do processo. 
 
A partir do PFD e das particularidades do processo, devem ser analisados: 
- O tipo de variável associada; 
- Os limites da variável; 
- O princípio de funcionamento; 
- A precisão necessária; 
- A velocidade de resposta; 
18 
- As funcionalidades necessárias; 
- O local de instalação; 
- O grau de risco associado; 
- A tecnologia do instrumento; 
- O tipo de comunicação; 
- Outros. 
 
Os instrumentos são então alocados sobre o PFD, dando origem ao P&ID (Diagrama de 
Processo e Instrumentação). Para cada instrumento é gerada uma Folha de Dados (FD) que será 
utilizada para a aquisição dos mesmos. 
3.1.2. Tecnologia dos Sistemas de Instrumentação 
Os fabricantes disponibilizam instrumentos nas tecnologias analógica e digital. A escolha da 
tecnologia depende obviamente da aplicação e da relação custo benefício. 
 
A tecnologia analógica convencional realiza a interligação dos instrumentos aos dispositivos 
de controle através de cabos, como mostrado na figura 16. Os sinais de entrada e saída são 
tipicamente correntes de 4 a 20 mA (analógicas) e tensões de 0 a 127 Vca ou 24 Vcc (discretas). 
Este tipo de tecnologia possui algumas desvantagens como: 
− Utilização de maior quantidade de cabos (2, 3 ou 4 cabos por instrumento); 
− Necessita de cartões de entrada e saída para realizar a interface com o controlador; 
− Apresenta maior vulnerabilidade a desgaste, interferência eletromagnética e mau contato; 
− Demanda maior tempo de instalação; 
− Requer mais manutenção; 
− Outras. 
 
 
Figura 16 – Interligação convencional de instrumentos 
 
A tecnologia digital oferece alguns diferenciais, sendo o mais interessante a possibilidade de 
interligação dos instrumentos em rede, como mostra a figura 17. Mesmo optando pela tecnologia 
analógica, é possível conectar os instrumentos em rede através de conversores de sinais. Entretanto, 
as características e funcionalidades da tecnologia digital não estarão presentes. A tecnologia digital 
oferece algumas vantagens como: 
− Interligação dos instrumentosem rede; 
− Redução drástica da necessidade de cabos e cartões de controladores; 
− Menor tempo de instalação; 
− Programação e configuração de instrumentos através de rede; 
− Realização de diagnósticos dos instrumentos e emissão de alarmes e mensagens; 
− Desenvolvimento de estratégias de controle no próprio instrumento; 
− Implementação e execução de tarefas via software; 
− Outras. 
Sistema de Supervisão 
Controlador 
19 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 17 – Interligação de instrumentos em rede 
 
Com a possibilidade de elaborar e executar estratégias de controle no nível dos instrumentos, 
como ilustrado na figura 18, é necessário definir a hierarquia de controle na etapa de projeto. O 
controle pode ser executado no nível dos controladores ou no nível dos instrumentos. Caso optemos 
por realizar o controle no nível dos instrumentos, o controlador é dispensável? 
 
 
 
Figura 18 – Estratégia de Controle executada no nível dos instrumentos 
3.2. Sistemas de Controle 
Esta camada é composta por relés e controladores programáveis, comumente denominados 
controladores. A figura 19 ilustra o fluxo das variáveis e o papel do controlador em uma 
configuração típica de um sistema de controle industrial. 
 
 
 
 
 
Figura 19 – Configuração de um sistema de controle industrial 
Medidor Atuador 
 
Sinal de Referência 
 
(Set point) 
Valor da Variável de Processo 
Detecção do Erro / Processamento da 
Lógica de Controle 
Sinal para o Atuador 
Medidor Atuador 
Sistema de Supervisão 
Controlador 
PROCESSO 
20 
Os valores desejados para as variáveis de processo (set points) são definidos pelo operador 
no software de supervisão. Estes valores são lidos pelo controlador e armazenados na Base de 
Dados em Tempo Real (BDTR) do mesmo. Os dados dos instrumentos também são lidos 
continuamente e armazenados na BDTR. Quando a lógica implementada no controlador detecta um 
desvio da variável de processo em relação ao set point, age sobre o processo enviando comandos ao 
atuador. Além da tarefa de controle, o controlador também pode ser responsável pelas tarefas de 
sequenciamento e intertravamento. 
3.2.1. Especificação dos Sistemas de Controle 
A especificação destes dispositivos é realizada a partir das quantidades de entradas e saídas 
identificadas no P&ID, acrescidas de uma margem de segurança, e das funcionalidades necessárias. 
O levantamento destes dados dá origem ao documento Relação de Entradas e Saídas (IO List). 
 
Além dessas questões básicas, para os controladores programáveis, devem ser definidos: 
− A tecnologia do controlador; 
− O princípio de funcionamento (pneumático, hidráulico ou eletrônico); 
− A fonte de alimentação; 
− A CPU; 
− A velocidade de processamento; 
− A capacidade de memória; 
− O tipo de comunicação; 
− Cartões de rede; 
− Cartões de entrada e saída; 
− Cartões especiais para funcionalidades específicas; 
− Os racks para alocação da CPU, fonte e cartões; 
− A linguagem de programação; 
− As funcionalidades necessárias; 
− A estrutura de suporte ao usuário; 
− O local de instalação; 
− O grau de risco associado; 
− O painel para abrigar os dispositivos; 
− Outros. 
 
Para o controlador e o painel também são geradas FD. Os dispositivos são normalmente 
instalados em painéis, que devem obedecer a requisitos normativos de segurança e construção. 
Estes requisitos levam em consideração, fundamentalmente, o ambiente de instalação e as 
condições de operação. Um exemplo de painel é mostrado na figura 20. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 20 – Painel com controlador programável 
 
21 
Sistemas de controle de médio e grande porte utilizam arquiteturas distribuídas, como ilustra 
a figura 21. Nesta arquitetura a unidade principal (CPU) é instalada próximo à sala de operação. Na 
CPU é processada toda a lógica de controle, sequenciamento e intertravamento do processo. 
Através de uma rede de comunicação, a CPU é interligada a várias unidades terminais remotas 
(RTU). As RTU não possuem CPU e são instaladas em salas elétricas próximas às áreas do 
processo, a fim de facilitar as conexões dos instrumentos de campo. Caso uma RTU esteja a uma 
distância muito grande, a ponto de comprometer os requisitos de processamento em tempo real para 
controle e segurança, é recomendado instalar uma CPU para processamento local. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 21 – Arquitetura distribuída de controladores 
3.2.2. Tecnologia dos Sistemas de Controle 
Coexistem no mercado, três soluções de sistemas de controle, baseadas nas seguintes 
tecnologias: 
- CLP (Controlador Lógico Programável) + interface gráfica SCADA (Sistema de Supervisão 
e Aquisição de Dados); 
- SDCD (Sistema Digital de Controle Distribuído); 
- Sistema híbrido. 
 
O CLP teve suas origens na indústria automobilística (manufatura) e é indicado para 
processos com predominância de variáveis discretas. Está presente nos segmentos industriais de 
mineração, alimentício, têxtil, cimento, energia, outros. A figura 22 mostra ilustrações de CLP. 
 
 
 
Unidade Principal com: 
- CPU 
- Cartão de Rede 
- Acessórios 
Sala de Operação 
Unidade Remota com: 
- Cartão de Rede 
- Cartões de Entrada/Saída 
Sala Elétrica Área X 
Unidade Remota com: 
- CPU 
- Cartão de Rede 
- Cartões de Entrada/Saída 
Sala Elétrica Área Y 
Rede de Controle 
CHÃO-DE-FÁBRICA 
CHÃO-DE-FÁBRICA 
 
 
22 
 
Figura 22 – Equipamentos de CLP 
 
O SDCD teve suas origens na indústria petroquímica (transformação) e é indicado para 
processos com predominância de variáveis analógicas. Está presente também no segmento de papel 
e celulose, cujo produto apresenta alto valor agregado. A figura 23 ilustra os equipamentos de 
SDCD. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 23 – Equipamentos de SDCD 
 
Entretanto, nem todos os processos apresentam predominância explícita de variáveis 
discretas ou analógicas, como por exemplo, siderúrgico, químico, metalúrgico. Para atender estes 
segmentos, os fabricantes de SDCD desenvolveram os chamados sistemas híbridos, que agregam as 
potencialidades de ambas as tecnologias, CLP e SDCD, em um só produto. A figura 24 ilustra os 
equipamentos de sistemas híbridos. 
 
 
 
Figura 24 – Equipamentos de Sistemas Híbridos 
 
 
23 
Dessa forma, com base no critério de dominância de variáveis, é possível estabelecer a 
relação mostrada na figura 25: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 25 – Processos versus tecnologias 
 
Na prática, grande parte dos segmentos que poderiam utilizar os Sistemas Híbridos não o 
faz, devido ainda a seu alto custo, dando preferência ao CLP e agregando, quando necessário, 
sistemas de otimização tradicionais. 
 
A seguir, são apresentadas as principais características das três tecnologias, que comumente 
estão presentes nos produtos de maior penetração no mercado. Eventualmente poderão ser notados 
alguns desvios com relação a produtos existentes. 
 
PLC+SCADA SDCD Sistema Híbrido 
Fornecimento por projeto de 
integração de hardware e 
software: CPU e módulos de 
CLP, estações de engenharia e 
operação, redes de comunicação, 
softwares, engenharia básica e 
detalhada, configuração e 
integração. 
Fornecimento por projeto de 
integração de hardware e 
software: CPU e módulos de 
SDCD, estações de engenharia e 
operação, redes de comunicação, 
softwares, engenharia básica e 
detalhada, configuração e 
integração. 
Fornecimento por projeto de 
integração de hardware e software: 
CPU e módulos de CLP e SDCD, 
estações de engenharia e operação, 
redes de comunicação, softwares, 
engenharia básica e detalhada, 
configuração e integração. 
Tecnologia aberta atendendo os padrões de mercado com liberdade de 
escolha de fornecedores. 
Hardware e software padrão de mercado permitindo agilidade de 
atualização e incorporação de novos dispositivos.CPU e remotas de CLP 
distribuídas pelas áreas do 
processo para atender variáveis 
discretas e analógicas. 
CPU e remotas de SDCD 
distribuídas pelas áreas do 
processo para atender variáveis 
discretas e analógicas. 
CPU e remotas de CLP 
distribuídas pelas áreas do 
processo para atender variáveis 
discretas e CPU e remotas de 
SDCD para atender variáveis 
analógicas. 
Possibilidade de redundância com duplicação de CPU, fontes e cartões de 
entradas e saídas 
 
 
 
 
 
 
Predominância de Variáveis 
 
 
Analógicas 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Discretas 
Tecnologias 
SDCD Sistema Híbrido CLP 
24 
PLC+SCADA SDCD Sistema Híbrido 
Evolução, migração e/ou 
adaptação para a plataforma 
Windows NT tendo sido 
originalmente concebidos para 
sistemas como DOS, Windows 
3.X, OS2, etc. Nem todos os 
sistemas utilizam 
extensivamente os recursos 
disponíveis da plataforma NT 
por não serem nativos desta. 
Alguns produtos ainda utilizam a 
plataforma VMS, UNIX e outras, 
que não se consolidaram como 
tendência no mercado mundial. A 
maioria dos sistemas já está 
adotando a plataforma NT. 
Utilização da plataforma Windows 
NT como ambiente nativo 
empregando todos os recursos e 
tendências recentes em termos de 
aplicativos, arquiteturas, padrões 
de comunicação, redes, drivers, 
interfaces, etc. 
Alta eficiência no tratamento de 
variáveis discretas com funções 
dedicadas à manipulação dessas 
variáveis. Crescente melhoria 
no tratamento de variáveis 
analógicas. 
Alta eficiência no tratamento de 
variáveis analógicas com funções 
dedicadas à manipulação dessas 
variáveis. Crescente melhoria no 
tratamento de variáveis discretas. 
Alta eficiência no tratamento de 
variáveis analógicas e discretas 
com funções dedicadas à 
manipulação de ambas as 
variáveis. 
Requer maior esforço de 
configuração e manutenção, 
sendo geralmente necessário, 
um profissional para realizar a 
programação do nível de 
controle e outro para configurar 
o sistema de supervisão. 
Redução do esforço de 
configuração sendo que um único 
profissional pode realizar a 
programação do nível de controle 
e configurar a supervisão. 
Redução do esforço de 
configuração sendo que um único 
profissional pode realizar a 
programação do nível de controle 
e configurar a supervisão. 
Bases de Dados de Tempo Real 
localizadas no nível de 
supervisão e no nível dos 
controladores, o que dificulta a 
construção e manutenção da 
consistência e da confiabilidade 
dos dados cadastrados. 
Bases de Dados de Tempo Real 
localizadas no nível dos 
controladores, o que facilita a 
construção e manutenção da 
consistência e da confiabilidade 
dos dados cadastrados. 
Bases de Dados de Tempo Real 
localizadas no nível dos 
controladores, o que facilita a 
construção e manutenção da 
consistência e da confiabilidade 
dos dados cadastrados. 
Capacidade de gerenciar Bases 
de Dados de Tempo Real com 
aproximadamente 15.000 
pontos de I/O sem 
comprometimento de 
performance. (*) 
Capacidade de gerenciar Bases 
de Dados de Tempo Real com 
aproximadamente 50.000 pontos 
de I/O sem comprometimento de 
performance. (*) 
Capacidade de gerenciar grandes 
Bases de Dados de Tempo Real 
com aproximadamente 50.000 
pontos de I/O sem 
comprometimento de performance. 
(*) 
Execução da lógica de processo, 
intertravamentos, controle 
convencional no PLC. 
Execução da lógica de processo, 
intertravamentos, controle 
convencional e controle 
avançado no SDCD. 
Execução da lógica de processo e 
intertravamentos nos CLP e 
execução das estratégias de 
controle convencional e avançado 
no SDCD. 
(*) Estes valores podem variar em função do hardware e software utilizado. 
 
Norma IEC 61131-3 
 
Além dos aspectos tratados acima, é necessário destacar a norma IEC 61131-3, que trata da 
programação de controladores industriais. A norma apresenta cinco divisões, listadas a seguir: 
 
1. Definições e Visão Geral 
a. Definições e glossário de termos utilizados na norma 
b. Lista de normas IEC correlatas / referenciadas 
c. Características principais de controladores programáveis 
 
25 
2. Hardware 
a. Requisitos elétricos, mecânicos e funcionais de Controladores Programáveis e 
periféricos associados 
b. Condições de serviços, armazenagem e transporte 
c. Informações a serem fornecidas pelo fabricante 
d. Métodos e procedimentos de testes para verificação de conformidade de Controladores 
Programáveis e periféricos associados 
 
3. Linguagens de Programação 
a. Modelo de software de comunicação e programação 
b. Definição de 5 linguagens de programação interrelacionadas 
c. Sintaxe e Semântica de duas linguagens textuais e duas gráficas: Lista de Instruções 
(Instruction List - IL), Texto Estruturado (Structured Text - ST), Diagrama de 
Contatos (Ladder Diagram - LD) e Diagrama de Blocos Funcionais (Function Block 
Diagram - FBD) 
d. Diagrama de Funções Sequenciais (Function Chart - SFC) para estruturação de 
programas 
 
4. Orientação ao Usuário 
a. Utilização de outras divisões da norma do controlador programável 
b. Especificação de requisitos para aplicações 
c. Seleção e implementação de sistemas 
 
5. Comunicação 
a. Baseada no MMS (Manufacturing Message Specifications) 
 
A divisão 3 da norma é de interesse imediato do usuário de CLP, pois após a especificação 
do hardware adequado para a solução da automação, é necessário realizar a programação das 
estratégias de controle e operação. O programador tem 5 linguagens (ver figura 26) disponíveis e 
poderá utilizar cada uma de acordo com as suas características. Apesar disso, a linguagem mais 
utilizada é a de Diagrama de Contatos, por ser mais compreendida pelos usuários finais, que 
normalmente possuem formação técnica em eletricidade. 
 
 
 
Figura 26– Linguagens de Programação de controladores industriais 
3.3. Redes de Campo 
As redes de campo industriais, denominadas em inglês pelo termo fieldbus, são redes de 
comunicação, bidirecionais, projetadas e utilizadas para interligar instrumentos e equipamentos de 
chão de fábrica. 
3.3.1. Especificação das Redes de Campo 
Tais redes devem ser especificadas com base em requisitos específicos, sendo eles: 
− A quantidade de pontos a ser conectada; 
26 
− A quantidade de dados a ser trafegada; 
− A velocidade de transmissão dos dados; 
− As distâncias envolvidas; 
− O meio físico utilizado; 
− O protocolo utilizado; 
− Facilidade de instalação; 
− Possibilidade de configuração e manutenção remotas; 
− Disponibilidade de softwares de gestão; 
− Possibilidade de implementação de diagnósticos; 
− Segurança na transmissão de dados; 
− Possibilidade de implementação de estratégias de redundância; 
− Outros. 
 
Para a aquisição dos equipamentos de rede também são geradas FD. 
3.3.2. Tecnologia das Redes de Campo 
As primeiras redes de campo apareceram no início da década de 90 com o intuito de 
interligar instrumentos e equipamentos microprocessados em um meio físico e um protocolo que 
proporcionasse a interoperabilidade, ou seja, instrumentos de fabricantes diferentes poderiam ser 
interligados numa mesma rede e intercambiar dados e funcionalidades operacionais. Apesar de ter 
havido um grande esforço para a definição de um padrão único, a divergência de interesses dos 
principais desenvolvedores dessa tecnologia, não permitiu alcançar este objetivo. Dessa forma, 
surgiram diversos tipos de redes. Atualmente, dois grandes grupos detêm os principais padrões de 
redes de grande porte: Foundation Fieldbus (EUA) e Profibus (Alemanha). Outras redes, de menor 
expressão, atendem o mercado de aplicações de pequeno porte. 
 
Cada tipo de rede possui características próprias e é indicada para aplicações específicas. A 
figura 27 apresenta o domínio de aplicação de alguns tipos de redes de campo. 
 
 
 
Figura 27 – Domínio de aplicação das redes de campo 
 
S
e
n
s
o
re
s
 e
 Atu
a
d
o
re
s
 
27 
A variedade de opções permite ao usuário escolher o tipo de rede com a melhor relação 
custo-benefício para a solução de problemas, entretanto, não contribui para a definição de um 
padrão de mercado amplo e único. A escolha de um determinado tipo de rede depende 
fundamentalmente do nível de complexidade das estratégias de controle e do tipo de dispositivos 
utilizados. A seguir, são apresentadas, de forma sucinta, algumas redes de campo industriais. 
 
 
 
 
 
Introduzida em 1989, a rede HART surgiu com o propósito de facilitar a calibração e a 
realização de ajustes em equipamentos analógicos, através de uma rede. Foi o primeiro protocolo 
digital de comunicação bidirecional que não afetava o sinal analógico de controle, como mostra a 
figura 28. 
 
 
 
Figura 28 – Modulação de sinal na rede HART 
 
Possibilita a implementação de estratégias do tipo mestre-escravo/multimestre, trafegando 
sinais de 4-20 mA, como mostra a figura 29: 
 
 
 
Figura 29 – Aplicação da rede HART 
 
 
http://www.mecatronicaatual.com.br/files/image/hart_figura_01_5_.jpg
28 
 
 
 
 
O protocolo ModBUS foi desenvolvido inicialmente para estabelecer a comunicação entre os 
controladores da Modicon (Schneider). Por ser um protocolo aberto e aplicável a qualquer meio 
físico, foi utilizado por várias redes industriais e acabou tornando-se um padrão. Permite a 
configuração de dispositivos do tipo mestre-escravo/cliente-servidor. A aplicação de alguns 
protocolos é ilustrada na figura 30. 
 
 
 
Figura 30 – Protocolos ModBUS 
 
 
 
A rede AS-Interface (Actuator-Sensor-Interface) foi inicialmente desenvolvida para ser uma 
alternativa de rede para interligação de sensores e atuadores discretos. Emprega soluções modulares 
para a interligação de equipamentos e instrumentos em rede. Utiliza cabeamento simples (2 fios) e 
possibilita a implementação de estratégias do tipo Mestre-Escravo, como ilustra a figura 31. 
 
 
 
Figura 31 – Aplicação da rede AS-Interface 
 
29 
 
 
A rede Interbus é um sistema de barramento universal para conexão de sensores e atuadores. 
Possibilita configurações do tipo Mestre-Escravo, nas quais dispositivos controladores transferem 
diretamente para os módulos conectados, os níveis de entrada/saída do sistema de controle. Permite 
topologia em anel, enviando e recebendo dados simultaneamente (full-duplex). Uma aplicação da 
rede Interbus é apresentada na figura 32. 
 
 
Figura 32 – Aplicação da rede Interbus 
 
 
 
A rede Lonworks é baseada em um microcontrolador programável chamado Neuron que 
suporta o protocolo de comunicação Lontalk. Apresenta um modelo de comunicação independente 
do meio físico, podendo transmitir dados sobre cabos da rede elétrica, rede telefônica, correntes 
portadoras, fibra óptica, radiofrequência, infravermelhos, coaxial, entre outros. Apesar de projetada 
para atender a maioria das aplicações de controle, tem bastante aceitação em automação predial, 
conforme figura 33. 
 
 
Figura 33 – Aplicação da rede Lonworks 
Routers 
30 
 
 
A rede CAN (Controller Area Network) foi desenvolvida originalmente para aplicações em 
ônibus e caminhões. Atualmente, é utilizado na indústria, em veículos automotivos, navios e 
tratores, entre outros. O CAN é um protocolo de comunicação serial síncrono. Trabalha baseado no 
conceito multi-mestre, onde todos os módulos podem se tornar mestre em determinado momento e 
escravo em outro. Uma aplicação da rede CAN em automóveis é apresentada na figura 34. 
 
 
 
Figura 34 – Aplicação da rede CAN 
 
 
 
A rede DeviceNet é um sistema de conexão aberto, de baixo custo, entre os dispositivos 
industriais (sensores e atuadores) e dispositivos de nível superior (controladores lógicos 
programáveis e PC). A rede DeviceNet usa um protocolo independente do tipo de rede, chamado 
protocolo industrial comum (Common Industrial Protocol - CIP), que é responsável pelos recursos 
de controle, configuração e coleta de dados da rede. Este processo garante maior flexibilidade 
graças à capacidade de trabalhar com dispositivos de diferentes fornecedores, como mostra a figura 
35. 
 
Figura 35 – Aplicação da rede DeviceNet 
31 
 
 
A rede ControlNet é uma rede dedicada à interligação de controladores. É extremamente 
rápida e atente às demandas de tempo real e aplicações de alto fluxo de dados. Ela combina, ao 
mesmo tempo, a funcionalidade de uma rede de dispositivos simples (entrada/saída) e o alto 
desempenho para os controladores. A figura 36 apresenta a aplicação conjunta das redes DeviceNet 
e ControlNet. 
 
 
 
Figura 36 – Aplicação conjunta das redes ControlNet e DeviceNet 
 
 
 
O Profibus (Process Field Bus) é um padrão aberto de rede de campo, criado por um grupo de 
empresas alemãs para atender inicialmente o segmento de manufatura, estendendo-se 
posteriormente para a automação de processos. Seus padrões são estabelecidos por normas EN e 
segue as especificações do modelo de camadas OSI. Apresenta três classes distintas de rede: DP - 
Periferia Descentralizada, PA - Automação de Processos e FMS - Especificação de Mensagens 
Fieldbus (atualmente substituída pela rede ProfiNet), como mostra a figura 37. 
 
 
 
Figura 37 – Aplicação da rede Profibus 
 
32 
 
 
O Fieldbus é um padrão aberto de rede de campo, criado por uma organização sem fins 
lucrativos (Foundation Fieldbus), liderada por empresas norte-americanas. Consiste em um sistema 
da comunicação totalmente digital, em série e bidirecional dedicado à automação de processos e 
instrumentação industrial. Seus padrões são estabelecidos por normas IEC e segue as especificações 
do modelo de camadas OSI. Apresenta três classes distintas de rede: H1 – Baixa Velocidade, H2 – 
Alta Velocidade e HSE – Ethernet de Alta Velocidade. Um exemplo de aplicação da rede Fieldbus 
é apresentado na figura 38. 
 
 
 
Figura 38 – Aplicação da rede Fieldbus 
 
Contar com várias opções de escolha pode interessante. Entretanto, no caso das redes de 
campo, o excesso de alternativas e a indefinição quanto ao melhor padrão, ocasionou dúvidas nos 
usuários finais, que não foram capazes de definir quando usar, como usar e porque usar uma 
tecnologia. Diante de tal cenário, diversos fabricantes do setor de automação decidiram investir em 
pesquisas para o desenvolvimento de um padrão universal. O padrão Ethernet foi escolhido como 
plataforma, por ser o mais popular e já utilizado nas demais camadas do ambiente industrial e 
empresarial, como descrito a seguir: 
 
 
 
Ethernet é um padrão aberto de rede criado pela Xerox para, inicialmente, atender as 
necessidades de interligação de equipamentos em escritórios. Entretanto, devido ao sucesso do 
padrão, houve uma evolução significativa de sua utilização bem como de seus padrões de hardware, 
topologia e velocidade. 
 
Como os equipamentos de escritório não atendiam as necessidades das redes de maior porte, 
houve uma evolução significativa na tecnologia dos dispositivos repetidores e distribuidores (hubs, 
switches, bridges e routers) que passaram a utilizar softwares de gerenciamento de rede. O uso 
destes dispositivos microprocessados, com capacidade de realizar a comutação de mensagens, 
aliados ao modo de comunicação full duplex em substituição half duplex, promoveram ganhos 
33 
significativos de desempenho na comunicação. Por sua vez, a velocidade inicial de 2,94 Mbps 
passou para 10 Mbps, em seguida para 100 Mbps e 1 Gbps. 
 
Entretanto, a rede Ethernet apresenta limitações para utilização no chão de fábrica. O 
problema fundamental em se aplicar a Ethernet como rede de campo industrial está no mecanismo 
CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), através do qual a Ethernet 
define o compartilhamento do meio físico e corrige erros de colisão dos dados. Este mecanismo é 
fundamentalmente não-determinístico, o que pode ser um empecilho para aplicações em temporeal. 
Outras limitações ainda podem ser relacionadas à robutez e configuração do hardware, e também às 
topologias disponíveis. 
 
Dessa forma, diversas empresas uniram-se para trabalhar no sentido de superar as limitações 
da Ethernet convencional e evoluir para um padrão industrial, a Ethernet Industrial. 
 
O determinismo na entrega de mensagens em uma rede de comunicação é dependente de um 
conjunto de fatores que tornam o fluxo de dados gerenciável e programável. Fatores como 
velocidade de comunicação, topologia da rede, domínios de colisão, conexões redundantes e 
qualidade de serviço são capazes de qualificar a Ethernet como determinística, desde que haja 
garantia de atendimento dos tempos de resposta especificados para cada aplicação. Na busca do 
determinismo, a Ethernet Industrial pretende utilizar a velocidade de 10 Gbs, capaz de transmitir 
frames de 1518 bytes a 1,2 µs. A redução dos tempos de transmissão significa, para o determinismo, 
que toda a comunicação está acontecendo de forma mais rápida. Qualquer tempo de espera por 
dados de outro dispositivo torna-se insignificante. 
 
Entretanto, o aumento da velocidade aumenta também a probabilidade de ocorrerem 
colisões. Uma forma de minimizar esse problema é a substituição do modo de operação 
compartilhado (utilização de hubs) pelo modo chaveado (utilização de switches). Neste modo de 
operação, a taxa de transferência de dados é duas vezes maior devido à possibilidade de enviar e 
receber dados simultaneamente (full duplex). Outro mecanismo que visa aumentar o desempenho da 
rede Ethernet Industrial é permitir os equipamentos definir a prioridade das mensagens trafegadas, 
garantindo assim o recebimento de dados de modo determinístico. 
 
Para suportar a agressividade do ambiente industrial, fabricantes desse segmento 
desenvolveram equipamentos específicos, com configurações adequadas às aplicações. As figuras 
39 a 41 apresentam equipamentos no padrão Ethernet Industrial. 
 
 
 
Figura 39 – Hubs, Switches, Bridges e Routers para Ethernet Industrial 
 
34 
 
 
Figura 40 – Conectores padrão Ethernet Industrial 
 
 
 
Figura 41 – Interfaces óticas padrão Ethernet Industrial 
 
Um problema fundamental da rede Ethernet convencional é o suporte à redundância. 
Algumas soluções proprietárias surgiram nas próprias empresas usuárias, porém com utilização 
restrita. As topologias convencionais evoluíram da configuração do tipo barra (ligação dos 
repetidores em sequência) para estrela (centralização da distribuição de informações), como mostra 
a figura 42. 
 
 
(a) (b) 
 
Figura 42 – Topologias de rede (a) Barra (b) Estrela 
 
Todavia, para atender as exigências de disponibilidade das aplicações industriais foram 
desenvolvidos dispositivos de rede inteligentes para a construção de anéis redundantes com 
switches óticos ligados sequencialmente, como mostra a figura 43. 
 
Um recurso interessante que pode agregar flexibilidade às aplicações industriais é a 
possibilidade de comunicação sem fio (wireless). É uma solução prática, de fácil instalação e 
configuração, e custo relativamente baixo. Entretanto, a solução sem fio é recomendada sem 
restrições apenas para aplicações não-críticas. Em ambientes industriais, sujeitos às interferências 
eletromagnéticas causadas por equipamentos e rádio comunicadores, a solução sem fio não é 
totalmente segura. Ela pode utilizada em situações em que é necessário comunicar dispositivos 
35 
remotos ou equipamentos móveis. Mesmo assim, é importante verificar se a área não está sujeita a 
interferências indesejadas que possam causar perturbação no processo, como ilustra a figura 44. 
 
 
 
(a) (b) 
 
Figura 43 – Topologias de rede em anel redundante (a) Simples (b) Duplo 
 
 
 
 
Figura 44 – Aplicação da rede Ethernet Industrial sem fio 
 
Superadas as limitações da rede Ethernet para o ambiente industrial, ela será instituída como 
o padrão de rede para todos os níveis institucionais, interligando desde o chão de fábrica até os 
níveis corporativos. 
 
A comunicação entre equipamentos e sistemas de fabricantes diferentes, apesar de adotar o 
padrão Ethernet para comunicação, não é possível de forma direta. Dessa maneira, a plena 
comunicação somente é alcançada quando utilizados equipamentos e sistemas de mesmo fabricante, 
como ilustra a figura 45. 
 
 
 
 
Figura 45 – Configuração com equipamentos de mesmo fabricante 
Intouch Intouch Intouch 
36 
Para superar essa limitação, um grupo de empresas liderado pela liderado pela Microsoft, 
criou uma fundação, denominada OPC Foundation, para trabalhar em um protocolo único de 
comunicação, o OLE for Process Control (OPC). As especificações do protocolo OPC, bem com as 
especificações para a construção de drivers e aplicativos estão disponíveis no site da fundação. 
 
 
 
O protocolo OPC é uma evolução do Object Linking and Embedding (OLE) para atender os 
requisitos da modalidade industrial. Ele estabelece a figura de um servidor, com o qual qualquer 
cliente OPC pode trocar dados, como mostra o esquema da figura 46. 
 
 
 
Figura 46 – Relação servidor/cliente no padrão OPC 
 
Sendo assim, equipamentos de marcas diferentes, compatíveis ao padrão OPC, podem numa 
configuração servidor/cliente, intercambiar dados entre si, como ilustra a figura 47. 
 
 
Figura 47 – Configuração com equipamentos de fabricantes diferentes utilizando OPC 
 
Além da funcionalidade fundamental de prover uma Base de Dados em Tempo Real 
(BDTR), o servidor OPC ainda pode disponibilizar dados sobre alarmes e eventos (OPC Alarms 
and Events Specification), dados históricos (OPC Historical Data Access Specification), dados de 
processos em batelada (OPC Batch Specification), entre outros. 
 
37 
A organização dos dados no servidor segue uma estrutura de grupos, como mostra a figura 
48. Cada grupo de dados pode ter características diferentes, como por exemplo, a periodicidade de 
atualização. Um grupo pode ser ativado ou desativado a qualquer momento. Os aplicativos de telas 
gráficas, receitas, relatórios, etc., podem usar um ou mais grupos de dados. 
 
 
 
Figura 48 – Organização dos dados no servidor OPC 
 
Uma forma de organizar os dados no servidor OPC é mostrada na figura 49. 
 
 
 
Figura 49 – Exemplo da organização dos dados no servidor OPC 
 
É criada uma estrutura de pastas para armazenar dados de todos os equipamentos, no caso, 
controladores programáveis. Sob essa estrutura, são criadas subpastas referentes às CPU dos 
controladores. Sob cada CPU, são criadas pastas referentes aos grupos de variáveis da base de 
dados do controlador. Finalmente, em cada pasta, armazenadas as variáveis do processo. Cada 
variável é um objeto OPC que proporciona uma conexão com uma entrada física de dados. A 
variável fornece ao cliente OPC informação de: valor, time stamp, qualidade do dado e tipo de 
dado. É possível definir um vetor de objetos como uma única variável. 
3.4. Sistemas de Supervisão 
Os sistemas de supervisão, também chamados sistemas “supervisórios” ou sistemas SCADA 
(Supervision Control and Data Acquisition) são sistemas completos de supervisão que utilizam 
computadores e softwares gráficos para representar a dinâmica do processo. Estão presentes nas 
salas de operações de plantas industriais e são utilizados para supervisão e operação remota, como 
mostra a figura 50. 
 
38 
 
 
Figura 50 – Salas de operações de uma planta industrial 
3.4.1. Especificação dos Sistemas de Supervisão 
A escolha de um ambiente para o desenvolvimento dos sistemas de supervisão envolve uma 
série de fatores que ultrapassam simples comparações de funcionalidade e desempenho. Além do 
próprio software de desenvolvimento da supervisão, a especificaçãodeve também envolver a 
especificação do hardware das estações de engenharia e operação e do sistema operacional. Em 
razão das soluções de automação variar de acordo com as necessidades funcionais e organizacionais 
de cada setor da empresa, é importante especificar, para cada caso, o conjunto de computadores, 
sistemas operacionais e softwares mais adequados. 
 
Alguns fabricantes oferecem equipamentos com soluções estratégicas, que apresentam 
características proprietárias de hardware e software. Isto pode ser interessante num primeiro 
momento, mas pode se tornar uma barreira para ampliações ou alterações na configuração instalada. 
 
A especificação do hardware e do software deverá atender total compatibilidade entre os 
equipamentos já instalados, e os equipamentos a serem instalados nas ampliações e atualizações 
futuras. 
 
Para aquisição do hardware e do software são geradas FD. 
3.4.1.1. Especificação do hardware das Estações de Engenharia e Operação 
Diante do imenso número de fabricantes de hardware disponíveis no mercado, especificar 
uma plataforma computacional heterogênea para uma aplicação não é simples. Entretanto, em 
resposta à demanda dos usuários quanto à interoperabilidade e sistemas abertos, a indústria de 
computadores tem oferecido uma boa gama de opções. 
 
Um número crescente de fabricantes de hardware vem oferecendo soluções em sistemas 
abertos, com capacidade de expansão funcional, a fim de atender os padrões estabelecidos nas 
empresas. 
 
A adoção de um padrão aberto por parte de desenvolvedores e fabricantes pode simplificar 
enormemente a seleção de uma configuração. Entretanto, deve-se pesar estrategicamente, para 
descartar os equipamentos em uso levando em conta os investimentos neles realizados. 
 
39 
O hardware deve ser especificado dentro dos padrões de maior aceitação no mercado 
mundial, de forma a não se tornar obsoleto precocemente, atendendo às necessidades do sistema 
onde está instalado. Além disso, deverá apresentar total compatibilidade com os periféricos de 
outros fabricantes a fim de facilitar os estoques de reposição. Os equipamentos devem apresentar 
uma flexibilidade para serem utilizados em outras áreas da empresa, quando uma atualização ou 
desativação se fizer necessária. Devem ser definidos: 
− A tecnologia do processador; 
− A fonte de alimentação; 
− A CPU; 
− A velocidade de processamento; 
− A capacidade de memória; 
− Os tipos de comunicação; 
− Cartões de rede; 
− O gabinete; 
− A resolução e tamanho do monitor; 
− A estrutura de suporte ao usuário; 
− O local de instalação; 
− O grau de risco associado; 
− Outros. 
3.4.1.2. Especificação do Sistema Operacional 
O sistema operacional é o programa, ou conjunto de programas, responsável pelo 
gerenciamento dos recursos de hardware e software, definindo a interface com os usuários, o 
compartilhamento do hardware e dos dados entre os usuários, as facilidades de operações de entrada 
e saída, e a recuperação de erros. 
 
O sistema operacional deve ser multiusuário, permitindo a execução de processos 
concorrentes (multiprogramação), a execução de processos simultâneos (multitarefa), atenderem a 
eventos internos e externos conforme uma escala de prioridades (preemptivo), e permitir a execução 
e sincronização de processos cíclicos, disparados por eventos ou contínuos. 
 
A especificação de um sistema operacional para atender plenamente todas as necessidades 
da empresa não é uma tarefa trivial, pois cada fabricante alega que o seu sistema é superior aos 
demais e atende a todos os requisitos. Sabemos que os sistemas têm suas limitações, e de uma 
forma ou de outra, foram desenvolvidos para atender determinadas aplicações com melhor 
desempenho. Devem ser definidos: 
− As funcionalidades necessárias; 
− Os requisitos de desempenho; 
− A compatibilidade com o hardware; 
− As necessidades de interface com outros sistemas; 
− A compatibilidade com outros softwares; 
− As necessidades de interface com o usuário; 
− A estrutura de suporte ao usuário; 
− Outros. 
3.4.1.3. Especificação do software para configuração do Sistema de Supervisão 
Definido o sistema operacional é realizada a especificação do software do Sistema de 
Supervisão. O ambiente escolhido deve atender as necessidades de interface gráfica e apresentar o 
desempenho adequado ao porte da aplicação a ser desenvolvida. 
 
 São requisitos importantes na especificação do software do Sistema de Supervisão: 
− Disponibilidade de drivers para diversas redes e protocolos; 
40 
− Disponibilidade de drivers para comunicação com diversas marcas e modelos de 
controladores; 
− Não restringir a escolha de fornecedores de hardware e software; 
− Interface amigável; 
− Abertura para integração com bancos de dados; 
− Abertura para integração com programas externos; 
− Arquitetura aberta; 
− Suporte ao usuário; 
− Outros. 
3.4.2 Tecnologia dos Sistemas de Supervisão 
A tecnologia dos Sistemas de Supervisão está associada às funcionalidades disponíveis para 
atender as diversas necessidades do processo, como ilustra a figura 51. 
 
 
 
Figura 51 – Funcionalidades de um sistema de supervisão 
 
Estas funcionalidades podem variar na forma de configuração, de acordo com o fabricante, 
sendo mais, ou menos amigável, e consequentemente menos, ou mais aberta. Em geral, a facilidade 
de configuração da tarefa é inversamente proporcional à sua abertura. 
 
Driver de Comunicação 
 
O termo driver é utilizado para denominar a interface de comunicação entre as estações de 
operação e os controladores. A quantidade de drivers suportada por cada software de supervisão 
difere de acordo com o fabricante. A priori, é possível realizar a comunicação de uma estação de 
operação com mais de um tipo de controlador. Ao configurar o driver de comunicação, deve ser 
observada a distribuição dos dados na base de dados em tempo real do controlador, para adequar a 
periodicidade de leitura à característica temporal dos grupos de variáveis. As leituras podem ser 
realizadas por tempo ou por exceção. Uma configuração adequada do driver pode resultar em 
ganhos significativos de tempo na comunicação. 
 
Base de dados em Tempo Real 
 
A Base de Dados em Tempo Real (BDTR) é o repositório de dados do sistema de 
supervisão, atualizado em tempo real e alocado em memória RAM. A BDTR pode conter dados 
lidos diretamente do processo, pelo driver de comunicação, dados de entrada do operador e dados 
internos para armazenamento de operações realizadas. Mesmo suportando grandes quantidades de 
dados, é interessante priorizar as variáveis de processo, ou seja, as variáveis que demandam 
atualização em tempo real. 
41 
Para o cadastramento dos dados na BDTR, deve ser realizado um levantamento de todas as 
variáveis envolvidas na tarefa de supervisão e controle, suas características, atributos e 
propriedades. Para cada variável, devem ser definidos: 
- o nome da variável (TAG); 
- a descrição da variável; 
- tipo da variável; 
- o endereço; 
- a periodicidade de atualização; 
- a amplitude de escala; 
- a unidade de engenharia; 
- o fator de conversão ou correção; 
- os valores de limites operacionais; 
- o valor da zona morta; 
- outros. 
 
Interface gráfica 
 
Os sistemas de supervisão possuem ambientes de desenvolvimento de telas gráficas que 
permitem construir a interface do processo com o usuário, como mostra a figura 52. 
 
 
 
Figura 52 – Ambiente do editor gráfico 
 
As interfaces podem ser divididas em: 
- Telas de sinóticos, contendo a visão geral do processo; 
- Janelas de operação específicas por equipamento ou funcionalidade, como ilustra a figura 
53; 
- Telas de utilidades para alarmes, relatórios, diagnósticos, gráficos, outros. 
42 
 
 
 
Figura 53 – Janela para sintonia de controladores 
 
Os softwares de configuração de sistemas supervisórios geralmente possuem bibliotecas de 
objetos que podem ser utilizadasna elaboração das telas, como mostra a figura 54. 
 
 
 
Figura 54 – Biblioteca de objetos 
 
Alarmes 
 
A tarefa de Alarme é responsável pela sinalização de ocorrências e defeitos nos 
equipamentos. 
 
O texto do alarme deve conter informações essenciais, como por exemplo: 
- data da ocorrência (dia-mês-ano); 
- horário da ocorrência (hora:minuto:segundo); 
- tag do equipamento; 
- valor da variável excedida; 
- descrição da ocorrência; 
- endereço ou referência para localização do defeito; 
- indicação de reconhecimento do alarme. 
43 
Cada tela pode apresentar, no rodapé ou cabeçalho, uma faixa destinada aos alarmes 
correntes, denominada banner, como ilustra a figura 55. 
 
 
 
Figura 55 – Banner com alarmes correntes 
 
Pode ser construída também, uma tela destinada aos alarmes ativos e outra aos alarmes 
históricos, como mostra a figura 56. 
 
 
 
Figura 56 – Tela de alarmes 
 
Relatórios 
 
Os relatórios do sistema devem ter seu conteúdo e formatação definidos previamente à 
configuração, como exemplifica a figura 57. A tela de relatórios deverá apresentar a relação de 
relatórios emitidos pelo sistema e botões para comandar geração destes. 
 
 
 
Figura 57 – Exemplo de relatório 
 
É desejável que o usuário possa visualizar o conteúdo do relatório antes de solicitar a 
impressão, bem como realizar alterações e adicionar comentários. Deve ser prevista ainda, a 
possibilidade de direcionamento do conteúdo do relatório para arquivos. 
 
Os constantes insucessos nas implementações de relatórios em sistemas de supervisão, 
mostraram que este não é o ambiente adequado para suportar tal funcionalidade. É interessante 
contar com um computador à parte, no qual deve ser instalado um banco de dados. O banco de 
dados será o responsável por armazenar e organizar os dados, aliviando a base de dados em tempo 
44 
real do sistema de supervisão. Um software específico deverá ser utilizado para a elaboração dos 
relatórios. 
 
Tendência 
 
Os gráficos de tendência apresentam o comportamento dinâmico de variáveis em períodos 
definidos pelo usuário, como mostra a figura 58. 
 
 
 
Figura 58 – Tela de tendências 
 
Os gráficos devem possibilitar a seleção das variáveis apresentadas, seleção da cor da pena, 
seleção do período e escala de apresentação, bem como recursos de deslocamento no tempo, 
ampliação, congelamento, barra de valores instantâneos, etc. 
 
Receitas 
 
Receita é um conjunto de parâmetros pré-definidos do sistema para ser enviado ao 
controlador. Esta tarefa é de grande utilidade em processos em batelada (lotes de produção). 
 
A tarefa deve ser configurada de forma a possibilitar o envio da receita ao controlador sem 
interrupção da operação, modificar parâmetros durante a operação e resgatar o conjunto de 
parâmetros modificado como uma nova receita. A figura 59 ilustra a tarefa de receitas. 
 
 
 
Figura 59 – Tela de receitas 
 
45 
Segurança 
 
Deve ser estabelecida uma estratégia de segurança operativa implementada através de 
senhas com 2 (dois) níveis de restrição: permissão de acesso do usuário somente às áreas 
permitidas, e acesso do usuário somente aos comandos permitidos. 
3.5. Sistemas de Otimização 
O conceito de otimização está relacionado à melhoria de índices de uma planta industrial, a 
partir da modernização dos recursos instalados, adoção de estratégias de controle avançado e de 
mudanças de caráter operacional. A utilização das técnicas de otimização tem se mostrado uma 
alternativa muito interessante para ultrapassar os limites usualmente alcançados somente com a 
automação dos processos, como ilustra a figura 60. 
 
 
 
Figura 60 – Benefícios da automação e da otimização 
 
Dessa forma, a otimização de um processo passa pela identificação dos índices de 
desempenho e das técnicas que permitem maximizá-los ou minimizá-los. Entretanto, alguns índices 
podem ser concorrentes em determinadas situações, como por exemplo, “redução de custos” versus 
“aumento da quantidade produzida”. Cabe então, às estratégias de otimização, conciliar e 
indicar/decidir, a cada momento, qual a melhor alternativa. 
 
Antes de apresentar algumas das técnicas de otimização, é importante entender como 
funciona um sistema de otimização, independente da plataforma utilizada: 
CLP+SCADA+Otimização, SDCD ou Híbrido. O sistema de otimização opera em conjunto com o 
sistema de automação tradicional, no modo definido pelo usuário (Desativado ou Ativado, com ou 
sem poder de decisão), como mostra a figura 61. 
 
Em modo desativado, os set-points do processo devem ser definidos pelo operador, que 
possui em sua mente as regras e estratégias para atender as metas e condições estabelecidas pela 
produção. Ocorre que, na maioria das vezes, estes set-points permanecem fixos ou sofrem poucas 
alterações ao longo do turno de serviço do operador. Sem entrar no mérito da questão, é possível 
imaginar que deve haver outras combinações de set-points, além das usadas pelo operador, que 
proporcionam melhor desempenho. 
 
Quando o sistema de otimização é ativado, os set-points do processo passam a ser calculados 
por ele. O sistema de otimização busca, a todo instante, a melhor combinação de set-points a fim de 
obter os melhores rendimentos para o processo. O operador então deve decidir em adotar ou não as 
sugestões apresentadas pelo sistema. Pode ainda, atribuir autonomia ao sistema para tomar decisões 
sem a sua autorização. 
 
46 
 
 (a) (b) 
 
 
 (c) 
 
Figura 61 – Modos de operação de um sistema de otimização (a) Desativado (b) Ativado sem poder 
de decisão (c) Ativado com poder de decisão 
3.5.1. Especificação dos Sistemas de Otimização 
A especificação dos sistemas de otimização é realizada a partir das necessidades de 
otimização dos processos e das técnicas associadas às soluções. Existem duas possibilidades na 
escolha do sistema mais adequado. A primeira é a escolha de um produto que já possua o know how 
de processo incluído. Esta alternativa é mais cara, mas o gasto com horas de desenvolvimento da 
solução é menor. A segunda é a escolha de uma linguagem de programação aberta, sobre a qual será 
implementada a solução. A linguagem é bem mais barata, entretanto, o esforço de implementação é 
muito maior. 
 
Além dessas questões estratégicas, devem ser definidos: 
− Disponibilidade de drivers para diversas redes e protocolos; 
− Disponibilidade de drivers para comunicação com diversas marcas e modelos de 
controladores; 
− Não restringir a escolha de fornecedores de hardware e software; 
− Interface amigável; 
− Abertura para integração com bancos de dados; 
− Abertura para integração com programas externos; 
− Arquitetura aberta; 
− Suporte ao usuário; 
− Outros. 
 
3.5.2. Tecnologia dos Sistemas de Otimização 
Sistemas de otimização podem utilizar diversas tecnologias, das quais podemos relacionar as 
mais utilizadas: 
47 
− Modelagem Matemática; 
− Inteligência Artificial; 
− Controle Avançado. 
3.5.2.1. Modelagem Matemática 
Um modelo matemático representa a relação matemática entre variáveis de entrada e saída 
de um processo real. São várias as possibilidade de representação, como por exemplo: 
− Equações diferenciais; 
− Diagramas de blocos; 
− Diagramas de fluxo de sinais; 
− Funções de transferência; 
− Equações de estado; 
− Modelos autoregressivos; 
− Outros. 
 
Um bom modelo permite a realização de simulações computacionais a fim de verificar o 
comportamento do processo para entradas específicas, sem ter que necessariamente, submeter o 
processo real a tais circunstâncias. Permitem também a estimação de variáveis do processo para a 
elaboração de estratégias de controle e para a implementação de sensores virtuais (soft sensors). 
 
A denominação soft sensor é utilizada para sensores baseados em software. O soft sensor é 
uma implementação computacional que funciona como um back-up virtualde um sensor real, sendo 
economicamente mais interessante que a instalação de sensores reservas ou redundantes. A 
utilização destes sensores pode ser uma boa alternativa para minimizar os problemas citados em 
relação à instrumentação, mesmo nos casos em que a taxa de amostragem não é adequada. Em 
geral, os soft sensors fornecem uma estimativa das variáveis usando um modelo que relaciona a 
variável de interesse com outras medidas correlacionadas a ela. A figura 62 mostra uma 
implementação genérica de um soft sensor, que utiliza um modelo com as medidas correlatas 
secundárias como entrada, em substituição a um sensor real no momento de falha. 
 
 
Figura 62 – Aplicação de um sensor virtual (soft sensor) 
3.5.2.2. Controle Avançado 
As técnicas de Controle Avançado consistem em estratégias de controle elaboradas com 
base em algoritmos avançados do tipo multivariável, adaptativo e preditivo. 
 
A estratégia de controle multivariável contrasta com o controle convencional no sentido de 
que a primeira é aplicável a sistemas com entradas e saídas múltiplas, lineares ou não-lineares, 
variantes ou invariantes no tempo, enquanto a última é aplicável apenas aos sistemas monovariáveis 
(uma única entrada e uma única saída), lineares e invariantes no tempo. Além disso, a estratégia de 
controle multivariável é uma abordagem centrada essencialmente no domínio do tempo, enquanto a 
48 
o controle convencional adota um enfoque no domínio de frequência. A figura 63 apresenta os 
sistemas mono e multivariáveis. 
 
 
 
 
(a) 
 
 
 
 
 . 
 
 
(b) 
 
Figura 63 – Modelos (a) Monovariáveis e (b) Multivariáveis 
 
Em determinados sistemas de controle, alguns parâmetros não são constantes ou variam de 
uma maneira não conhecida. Há formas de minimizar os efeitos de tais contingências projetando um 
controlador para sensibilidade mínima (sensível a pequenas variações). Se, entretanto, as variações 
dos parâmetros são grandes ou muito rápidas, pode ser desejável projetar um controlador com a 
capacidade de identificar estas variações continuamente e ajustar seus parâmetros de sintonia (Kp, Ti 
e Td) de modo que os critérios de desempenho estabelecidos para o sistema sejam sempre 
satisfeitos. Esta técnica é denominada controle adaptativo. A figura 64 mostra um diagrama em 
blocos de um sistema de controle adaptativo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 64 – Diagrama de blocos de um sistema em malha fechada com controlador PID adaptativo 
 
Os parâmetros A e B da planta são variantes no tempo. O módulo designado por 
Identificação e Ajustamento dos Parâmetros mede continuamente a entrada M(s) e a saída C(s) da 
planta, para identificar os parâmetros A e B. Desta maneira, os parâmetros de sintonia do 
controlador (Kp, Ti e Td) podem ser modificados por este módulo para satisfazer as especificações 
do sistema. O projeto do módulo de Identificação e Ajustamento dos Parâmetros é o problema 
maior do controle adaptativo. Os produtos comerciais que utilizam técnicas de controle adaptativo 
recebem a denominação de self-tuning ou auto-tuning. Podem constituir ferramentas de sintonia de 
controladores independentes ou estar incorporadas em sistemas de controle e supervisão industriais. 
O processo de autosintonia pode ser executado automaticamente toda vez que o erro entre o set-
point e a saída do sistema ultrapassar um valor determinado pelo usuário, ou ser executado somente 
ao comando do usuário. 
 
A estratégia de controle preditivo visa determinar o valor da entrada do sistema (excitação) 
de modo que o erro entre a saída e o set-point seja minimizado dentro de um determinado número 
de amostragens futuras. Esta afirmação equivale dizer que o sistema deverá ser capaz de predizer os 
futuros valores da variável de saída. A função preditiva é tarefa de um modelo matemático. 
sT
sTTsTK
i
diip )1( 2++
 
+ _ 
C(s) E(s) R(s) 
BAss ++2
1
 
Identificação e 
Ajustamento dos 
Parâmetros 
M(s) 
Função de 
Transferência 
entrada saída 
FT 11 
entrada 1 saída 1 
FT 12 FT 1M ... 
FT 21 
entrada 2 saída 2 
FT 22 FT 2M ... 
. 
. 
. 
. 
. 
. 
. 
. 
. 
 
... 
FT N1 
entrada N saída M 
FT N2 FT NM ... 
49 
Portanto, o sucesso do controlador preditivo está diretamente relacionado à capacidade do modelo 
matemático em predizer com precisão razoável o valor da entrada (excitação) do processo a ser 
aplicada no próximo instante para que a saída diste o mínimo do set-point. Através da realimentação 
o sistema de controle verifica a todo instante a performance e a robustez do controlador e se ajusta 
para minimizar o erro, como mostrado na figura 65. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 65 – Diagrama de blocos de um sistema em malha fechada com controlador PID preditivo 
3.5.2.3. Inteligência Artificial 
As técnicas de Inteligência Artificial podem ser utilizadas como alternativa ou mesmo apoio 
aos sistemas de automação, em procedimentos de diagnóstico, tomada de decisão e estimação de 
variáveis. 
 
A base de um sistema de otimização que utiliza Inteligência Artificial pode ser um Sistema 
Especialista (Expert System), sobre o qual podem ser inseridos módulos de Lógica Nebulosa (Fuzzy 
Logic) e Redes Neurais Artificiais (Artificial Neural Networks). Nesta configuração, o Sistema 
Especialista contemplará as regras operacionais e as estratégias de otimização e utilizará as 
variáveis recebidas do processo para desempenhar suas tarefas. O bom desempenho do Sistema 
Especialista depende do bom desempenho da instrumentação do processo, ou seja, as variáveis 
devem ser precisas. Como a qualidade dos dados do processo não pode ser amplamente garantida, 
pode haver a necessidade de tratar as variáveis imprecisas utilizando a Lógica Nebulosa. Outro 
problema ainda pode ocorrer: a ausência de variáveis importantes para a otimização. Neste caso, 
podem ser utilizadas Redes Neurais para estimá-las. 
 
Sistemas Especialistas 
 
Sistemas Especialistas são programas computacionais desenvolvidos a partir do 
conhecimento dos especialistas, para resolver problemas num domínio restrito. O conhecimento 
extraído dos especialistas é formalizado e codificado numa Base de Conhecimento, como mostra o 
esquema da figura 66. 
 
 
 
Figura 66 – Arquitetura de um sistema Especialista 
 
A utilização de um Sistema Especialista para resolver um problema consiste em manipular 
este conhecimento através do uso de silogismos lógicos, derivando novos conhecimentos, 
+ _ 
C(s) E(s) R(s) 
Modelo 
Matemático 
M(s) Controle da 
Excitação 
Sistema 
50 
estendendo assim a Base de Conhecimento. Sistemas Especialistas são utilizados para resolver 
problemas para os quais não existe uma solução algorítmica viável. Tais problemas envolvem, 
geralmente, conhecimento extenso, frequentemente difuso e empírico. Outra característica 
importante da classe de problemas abordáveis pelos Sistemas Especialistas é o papel importante 
desempenhado pelo conhecimento heurístico disponível sobre o problema. 
 
Lógica Nebulosa 
 
A Lógica Nebulosa é uma técnica que possibilita trabalhar com o conhecimento incerto e 
impreciso, permitindo que se realizem inferências sobre situações que não dominamos 
completamente. Ela possui uma estrutura que incorpora alguns dos mecanismos de inferência 
humanos, sendo muito adequada ao desenvolvimento de sistemas de controle inteligentes, pois 
permite que o conhecimento de peritos possa ser traduzido de maneira direta em um algoritmo de 
controle e decisão. A figura 67 exemplifica um sistema de inferência nebuloso. 
 
 
 
Figura 67 – Exemplo de aplicação da Lógica Nebulosa 
 
Um sistema de inferência nebuloso coleta as variáveis reais do processo e as converte para o 
domínio nebuloso, através de gráficos, que permitem transformar valores numéricos em conceitos 
linguísticos associados a graus de pertinência. Esses conceitos são aplicados a regras de produção 
queresultam em saídas gráficas. A resultante gráfica é então transformada para o domínio real e 
enviada ao atuador. 
 
Redes Neurais Artificiais 
 
As Redes Neurais Artificiais (RNA) são estimadores universais capazes gerar valores 
aproximadamente corretos a partir de entradas relacionadas a um padrão. O elemento básico de uma 
RNA é um modelo matemática do neurônio humano (figura 68 a). Quando interligado a outros 
neurônios forma uma rede (figura 68 b). 
 
 
 
 (a) 
 (b) 
 
Figura 68 – (a) Modelo matemático de neurônio humano (b) Rede Neural Artificial 
51 
As RNA precisam ser previamente treinadas com uma massa de valores que representam, 
com qualidade, o padrão a ser estimado. Durante o treinamento, é realizado o ajuste dos pesos 
associados às entradas de acordo com a importância e a repetibilidade dos dados, considerando uma 
saída padrão fixa, que deve ser estimada pela função de ativação. Após o treinamento e em 
operação, as entradas são ponderadas, e, atingido o valor de polarização, é disparada a função de 
ativação para gerar a saída. 
 
As RNA podem ser utilizadas para substituir modelos matemáticos, filtros e estimadores de 
modo geral. São utilizadas em aplicações de Controle de processos, Controle de qualidade, 
Reconhecimento de voz, escrita e caracteres, etc. 
4. SISTEMAS DA TECNOLOGIA DA INFORMAÇÃO 
Este capítulo apresenta os sistemas associados à TI. Por motivos estratégicos, a abordagem 
será realizada a partir do topo da pirâmide da figura 1. 
4.1. Sistemas de Gestão Corporativa 
Conforme mencionado no capítulo anterior, os sistemas de gestão corporativa contam com 
poderosas ferramentas de software, baseadas no conceito ERP (Enterprise Resource Planning). 
ERP é uma arquitetura de software que facilita o fluxo de informações entre todos os departamentos 
da corporação e suas atividades, tais como fabricação, logística, finanças e recursos humanos – 
(HABERKORN & OLIVEIRA, 1999). É um sistema amplo de soluções e informações. A figura 12 
ilustra o conceito de integração ERP. 
 
A arquitetura ERP estabelece uma plataforma na qual um banco de dados relacional central 
interage com um conjunto de aplicações que suporta todas as operações do negócio, em um 
ambiente computacional único. 
 
A fim de exemplificar a complexidade de um sistema pleno de ERP, imaginemos como uma 
transação que pode afetar todos os setores da empresa. Seja uma fábrica de automóveis, na qual os 
Representantes de Vendas e Serviços recebem de um Cliente um pedido de fornecimento de uma 
grande quantidade de veículos. Para elaborar a proposta comercial, eles devem verificar se será 
possível entregar a quantidade de unidades solicitada, dentro das especificações e prazos 
estabelecidos pelo Cliente, com uma margem de lucro aceitável. Para tal, é lançada uma ordem de 
produção simulada no sistema ERP, que dispara consultas a todos os setores envolvidos. Na 
extrema direita da figura, os Fornecedores externos, também integrados ao sistema, recebem 
consultas sobre a capacidade de fornecer peças, equipamentos e acessórios necessários à montagem 
dos veículos, devendo retornar as condições, prazos e preços. No ambiente interno, à direita da 
figura, de cima para baixo, o Pessoal Administrativo do setor de Finanças e Controladoria deve 
verificar a disponibilidade dos recursos financeiros necessários para arcar com todos os custos de 
fornecimento e produção até o recebimento do valor da venda final. Por sua vez, o Pessoal 
Administrativo do setor de Manufatura deve verificar a capacidade, disponibilidade e condições das 
linhas de produção no período dedicado ao atendimento do pedido. Este parecer deve ser elaborado 
em conjunto com o Pessoal do Chão-de-Fábrica e com o setor de Gerenciamento de Materiais. Na 
parte central inferior da estrutura, o setor de Gerenciamento de Recursos Humanos deve estimar a 
quantidade de homens-hora necessários para atender à Manufatura e verificar a necessidade de 
estender o regime de turnos. Caso necessário, deverá acionar o setor de Apoio e Serviços para 
complementar a capacidade de trabalho a partir de contratações externas, que a exemplo das 
demandas anteriores, afetará os custos e prazos da produção. É necessário ainda, verificar a 
logística de entrega dos produtos junto ao setor de Vendas e Distribuição (acima, à esquerda). 
Realizadas todas as consultas no âmbito operacional, Relatórios são emitidos e submetidos à 
aprovação pelas Diretorias envolvidas no âmbito estratégico. Aprovadas todas as condições técnicas 
e comerciais, internas e externas, a proposta é elaborada e enviada ao Cliente. Este exemplo mostra 
52 
claramente como uma simples operação de venda pode disparar uma série de ações, necessárias 
para respaldar as decisões tomadas e minimizar os riscos inerentes ao negócio. 
 
A implantação de um sistema de ERP, em sua plenitude, pode ser bastante onerosa e, muitas 
vezes, fica restrita a grandes corporações. A seguir, são apresentadas as vantagens e desvantagens 
que a adoção de um ERP pode trazer (MARTINS e BREMER, 2002). Como vantagens, é possível 
apontar: 
− Eliminação do uso de interfaces manuais; 
− Redução de custos; 
− Otimização do fluxo da informação e da qualidade da mesma dentro da organização 
(eficiência); 
− Otimização do processo de tomada de decisão; 
− Eliminação da redundância de atividades; 
− Redução dos tempos de resposta ao mercado. 
 
Por outro lado, o processo de implantação também pode ser problemático, caso as 
metodologias nativas do produto não sejam iguais ou mesmo semelhantes às empregadas nas 
atividades da empresa. Quando essas divergências ocorrem, é possível customizar os aplicativos de 
software. Entretanto, devido aos altos custos dessas customizações, a maioria dos clientes opta por 
se render aos modelos de gestão do produto, o que não deveria acontecer. Desta forma, algumas 
mudanças podem ser necessárias na organização como: 
− Redesenho dos processos; 
− Eliminação das funções em duplicidade e fluxos de informação mal definidos; 
− Desenvolvimento de um sistema adicional para estabelecer a interface com o nível de 
chão de fábrica. 
 
Este último item, em particular, pode ser bastante trabalhoso, uma vez que o ERP é pouco 
flexível no que se refere à comunicação com outros sistemas. Como o número de sistemas entre o 
nível corporativo e o chão de fábrica é grande, como ilustra a figura 69, pode ser necessário o 
desenvolvimento de uma camada de interface denominada MES. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 69 – Sistemas existentes entre o nível corporativo e o chão de fábrica 
4.2. Sistemas de Execução da Manufatura 
Conforme mencionado no capítulo 2, os Sistemas de Execução da Manufatura MES 
(Manufacturing Execution System) estabelecem a interface entre o chão de fábrica e o nível 
corporativo. 
 
Subsistemas 
53 
 
Estes sistemas são responsáveis por processar os dados disponíveis no chão-de-fábrica que 
vão para o ERP, e no sentido inverso, processar os conteúdos vindos do ERP. Desta forma, os 
gerentes de produção podem definir os procedimentos e os recursos necessários para atender as 
ordens de produção vindas do ERP, enquanto os gestores corporativos podem acompanhar, em 
tempo real, todos os dados referentes aos processos produtivos. 
 
Além de estabelecer essa interface, o MES desempenha outras tarefas como o sincronismo 
do trabalho, máquinas, ferramentas e recursos. As funcionalidades de um MES foram estabelecidas 
por uma associação denominada MESA (Manufacturing Enterprise Systems Association) e são 
listadas abaixo (MESA, 1997): 
1. Alocação de recursos 
− Administração dos recursos (máquinas, ferramentas de trabalho, materiais, 
equipamentos, documentos); 
− Manutenção de um histórico detalhado dos recursos; 
− Assegurar que os equipamentos estejam disponíveis para operação em tempo real. 
 
2. Planejamento detalhado da operação 
− Sequenciamentobaseado em prioridades, atributos, características; 
− Utilização de receitas associadas a unidades de produção específicas; 
− Programação de operações paralelas. 
 
3. Gestão do fluxo produtivo 
− Administração do fluxo das unidades produtivas; 
− Sequenciamento do trabalho a ser executado; 
− Alterações da programação prevista; 
− Retrabalho e recuperação de processos; 
− Gestão da capacidade produtiva. 
 
4. Controle de documentos 
− Controle de arquivos/formulários; 
− Registro de informações de “como planejado” e “como executado”; 
− Envio de instruções a operação e dispositivos de controle; 
− Armazenamento de dados históricos. 
 
5. Aquisição e armazenamento de dados 
− Interface para obtenção dos dados e parâmetros da planta e laboratório (automática 
e/ou manual); 
− Armazenamento, organização e compactação dos dados; 
− Disponibilização das informações para as unidades produtivas, gerenciais e 
corporativas. 
 
6. Gestão de serviços 
− Status do pessoal a cada instante; 
− Emissão de relatórios de tempo e frequência; 
− Acompanhamento da certificação da capacitação do pessoal; 
− Rastreamento das atividades diretas e indiretas para a avaliação do preço de custo; 
− Distribuição de recursos para tarefas prioritárias. 
 
7. Gestão da qualidade 
− Análise em tempo real dos dados da produção; 
− Controle de qualidade dos produtos; 
− Identificação de problemas; 
− Recomendação de ações corretivas; 
− Rastreamento via Controle Estatístico de Processo (SPC) / Controle Estatístico de 
Qualidade (SQC). 
54 
 
8. Gestão do processo 
− Monitoramento da produção; 
− Correção automática ou apoio à decisão dos operadores; 
− Rastreamento das atividades do processo; 
− Gestão de tolerâncias aceitáveis. 
 
9. Gestão da manutenção 
− Rastreamento e direcionamento das atividades de manutenção para garantir 
disponibilidade; 
− Programação da manutenção periódica, preventiva ou corretiva; 
− Manutenção de um histórico de eventos e alarmes para auxiliar no diagnóstico de 
problemas. 
 
10. Genealogia e rastreamento do produto 
− Visão on-line do status dos trabalhos: 
 - quem está trabalhando em que; 
 - materiais de fornecedores; 
 - lote; 
 - número de série; 
 - condições da produção atual; 
 - alarmes; 
 - retrabalhos; 
 - exceções relacionadas ao produto. 
− Registro histórico dos componentes no produto final. 
 
11. Análise de desempenho 
− Emissão de relatórios em tempo real dos resultados da produção; 
− Comparação com resultados históricos e/ou esperados pela empresa. 
 
A proposta inicial da MESA pregava o desenvolvimento de um único produto (software) 
que contemplasse todas as funcionalidades até então desempenhadas por outros sistemas, em 
substituição a estes. Essa proposta encontrou fortes barreiras em seu caminho, uma vez que as 
empresas não concordaram em se desfazer de seus sistemas instalados, consagrados pelo mercado e 
aprovados por seus usuários. Todavia, o conceito de integração do MES permaneceu e hoje é 
utilizado por várias organizações para estabelecer a interface entre o chão-de-fábrica e o 
corporativo. 
 
A orientação das funcionalidades implementadas em um MES deve atender às regras de 
negócio e estratégias da organização, como mostra a figura 70. 
 
 
55 
(a) (b) 
 
Figura 70 – MES orientado para (a) Negócio da empresa (b) Produção 
 
Um MES pode ser orientado para o negócio da empresa ou para a produção. Na primeira 
orientação, utilizada pela maioria das empresas, a produção atende as quantidades demandadas 
pelas vendas e serviços. Na segunda, utilizada por empresas que detém o monopólio do mercado e 
não tem interesse em produzir grandes quantidades, prevalece a qualidade e o valor agregado aos 
produtos. 
 
A implantação de um MES segue, tipicamente, os seguintes passos: 
 
− Levantamento dos dados da produção; 
− Diagnóstico da disponibilidade e da qualidade dos dados da produção; 
− Identificação dos gargalos e oportunidades; 
− Levantamento dos benefícios corporativos; 
− Levantamento dos benefícios operacionais; 
− Preparação da estratégia de venda em nível corporativo; 
− Preparação da estratégia de venda em nível operacional; 
− Realização de um projeto piloto e avaliação dos resultados; 
− Preparação de um relatório sumarizado dos resultados e benefícios para a corporação e 
operação; 
− Preparação da extensão global do projeto MES para as linhas e plantas restantes. 
 
 O envolvimento de todas as áreas é fundamental na integração dos sistemas e a cada setor 
devem ser atribuídas as seguintes responsabilidades: 
 
− Vendas e Gestão de Serviços: realizar a automatização das cotações, vendas e 
configuração de produtos; 
− Gestão da Cadeia de Suprimentos: automatizar a distribuição, transporte, logística e 
implementar o comércio eletrônico; 
− Planejamento e Execução da Manufatura: automatizar as finanças, planejamento, ordem 
de produção e estoque; 
− Engenharia de Produtos e Processos: incluir CAD/CAM e modelagem do produto e 
processo; 
− Controle: definir modelos de produção e elaborar procedimentos de produção; 
− Sistema de Execução da Manufatura: integrar as informações de forma rápida e coerente. 
 
Os benefícios esperados para cada setor são: 
 
− Vendas e Gestão de Serviços: utilizar a capacidade e do estado atual de produção para 
realização de cotações; 
− Gestão da Cadeia de Suprimentos: trabalhar com dados atualizados de ordens de 
produção, capacidade, desempenho, etc; 
− Planejamento e Execução da Manufatura: trabalhar com dados atualizados de custos, 
ciclos de produção, folgas e gargalos; 
− Sistema de Execução da Manufatura: coletar as informações do campo, realização de 
procedimentos locais e disponibilização aos demais sistemas; 
− Engenharia de Produtos e Processos: utilizar em suas atividades dados atualizados de 
qualidade e desempenho; 
− Controle: utilizar receitas, instruções de trabalhos e lógicas de controle que reflitam o 
melhor desempenho de produção para cada momento. 
 
A arquitetura típica de um MES é apresentada na figura 71. 
56 
 
 
 
Figura 71 – Arquitetura típica de um MES 
 
A implantação de um MES começa pela aquisição e armazenamento de dados (5ª 
funcionalidade da lista acima). O sistema que realiza essa tarefa no chão de fábrica é o PIMS e no 
laboratório é o LIMS. A partir da disponibilização dos dados, os aplicativos podem ser 
desenvolvidos. 
 
É importante ressaltar que as soluções em TI não são padronizadas ou seguem modelos 
tradicionais como em outras áreas. As necessidades devem ser associadas à criatividade dos 
usuários dos sistemas na construção das soluções. Essa característica faz com que os projetos de TI 
sejam mais longos e com evoluções graduais a partir do uso das ferramentas. O empenho no 
desenvolvimento de soluções inventivas é o que agrega valor aos processos e torna as empresas que 
melhor utilizam seu capital intelectual, diferenciadas perante seus concorrentes. 
4.3. Sistemas de Gestão da Informação 
Os Sistemas de Gestão da Informação da Planta, PIMS, constituem uma infraestrutura 
utilizada para o gerenciamento de dados em plantas industriais, que possibilita a utilização da 
informação nos diversos níveis: operação, supervisão, manutenção, produção, gestão, qualidade 
dentre outros, constituindo um grande recurso para a empresa, como ilustra a figura 72. 
 
Para desempenhar a principal função do PIMS, aquisição e armazenamento de dados, é 
utilizado um banco de dados temporal. Este tipo de banco é capaz de armazenar grandes 
quantidades de dados de diversas fontes da planta, utilizando poucos recursos de hardware. Isso é 
possível devido à utilização de algoritmos de compactação de dados. A consulta aos dados nos 
grandes volumes gerados é agilizada pela adoção de estratégias de busca. 
 
Conforme mencionado anteriormente, o PIMS é o primeiro componente no processo de 
implantação de um MES. Cientes dessa situação,os desenvolvedores de PIMS incorporaram a seus 
bancos, diversas funcionalidades, fazendo do PIMS uma interessante plataforma para o 
desenvolvimento do MES. 
 
Explorados os diversos recursos do PIMS para a construção do MES, todos os níveis de 
todas as unidades da empresa ganham um ilimitado acesso às informações em tempo real, ajudando 
a tomar melhores decisões de negócios. Embora o PIMS tenha sido usado principalmente em 
indústrias de processos, sua flexibilidade e sofisticação de recursos fazem dele um ativo valioso em 
qualquer lugar onde informações importantes necessitem ser gerenciadas com precisão. 
57 
 
 
 
Figura 72 – Arquitetura de um PIMS 
 
O PIMS apresenta as seguintes funcionalidades que atendem o MES: 
− Interfaces com o processo: conexões bidirecionais de alta velocidade (drivers) às fontes 
de dados do processo e sistemas de automação. 
− Interfaces com coletores de dados: permite a entrada manual de dados no sistema PIMS 
através do teclado, ou através de coletores de dados. 
− Conectores com o nível corporativo: conexões bidirecionais com o sistema corporativo 
para o intercâmbio das informações, distribuindo os dados ou seus históricos entre o ERP 
e os bancos de dados externos ao sistema, sem necessitar armazená-los em bancos de 
dados intermediários. 
− Banco de dados temporal: com a capacidade de armazenar e compactar os dados por 
longos períodos de tempo, em um único servidor, sem consumo excessivo de memória 
em disco rígido. 
− Interface gráfica com o usuário: representação gráfica dos dados de processo de forma 
dinâmica e interativa incluindo sinóticos, animações, tendência histórica e/ou instantânea, 
gráficos diversos, etc. Suporte para visualizar informações de diversos sistemas PIMS 
simultaneamente ou de dados advindos de outros bancos de dados. 
− Conector com planilha eletrônica: conexão bidirecional com softwares de planilha 
eletrônica, permitindo a recuperação de dados armazenados no sistema PIMS. 
Possibilidade de geração de relatórios complexos, gráficos utilizando dados históricos ou 
em tempo real, bem como a entrada manual de dados no sistema PIMS. 
− Interface WEB: permite a criação de páginas html para exibir telas gráficas contendo 
informações do sistema PIMS via Internet ou Intranet. 
− Segurança: permite restringir o acesso aos dados e funcionalidades através de senhas. 
Cada usuário possui atributos específicos, de acordo com a sua atividade, para definir o 
58 
nível de intervenção sobre o sistema: visualização, e/ou alteração dos dados e/ou 
configuração do sistema. 
− Organizador por grupos: permite organizar o conteúdo de dados do PIMS por grupos de 
modo a facilitar a sua utilização por usuários de áreas distintas em programas e telas. 
− Módulo estatístico: permite realizar cálculos estatísticos em tempo real para os dados 
armazenados no sistema PIMS. Permite o cálculo de diversos parâmetros (desvios, 
médias, etc) além de permitir a construção de diversos gráficos estatísticos (tendências, 
histogramas, etc). 
− Módulo batelada: utilizado para visualizar os dados armazenados no PIMS a partir de 
processos de fabricação associados por lotes: número do lote ou batelada, produto e 
unidade de processo. 
− Módulo de cálculo avançado: permite a elaboração de cálculos complexos em ambiente 
externo, como por exemplo, a linguagem de programação Visual Basic. Permite a criação 
de rotinas diversas e manipulação dos dados armazenados no sistema PIMS. 
− Sumário de alarmes: sumariza as informações do servidor de alarmes e as exibe na forma 
de uma estrutura hierárquica para os usuários. 
− Reconciliador de dados: valida as informações de produção, verifica a qualidade dos 
dados e garante a produção de dados limpos, consistentes e confiáveis. 
4.4. Sistemas de Gestão da Informação do Laboratório 
Os Sistemas de Gestão da Informação do Laboratório, LIMS, constituem uma infraestrutura 
utilizada para o gerenciamento dos dados em laboratórios. 
 
O LIMS supre as necessidades de empresas em que as atividades do laboratório exigem um 
sistema com alto grau de flexibilidade de configuração. Capaz de simular os fluxos de trabalho do 
laboratório, o LIMS pode ser configurado em estações clientes, sem comprometer a segurança do 
sistema e sem necessidade de customização. A implementação de um sistema LIMS permite a 
geração de dados a serem transformados em valiosas informações para tomada de decisões. 
 
O LIMS coleta os dados de amostras diretamente dos equipamentos de laboratório utilizando 
drivers específicos e/ou genéricos. Os dados são direcionados para um banco de dados relacional, 
onde são armazenados. A interface com o usuário proporciona uma estrutura de organização que 
permite o usuário interagir com os dados e informações de cada amostra de maneira simples e 
bastante amigável. 
 
O sistema LIMS, além de desempenhar as atividades específicas do laboratório, pode ser 
integrado ao sistema PIMS para auxiliar a tarefa de controle da produção, consolidando as 
informações da qualidade e integrando-as ao sistema de gestão empresarial. Oferece também, 
respaldo para o cumprimento dos requerimentos regulatórios para a armazenagem de longo prazo e 
reutilização da informação. 
 
O sistema LIMS apresenta as seguintes funcionalidades: 
− Interfaces específicas com equipamentos de laboratório: conexões (drivers) às fontes de 
dados, equipamentos de laboratório, que utilizam um padrão de comunicação aberto. 
− Interfaces genéricas com equipamentos de laboratório: conexões (drivers) às fontes de 
dados, equipamentos de laboratório, que não utilizam um padrão de comunicação aberto. 
Nestes casos, é necessário utilizar um processo de leitura genérico, que possibilite a 
conversão de arquivos texto para formatos compatíveis com o sistema LIMS. 
− Interface com outros sistemas de informação: os dados do sistema LIMS deverão estar 
disponíveis em um banco de dados relacional e poderão ser acessados, via ODBC por 
exemplo, através de transações SQL. 
59 
− Interface amigável com o usuário: permite a organização das informações em pastas, 
numa estrutura do tipo árvore, com a possibilidade de visualização seletiva através de 
filtros de tempo, usuários, resultados, etc. 
− Gestão do fluxo de amostras do laboratório: toda a dinâmica do laboratório deve ser 
gerida pelo sistema LIMS: recebimento das amostras; alocação das amostras em pastas 
organizadas por etapa do processo; indicação do(s) teste(s) a realizar; responsável por 
cada teste; procedimento de teste(s); resultados obtidos; indicação do status de cada 
amostra com relação à conformidade ao padrão estabelecido; etc. 
− Segurança: permite restringir o acesso aos dados e funcionalidades através de senhas. 
Cada usuário possui atributos específicos, de acordo com a sua atividade, para definir o 
nível de intervenção sobre o sistema: visualização, e/ou alteração dos dados e/ou 
configuração do sistema. 
− Geração de relatórios: permite a geração de relatórios padronizados ou configuráveis pelo 
usuário, em padrão próprio ou em padrão exportável para planilhas eletrônicas. 
5. ETAPAS DE UM PROJETO DE AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 
Este capítulo apresenta as etapas típicas de um projeto de automação industrial. 
5.1. Levantamento de Campo 
Atividade que consiste no levantamento de todas as informações necessárias para o 
desenvolvimento do projeto: 
− Levantamento dos padrões a serem utilizados no projeto; 
− Análise dos percursos a serem utilizados para as redes de comunicação; 
− Definição dos relatórios; 
− Disposições dos novos equipamentos; 
− Verificação da situação atual e as modificações necessárias; 
− Cronograma detalhado do empreendimento. 
5.2. Especificação Funcional 
Documento onde são descritos: 
− A filosofia do sistema de automação; 
− Os padrões para todo o desenvolvimento; 
− Arquitetura; 
− Configuração consolidada do sistema; 
− Características funcionais; 
− Característicasdo hardware e software; 
− Benefícios obtidos; 
− Interfaces; 
− Procedimentos operacionais; 
− Procedimentos de segurança. 
5.3. Critérios de Projeto 
Documento onde são estabelecidas as principais diretrizes que orientarão a elaboração do 
projeto de automação tais como:Características principais dos equipamentos; 
− Distribuição de tensão de controle; 
− Padronização de cabos e bitolas; 
− Filosofia de comandos, emergências, reservas instaladas, etc. 
60 
5.4. Fluxogramas P&I (Processo e Instrumentação) 
Consolidação dos fluxogramas existentes onde são substituídas as indicações da 
instrumentação convencional por indicações das funções executadas por software e pelas estações 
de operação/supervisão. Verificação da necessidade e elaboração de novos fluxogramas. 
 
 
 
5.5. Instrumentação do fluxograma P&I 
Documento contendo a representação de todos os elementos de campo (sensores, 
transmissores, atuadores, etc) e as funções executadas por software e pelas estações de operação e 
supervisão para cada malha de controle/instrumento. 
 
61 
 
 
5.6. Arranjo da Sala de Controle 
Documento que apresenta a distribuição dos equipamentos do sistema de automação dentro 
da sala de controle. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
62 
5.7. Relação de entradas e saídas dos controladores 
Documento gerado para cada controlador, que apresenta a imagem dos módulos de E/S. 
Contém informações como: 
− Tipo do módulo (entrada ou saída, digital ou analógico, etc.); 
− Descrição de cada ponto de E/S com seu endereço; 
− Indicação da tensão e dos pontos de alimentação; 
− Identificação do painel e do módulo dentro do painel; 
− Etc. 
 
 
 
5.8. Especificação de instrumentos 
Documento único que se aplica à qualquer tipo de instrumento, contendo informações, 
critérios e características técnicas que em conjunto com as folhas de dados dos instrumentos 
propiciam a aquisição dos mesmos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
63 
5.9. Folha de dados de instrumentos/equipamentos 
Documento contendo todas as informações e características técnicas necessárias e 
suficientes para a aquisição dos instrumentos/equipamentos especificados, permitindo a seleção do 
modelo e/ou cálculo do instrumento e a sua cotação. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5.10. Folha de Especificação para o Sistema de Automação 
Contempla todas as informações e características técnicas necessárias e suficientes para a 
aquisição dos seguintes equipamentos/software: 
− Hardware para o CLP; 
− Painéis de CLP; 
− Microcomputadores para as Estações de Operação; 
− No-breaks; 
− Quadros de distribuição de tensão de controle; 
− Impressoras; 
− Equipamentos de rede; 
− Software de Supervisão; 
− Software de apoio; 
− Acessórios; 
− Mobiliário; 
− Outros. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
64 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5.11. Diagramas Lógicos 
Elaboração/revisão dos diagramas lógicos da planta de forma a disponibilizar as seguintes 
informações: 
− Intertravamentos entre equipamentos e/ou sistemas; 
− Comando de seqüências/grupos de equipamentos; 
− Instrumentação comum a mais de um equipamento; 
− Sinalizações de processo não associadas a equipamentos. 
 
 
 
65 
5.12. Diagramas Funcionais 
Desenhos para apoio à manutenção, que apresentam de forma esquemática a correlação 
entre as entradas e saídas do CLP e todos os dispositivos dos CCM (Comando e Controle de 
Motores), painéis locais e campo indicando a função de cada sinal, sem a finalidade de interligação 
e lançamento de cabos. 
 
5.13. Diagramas de interligação 
Desenhos elaborados por equipamentos que mostram todas as interligações elétricas, 
informando identificação de cabos e condutores, bitola, régua de bornes, bornes e terminais, pontos 
de aterramento, para cada interligação relativa aos equipamentos (campo-CLP, CCM-CLP, campo-
CCM, outros). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
66 
5.14. Diagramas de Malhas 
Este documento contempla todas as malhas de controle da planta, com definição das funções 
envolvidas e as interligações entre as mesmas, fazendo-se a representação de acordo com a 
localização física de cada instrumento ou função. O documento complementa as informações 
apresentadas no Fluxograma P&I. 
 
 
5.15. Relação de Circuitos e Cargas 
Documento, elaborado para cada quadro de distribuição de tensão de controle (QDTC), 
contendo ma relação de todos os circuitos do quadro (com informação da capacidade de corrente de 
cada disjuntor) com a relação / identificação de todas as cargas ligadas a ele. 
 
67 
5.16. Diagrama Unifilar 
Este documento define de forma completa toda a necessidade de alimentação elétrica de 
tensão e controle para a instrumentação e equipamentos do sistema de automação, incluindo as 
cargas previstas distribuídas de acordo com os níveis de tensão, a necessidade de sistemas 
ininterruptos e alimentação redundante, além de determinar as proteções elétricas necessárias. 
5.17. Lista de Instrumentos 
Este documento contempla a relação de todos os instrumentos (existentes e novos) e suas 
principais funções, definindo o tipo, locação física e serviço de cada instrumento. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5.18. Plantas de locação de instrumentos 
Este documento define a posição física e elevação de todos os instrumentos e painéis de 
campo para os quais exista a interligação de sinal e/ou alimentação elétrica. Além disso são 
localizadas as caixas de junção, o encaminhamento de eletrodutos entre instrumentos e caixas de 
junção e o encaminhamento de eletrodutos/dutos entre as caixas de junção e as salas de controle 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
68 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5.19. Lista de Materiais 
Este documento relaciona todos os materiais necessários para a montagem da instalação 
definindo o tipo e especificação técnica do material, unidade de medida/contagem e a quantidade. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
69 
5.20. Lista de Cabos 
Documento que relaciona todos os cabos de interligação entre equipamentos, instrumentos, 
caixas de junção, CCM, painéis e outros elementos de campo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5.21. Planilhas de Cabos 
Planilha identificando todos os cabos/condutores associados a cada equipamento com as 
suas conexões nas borneiras dos painéis existentes e as suas ligações correspondentes nas borneiras 
dos novos painéis facilitando o remanejamento dos cabos entre os painéis. 
5.22. Lista de Cabos para lançamento 
Este documento relaciona todos os cabos de interligação entre equipamentos, instrumentos, 
caixas de junção, CCM, painéis e outros elementos de campo, com os respectivos percursos para 
orientar o lançamento de cabos pela montadora. 
5.23. Gestão de Suprimentos 
Consiste no acompanhamento, etapa por etapa, de todo o processo de compra dos 
equipamentos, softwares e materiais de instalação elétrica fornecidos. 
5.24. Análise Técnica de Propostas 
− Análise das propostas técnicas recebidas; 
− Preparação de questionários objetivando a equalização técnica das propostas; 
− Participação em reuniões técnicas com os fornecedores; 
− Preparação de relatório priorizando tecnicamente os fornecedores; 
− Preparação da documentação técnica final para compra. 
70 
5.25. Comentário de desenhos de fornecedores 
Comentar/aprovar os desenhos enviados pelos fornecedores de equipamentos 
elétricos/instrumentos, antes do início da fabricação, para verificação da adequabilidade do que vai 
ser fabricado com o que foi especificado. 
5.26. Roteiro de Aceitação 
Documento onde são estabelecidos procedimentos e parâmetros a para aceitação do sistema 
de automação durante o teste de fábrica e de plataforma. 
5.27. Programaçãode CLP 
Consiste no desenvolvimento do programa do CLP, utilizando o software específico do 
fabricante, contendo a lógica de comando, seqüenciamento, controle e sinalização dos 
equipamentos/instrumentos e outros dispositivos. Associados à lógica teremos: 
− Comentários de endereços; 
− Comentários de linha; 
− Referência cruzada dos endereços utilizados; 
− Mapa de memória. 
71 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5.28. Configuração do Software De Supervisão 
− Definição e digitação da Base de Dados; 
− Planejamento e definição das telas sinóticas; 
− Edição de Sinóticos; 
− Animação dos pontos inerentes a comando e sinalização; 
− Definição e configuração dos alarmes; 
− Configuração das tendências instantâneas e históricas; 
− Elaboração de receitas; 
− Outros. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
72 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5.29. Desenvolvimento de drivers 
Desenvolvimento de software de comunicação para interfacear os dispositivos 
5.30. Testes de Plataforma 
Montagem de uma plataforma contendo os dispositivos mínimos necessários de hardware e 
software da configuração para: 
− Depuração do programa do CLP; 
− Testes de intertravamentos, sequenciamentos e sinalizações; 
− Testes nas lógicas relativas às áreas de interface, alarmes, etc.; 
− Integração/compatibilização de todos os componentes do sistema; 
− Análise da performance do Sistema. 
5.31. Elaboração de Manuais 
Estes documentos têm como objetivo funcionar como material complementar aos 
treinamentos e subsidiar a operação e manutenção de sistema após a sua entrega. São desenvolvidos 
os seguintes manuais: 
− Manual de Operação; 
− Manual de manutenção de software do CLP; 
− Manual de manutenção de software de supervisão; 
5.32. As-Built 
Atualização da documentação do projeto gerada conforme construído e executado. 
73 
5.33. Implantação do Sistema 
A Implantação do Sistema é realizada de acordo com o planejamento definido e 
compreenderá as seguintes etapas: 
 
Supervisão de Montagem 
Compreende a supervisão da montagem e das ligações e energizações dos equipamentos do sistema 
de automação. 
 
Montagem da rede e comunicação 
Compreende a montagem e interligação dos equipamentos do sistema em rede. 
 
Testes bit a bit 
Os testes bit a bit são iniciados após a conclusão dos testes de continuidade elétrica. Durante estes 
testes são verificadas todas as ligações feitas durante a transferência dos sinais do campo e CCM 
para os novos CLP. 
 
Start up 
Após os testes bit a bit, são executados todos os testes operacionais com os equipamentos de 
processo já ligados ao novo sistema de automação, para verificação na prática, da integração 
realizada em plataforma. São simulados todos os intertravamentos, proteções dos equipamentos, 
realizados ajustes e aferições da aquisição e tratamento de dados reais coletados e enviados ao 
processo. Após realização de todos os testes com os equipamentos operando sem carga (testes em 
vazio), os mesmos são colocados em operação com carga, nas condições nominais. 
 
Operação Assistida 
Acompanhamento da operação normal do sistema pelos integradores e operadores para verificação 
da performance do sistema implantado. Neste período serão realizados também os ajustes dos 
parâmetros, análise da estabilidade e verificação das faixas de alarmes e das malhas de controle.