Sensores e Transdutores

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DEI/Jaime Fonseca 1
Universidade do Minho
Departamento de Electrónica 
Industrial
AUTOMAÇÃO
DEI/Jaime Fonseca 2
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Programa
Introdução
Instrumentação, sensores e medidas
Características dos sensores
Tipo de sensores
Sensores de Temperatura
Sensores de Luz
Sensores de Força
Sensores de Deslocamento
Sensores de Som
Sensores de Caudal
Sensores de Distância
Sistemas Electropneumáticos e Electrohidráulicos
Concepção de um automatismo
Características de um automatismo
Estrutura de um automatismo
Implementação de um automatismo
DEI/Jaime Fonseca 3
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Programa
Métodos gráficos para representação da lógica
Diagrama de contactos
Diagrama lógico
Grafcet
Autómatos programáveis
Estrutura de um autómato programável
Tipo de entradas
Tipo de saídas
CPU
Memórias
Cartas mais usuais
Programação de autómatos
Linguagens de programação
Áreas de memória – CPM 1
Instruções de tratamento lógico
Funções em Ladder
Redes industriais
Conceitos gerais de redes
Tipos de redes industriais
Sistemas scada
DEI/Jaime Fonseca 4
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Apresentação da disciplina
Escolaridade
2h Teóricas + 1h Teórico-Prática
Avaliação
Exame final (2 chamadas)
Trabalho prático ?
Início das aulas Teórico-práticas
Dia 7/10/04
Elementos de estudo
Apontamentos da disciplina
Exercícios propostos
Livros existentes na biblioteca
DEI/Jaime Fonseca 5
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Departamento de 
Electrónica Industrial
Apresentação da disciplina
Jaime@dei.uminho.pt
http://www.dei.uminho.pt
- 5ªs feiras, das 15.00 às 17.00
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Universidade do Minho
Departamento de Electrónica 
Industrial
Introdução
DEI/Jaime Fonseca 7
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Departamento de 
Electrónica Industrial
Sistema Electromecânico
Processo
Processamento
(Electrónica)
Transdutor 
de Entrada
Transdutor 
de Saída
Grandezas 
físicas:
temperatura
pressão
deslocamento
... Actuação
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Departamento de Electrónica 
Industrial
Instrumentação, Sensores e medidas
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Departamento de 
Electrónica Industrial
Transdutores
sinal 
eléctrico
grandeza 
física
grandeza 
física
Transdutor de 
Entrada
Transdutor de 
Saída
sinal 
eléctrico
DEI/Jaime Fonseca 10
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Departamento de 
Electrónica Industrial
Transdutores de entrada (exemplos)
Tipo Entrada Potência Disponível 
(W) 
Tensão 
(V) 
Corrente 
(A) 
Saída 
Termopar Temperatura 0.5 x 10-4 10-3 10-1 Tensão (CC) 
Célula fotovoltaica Luz 0.5 x 10-5 10-1 10-4 Tensão (CC) 
Extensómetro Força — — — Resistência 
Tacómetro Velocidade 10-3 100 10-3 Tensão (CC) 
Microfone Som 10-8 10-3 — Tensão (CA) 
"Pickup" 
magnético 
Vibração 0.25 x 10-6 10-2 10-4 Tensão (CA) 
Resolver Ângulo 10-2 – 10 10 — Tensão (CA) 
 
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Departamento de 
Electrónica Industrial
Transdutores de saída (exemplos)
Tipo Potência (W) Rendimento (%) Aplicações 
Motor eléctrico 1 – 106 75 – 95 Sistemas de controlo 
Altifalante 1 – 102 3 – 10 Sistemas de som 
Galvanómetro 10-6 (F.S.D.)* — Sistemas de medida 
Voltímetro electrostático 10-6 (F.S.D.)* — Sistemas de medida 
Relé 10-4 – 10-1 — Sistemas de controlo 
Tubo de raios catódicos 
(CRT) 
10-7 — 
Sistemas de medida e 
monitorização 
 
DEI/Jaime Fonseca 12
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Departamento de 
Electrónica Industrial
Transdutores (miscelândia)
Tipo Entrada Saída Aplicações 
Extensómetro Força Variação de 
resistência 
Medida de força, tensão, 
deslocamento 
Célula de carga* Força/pressão Variação de 
resistência Medida de peso, pressão 
Fotocélula Intensidade da luz Tensão Fontes de energia,dispositivos 
sensíveis a luz 
Transformador 
diferencial (LVDT) 
Deslocamento 
(linear) 
Variação de 
indutância Medida de deslocamento 
Termopar Temperatura Variação de 
tensão 
Sistemas de controlo e 
monitor. de temperatura 
Termistor Temperatura Variação de 
resistência 
Sistemas de controlo e 
monitor. de temperatura 
Tacómetro Velocidade 
angular Tensão Sistemas de controlo de 
velocidade 
 
DEI/Jaime Fonseca 13
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Departamento de 
Electrónica Industrial
Características dos sensores
Sempre que a propriedade física de um material se altera em resposta 
a uma excitação então esse material pode ser usado como sensor.
Características estáticas dos sensores
Gama de funcionamento
Resolução
Erro
Precisão
Exactidão (accuracy)
Sensibilidade
Linearidade
Repetibilidade e estabilidade
Histerese
Limite (threshold) e zona morta (Dead Zone)
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Departamento de 
Electrónica Industrial
Características dos sensores
Gama
Máximo e mínimo valores que podem ser medidos.
Resolução
A resolução define-se como a quantidade mais pequena que um 
sistema é capaz de distinguir. 
Exemplo : Considere-se o caso duma resistência variável de 
100Ω com uma resolução de 1% do seu valor máximo, ou seja
A resistência pode assim ser ajustada para 1Ω, 2Ω, 3Ω, etc., 
mas não pode fixar-se em 2.2Ω ou 4.5Ω (admitindo que se 
começa em 0Ω).
Erro
Diferença entre o valor medido e o valor real
Erro aleatório
Erro Sistemático
DEI/Jaime Fonseca 15
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Departamento de 
Electrónica Industrial
Características dos sensores
Exactidão (Accuracy)
É o desvio entre o valor medido e o valor real.
Valor de referência – É um valor real definido previamente, 
frequentemente é o valor de fim de escala 
100
 
 - (%) ×=
referênciadeValor
MedidoValorrealValorExactidão
DEI/Jaime Fonseca 16
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Departamento de 
Electrónica Industrial
Características dos sensores
Precisão
A precisão de um sistema é uma medida 
de como o desempenho do sistema se 
aproxima das expectativas. 
Exemplo : A especificação da precisão de 
grande parte dos aparelhos de medida –
dum voltímetro, p. ex. –, faz-se 
normalmente nestes termos, isto é, em 
termos do valor máximo de funcionamento 
ou fim de escala. Dizer que a classe de 
precisão dum voltímetro é 0.1, por exemplo, 
quer dizer que o maior erro que é possível 
cometer numa medida (tendo em conta 
todas as fontes de imprecisão), é 0.1% do 
valor máximo da escala em que se está a 
trabalhar. Assim, quando trabalhamos na 
escala de 20V, o maior erro absoluto que 
cometemos é:
Quando medimos nesta escala, uma tensão 
de 5V, o erro relativo cometido é de:
0.1
100
× 20V = 0.02 V
±
0.02 V
5V
×100% = ±0.4%
DEI/Jaime Fonseca 17
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Departamento de 
Electrónica Industrial
Características dos sensores
Relação entre precisão e exactidão
DEI/Jaime Fonseca 18
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Características dos sensores
Sensibilidade
A sensibilidade pode entender-se como a variação da saída por 
unidade de variação da entrada. 
Exemplo: Considere-se o sistema de controlo de velocidade electrónico da fig. 
Neste caso a referência de velocidade é determinada pela tensão no ponto 
médio do potenciómetro, Er. Vamos admitir que quando Er = 5V, a velocidade é
3000rpm (rotações-por-minuto). Para Er = 6V, a velocidade é 4000rpm. A 
sensibilidade é então de (6 – 5)V para a variação correspondente de (4000 –
3000) rpm, ou seja, 1000rpm/V.
Tacómetro
Amp.
Saída
(r.p.m do veio)
DEI/Jaime Fonseca 19
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Departamento de 
Electrónica Industrial
Características dos sensores
No exemplo anterior se quisermos provocar uma alteração de 4000rpm na 
velocidade, devemos variar a entrada de (4000 a dividir pela sensibilidade):
∆Er =
4000rpm
1000rpm V
= 4V
Ou seja, é necessário variar a tensão Er de 5V para 9V. É possível traçar um gráfico com os
pontos acima obtidos: 
 Er Velocidade (rpm) 
 5 3000 
 6 4000 
 9 7000 
DEI/Jaime Fonseca 20
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Departamento de 
Electrónica Industrial
Características dos sensores
Linearidade
A linearidade podedefinir-se como o desvio da relação entre duas 
grandezas de uma linha recta. 
Resistência vs posição angular do veio (relação linear)
DEI/Jaime Fonseca 21
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Departamento de 
Electrónica Industrial
Características dos sensores
Recta que 
melhor se 
ajusta
Recta de referência 
(linearidade terminal)
%linearidade =
∆R
Rmax
× 100
%linearidade =
∆R
Rx
×100
Linearidade independente
DEI/Jaime Fonseca 22
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Departamento de 
Electrónica Industrial
Características dos sensores
Repetibilidade e estabilidade do zero
Repetibilidade refere-se a um conjunto de medidas com o mesmo 
valor e pode ser expressa em percentagem por:
A “estabilidade do zero” refere-se à estabilidade do valor zero.
100
....
....% ×
+
−
=
LidValMinLidoValMax
LidValMinLidoValMaxdaderepetibili 100..
×=
Média
MediaDesvMax
DEI/Jaime Fonseca 23
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Características dos sensores
Histerese
Relação entre a entrada e a 
saída de um sensor. É uma 
característica do material 
que está relacionada com a 
inércia ao nível molecular.
DEI/Jaime Fonseca 24
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Características dos sensores
Limite e zona morta
O limite representa a mais 
pequena variação na entrada 
que é detectada/discernível na 
saída.
A zona morta corresponde a 
uma zona em que pode existir 
uma variação da entrada entre 
valores negativos e positivos em 
torno do zero sem o valor de 
saída estabilizar.
DEI/Jaime Fonseca 25
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Sensores de temperatura
Termómetros de resistência (RTD –Resistance Thermometer detectors)
São dispositivos normalmente constituídos por fios de platina (também 
denominados platinum resistance thermometers or PRT)
São lineares mas com uma pobre sensibilidade.
PRT Típico
PRT de bainha
DEI/Jaime Fonseca 26
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Sensores de temperatura
500ºC
DEI/Jaime Fonseca 27
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Sensores de temperatura
Termístores
Usam materiais com um alto coeficiente térmico de resistência. Como por 
exemplo óxido de magnésio, cobalto, cobalto, níquel e outros metais.
Sensíveis mas de fraca linearidade
DEI/Jaime Fonseca 28
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Sensores de temperatura
Temperatura (°C)
R
es
is
tê
nc
ia
 (Ω
)
DEI/Jaime Fonseca 29
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Sensores de temperatura
Termopares
São os sensores de temperatura mais largamente usados na indústria. A 
sua capacidade para medir sem qualquer fonte de alimentação externa, a 
excelente repetibilidade, razoável custo e facilidade de fabrico são alguns 
dos motivos responsáveis por esta situação.
2760
2482
2204
1927
1649
1371
1093
816
538
260
-18
°C °F
DEI/Jaime Fonseca 30
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Sensores de temperatura
DEI/Jaime Fonseca 31
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Sensores de temperatura (resumo)
Características Termopar Termistor Termoresistência 
Gama de temperatura –190°C — 2500°C (0 absoluto) — 320°C –270°C — 1200°C 
Linearidade 10 — 25% 10% — 25% 0.17%: –20°C — 100°C 
1.62%: –20°C — 420°C 
Precisão 0.1% — 5% 5% 0.01% (facilmente) 
Estabilidade Excelente Pobre Excelente 
Nível de sinal 40mV/°C (ou menos) 500mV/°C — 1V/°C 
(com uma ponte) 
até 200mV/°C 
(com uma ponte) 
Medida dum só ponto Excelente Excelente Pobre 
Área de medida Pode ser muito pequena Muito pequena Grande 
 
DEI/Jaime Fonseca 32
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Transdutores Ópticos (Sensores de 
Luz)
Fotoresistência (LDR – "Light Dependent Resistor")
Fotodíodo
Eléctrodos de metal 
sobre uma superficie
de sulfureto de
cádmio
DEI/Jaime Fonseca 33
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Transdutores Ópticos (Sensores de 
Luz)
Fototransístor
Fotocélula
2/35
célula/5.0
%10
cmmA
V
=η
DEI/Jaime Fonseca 34
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Transdutores Baseados na Medida 
de Deformação - Extensómetros
1
0
0
1
01
1
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1 )metal do aderesistivid (,
A
A
L
LRR
A
A
L
L
R
R
A
LR
A
LR o
⋅⋅=→⋅=
→== ρρρ
) 2%(02.1
99.0
01.1
secção) na diminuição de 1%(99.0
o)compriment no incremento de 1%(01.1
0
0
0
0
0
01
01
01
=∆=⋅⋅=
=
=
RR
A
A
L
LRR
LA
LL
gauge)de(factor
LL
RRG
∆
∆
=
2
01.0
02.0
02.0%2,01.0%1
==→
==
∆
==
∆
G
R
R
L
L
d0
L0 L1
d1
R0
R1
P
F
∆L
π
=
2
0
0 4
dA
π
=
2
1
1 4
dA
Direcção de deformação
DEI/Jaime Fonseca 35
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Extensómetros
DEI/Jaime Fonseca 36
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Transdutores Baseados na Medida 
de Deformação
CBDA RRRR ⋅=⋅
)(
4
RRse
R
RVv ∆>>
∆
≈
DEI/Jaime Fonseca 37
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Medida de Força/Pressão
)(
2
RRse
R
RVv ∆>>
∆
≈
DEI/Jaime Fonseca 38
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Medida de Força/Pressão
DEI/Jaime Fonseca 39
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Sensores de deslocamento
Potenciómetros
São dos dispositivos mais 
largamente usados para medir 
deslocamentos devido à sua 
simplicidade.
Pode medir deslocamentos 
angulares ou lineares.
É de baixo custo e de fácil 
utilização.
R
RVv
RR
RR
RVv
r
r
r
r
≈
>>
+
=
,para
DEI/Jaime Fonseca 40
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Sensores de deslocamento
Sensores de proximidade indutivos
O enrolamento indutivo é afectado pela presença de materiais 
ferromagnéticos.
A proximidade de um material ferromagnético é determinada pela medida 
da indutância no enrolamento.
DEI/Jaime Fonseca 41
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Sensores de deslocamento
Medida de proximidade – detectores de fim de curso
Sensor de deslocamento digital. Consoante a sua forma de funcionamento 
podem ser dividido em : microswitches, float switches, pressure switches, 
etc.
DEI/Jaime Fonseca 42
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Sensores de deslocamento
DEI/Jaime Fonseca 43
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Sensores de deslocamento
Opto-switches
Consiste num emissor de luz e num sensor de luz juntos numa mesma 
unidade.
DEI/Jaime Fonseca 44
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Sensores de deslocamento
Transformador diferencial (LVDT)
Comportamento linear
Disponível para medidas até 1 m com resolução praticamente infinita
Robusto
DEI/Jaime Fonseca 45
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Sensores de deslocamento
Codificador absoluto (Absolute position encoder)
Angulo Binário Decimal 
0 000 0 
45 001 1 
90 010 2 
135 011 3 
180 100 4 
225 101 5 
270 110 6 
315 111 7 
 
 
DEI/Jaime Fonseca 46
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Sensores de deslocamento
Codificador incremental
Usa uma simples linha que alterna o preto/branco
Detecta o movimento nos dois sentidos, os impulsos são contados para 
determinar a posição absoluta (deverá ser inicialmente feito o reset).
DEI/Jaime Fonseca 47
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Sensores de deslocamento
Sentido
directo Sentido
inverso
DEI/Jaime Fonseca 48
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Sensores de deslocamento
Outras técnicas de contagem para determinar o deslocamento
Diferentes métodos usam a contagem para determinar a posição.
Opto-switch sensorInductive sensor
DEI/Jaime Fonseca 49
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Sensores de som
Microfones
Existem microfonesde diferentes tipos: Carbono (resisitivos), 
capacitivos, piezoeléctricos, etc.
Terminais do 
enrolamento
Suporte Membrana 
suspensa e 
enrolamento íman
DEI/Jaime Fonseca 50
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Sensores de som
Cristal
Eléctrodo 
de metal
Eléctrodo 
de metal
Diafragma
Saída
Estrutura básica de um microfone de cristal
Saída
Estrutura básica de um microfone capacitivo
DEI/Jaime Fonseca 51
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Sensores de Caudal
Medida por diferencial de pressão (medidores do tipo “Venturi”)
DEI/Jaime Fonseca 52
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Sensores de Caudal
Medidores do tipo rotativo
DEI/Jaime Fonseca 53
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Sensores de Caudal
Dispositivos do tipo Vortex Medidores de caudal por ultra-sons
DEI/Jaime Fonseca 54
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Sensores de distância
Infravermelhos
Ultrassons
DEI/Jaime Fonseca 55
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Solar Cell
Digital Infrared Ranging
Compass
Touch Switch
Pressure Switch
Limit Switch
Magnetic Reed Switch
Magnetic Sensor
Miniature Polaroid Sensor
Polaroid Sensor Board
Piezo Ultrasonic Transducers
Pyroelectric Detector
Thyristor
Gas Sensor
Gieger-Muller
Radiation Sensor
Piezo Bend Sensor
Resistive Bend Sensors
Mechanical Tilt Sensors
Pendulum Resistive 
Tilt Sensors
CDS Cell 
Resistive Light Sensor
Hall Effect
Magnetic Field
Sensors
Compass
IRDA Transceiver
IR Amplifier Sensor
IR Modulator
ReceiverLite-On IR 
Remote Receiver
Radio Shack
Remote Receiver
IR Sensor w/lens
GyroAccelerometer
IR Reflection
Sensor
IR Pin 
Diode
UV Detector
Metal Detector
DEI/Jaime Fonseca 56
Universidade do Minho
Departamento de Electrónica 
Industrial
Actuadores 
Electropneumáticos e 
Electrohidráulicos
DEI/Jaime Fonseca 57
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Sistemas Pneumáticos
Introdução
Utilizam como forma de energia o ar-comprimido e são utilizados em 
sistemas de comando e automatização
A automatização pneumática constitui, juntamente com a electrónica, 
o principal meio de automatização de várias indústrias; a maior parte 
das aplicações em "automação de baixo custo" utilizam a 
pneumática como sistema de controlo e automação
DEI/Jaime Fonseca 58
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Sistemas Pneumáticos
Vantagens
O ar existe em volume ilimitado (não custa dinheiro)
Quando comprimido pode ser facilmente armazenado para posterior 
utilização
Não arde
São sistemas não poluentes e “limpos”
Facilmente se associam a outros sistemas de transmissão de 
energia
Grande facilidade na automatização de sistemas
Desvantagens
O ar é compressível o que dificulta um posicionamento preciso
O ar expande-se o que pode originar acidentes do tipo explosão
Não permitem a aplicação de forças elevadas já que não é possível 
utilizar pressões elevadas
DEI/Jaime Fonseca 59
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
DEI/Jaime Fonseca 60
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
DEI/Jaime Fonseca 61
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Componentes de Sistemas 
Pneumáticos
Motores pneumáticos
(elementos que transformam a energia
potencial do ar-comprimido em energia
mecânica)
Cilindros (movimento linear)
Efeito simples
Efeito duplo – A pressão do ar 
pode ser aplicada ao pistão nos 
dois sentidos
Cilindros de efeito simples
Cilindros de efeito duplo
DEI/Jaime Fonseca 62
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Componentes de Sistemas 
Pneumáticos
Válvulas
(elementos que regulam e controlam a energia)
Direccionais – Dirigem o ar para as 
diferentes partes do circuito.
Reguladoras/limitadoras de pressão – As 
reguladoras mantêm a pressão a jusante 
constante, independentemente da pressão a 
montante. As limitadores são válvulas de 
segurança.
Reguladoras de caudal – Permitem 
estrangular o fluxo do ar permitindo variar o 
seu caudal.
Anti-retorno – Permitem que o ar circule só
num sentido. 
Tipos de comando
Manual
Mecânico
Eléctrico (electroválvulas)
DEI/Jaime Fonseca 63
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Sistemas Pneumáticos
Aplicações
Industria mineira
Metalomecânica
Industria dos plásticos
Construção civil
Industria alimentar
Automatização mecânica
DEI/Jaime Fonseca 64
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Sistemas Hidráulicos
Introdução
Os sistemas óleo-hidráulicos utilizam o óleo (actualmente sintéticos) 
como meio de transmissão de energia
Se aos sistemas de ar-comprimido se deve associar a ideia de 
automatização e comando, à óleo-hidráulica deve associar-se a 
ideia de força
DEI/Jaime Fonseca 65
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Sistemas Hidráulicos
Vantagens
Os óleos possuem características
auto-lubrificantes, não são corrosivos e não deixam depósitos
Obtenção de forças elevadas à custa de orgãos de reduzidas dimensões
Constituídos por orgãos de pequena inércia e elevada relação peso/potência 
o que possibilita excelentes acelerações da carga
Facilidade de associação a outros sistemas de transmissão de energia
Possibilidade de automação de ciclos de trabalho
É relativamente fácil garantir a segurança graças à natureza não expansiva do 
óleo
Desvantagens
São muito mais caros que os sistemas pneumáticos
Existe o perigo potencial incêndio (o óleo é combustível)
É normalmente necessário prever sistemas de arrefecimento do óleo
DEI/Jaime Fonseca 66
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
DEI/Jaime Fonseca 67
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Componentes de Sistemas 
Hidráulicos
Geradores Hidráulicos
(Na produção de energia
hidráulica )
Bombas
de engrenagens (cilindrada 
constante)
de palhetas (cilindrada constante 
ou variável)
de êmbolos (cilindrada constante 
ou variável)
Acumuladores
(Acumulam energia sob a forma 
de uma determinada quantidade 
de óleo a determinada pressão)
DEI/Jaime Fonseca 68
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Componentes de Sistemas 
Hidráulicos
Válvulas
(São os elementos de comando e regulação da energia hidráulica)
Distribuidoras (direccionais) – Controlam a direcção de escoamento do óleo, comandando 
arranques e paragens de receptores.
De retenção (anti-retorno) - permitem que o óleo circule apenas num sentido.
Reguladoras de pressão
Limitadoras de pressão - são válvulas de segurança
De sequência - abrem quando a pressão do óleo atinge determinado valor permitindo criar sequências na 
distribuição do óleo no circuito
Contra-pressão – similares às anteriores
Redutoras de pressão - as válvulas redutoras de pressão mantêm constante a pressão a jusante
Reguladoras de caudal - alteram as condições de escoamento do óleo, permitindo assim 
controlar a velocidade de deslocamento dos receptores.
Servo-válvulas, válvulas proporcionais - destinam-se a ser utilizadas em sistemas de comando 
com realimentação.
DEI/Jaime Fonseca 69
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Componentes de Sistemas 
Hidráulicos
Receptores
Cilindros hidráulicos - Energia 
hidráulica em mecânica.
Motores hidráulicos - - Energia 
hidráulica em mecânica.
Acessórios
(tubagens, filtros, reservatórios, 
manómetros, etc.)
Funcionamento do cilindros de efeito simples:
A, por compressão; B, por tracção
DEI/Jaime Fonseca 70
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Departamento de 
Electrónica Industrial
Sistemas Hidráulicos
Aplicações
Máquinas-ferramenta
Maquinaria utilizada na agricultura e construção civil
Maquinaria utilizada na construção fluvial e marítima
Navios
Siderurgia (prensas, injectoras, ...)
Outras indústrias (outras industrias pesadas, plásticos, ...)
DEI/Jaime Fonseca71
Universidade do Minho
Departamento de Electrónica 
Industrial
Concepção de um automatismo
DEI/Jaime Fonseca 72
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Características de um automatismo
Automatismo :
Dispositivo que permite que um sistema funcione de forma 
autónoma, sendo a intervenção do operador reduzida ao mínimo 
indispensável.
Vantagens:
Simplifica o trabalho do operador
Retira do operador tarefas complexas, perigosas, pesadas, ou 
indesejadas.
Alterações aos processos de fabrico
Qualidade constante de fabrico
Aumento de produção
Economia de matéria prima e energia
…
DEI/Jaime Fonseca 73
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Estrutura de um automatismo
Estrutura:
Entradas : Dispositivos que 
recebem informações do siste-
ma a controlar. Botoneiras, 
sensores, comutadores, fins de 
curso, etc.
Saídas : Dispositivos actuado-
res e sinalizadores. Motores, 
válvulas, lâmpadas, displays, 
etc.
Lógica : Bloco que define as 
características de funcionamen-
to do automatismo.
DEI/Jaime Fonseca 74
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Exemplo : Automatismo de uma porta
Parte operativa : Motor que acciona o 
fecho e abertura da porta.
Parte de controlo : O sensor de 
proximidade, os fins de curso, a chave 
de permissão e toda a lógica de 
exploração. 
DEI/Jaime Fonseca 75
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Implementação de um automatismo
Especificações funcionais: Detalhar 
todo o funcionamento do sistema a 
automatizar. Deve pormenorizar-se 
toda a lógica que vai permitir a correcta 
exploração do sistema.
Especificações tecnológicas: 
Descreve-se o ambiente em que o 
sistema vai operar, assim como as 
características que os equipamentos a 
integrar deverão possuir, de forma a 
permitirem um bom desempenho do 
automatismo.
Especificações operativas: Dizem 
respeito à fiabilidade, segurança, 
flexibilidade, manutenção, diálogo 
homem-máquina, etc.
DEI/Jaime Fonseca 76
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Exemplo da porta automática
Especificações funcionais
Pretende-se que o automatismo de exploração deste sistema, permita comandar 
a abertura e fecho de uma porta de acesso.
O comando poderá ser automático ou manual. Para o efeito, existirá no frontal 
do quadro de comando, um comutador de duas posições para a selecção do 
modo.
O modo manual usa duas botoneiras que permitirão respectivamente abrir e 
fechar a porta. Uma vez premida a botoneira de abertura, a porta abrir-se-á até
que seja atingido um fim de curso que detecta o limite de abertura da mesma. 
Premindo a botoneira de fecho, a porta fechar-se-á até que seja premido um 
outro fim de curso que detecta o fecho.
O modo automático faz uso de 2 sensores que detectam a proximidade de uma 
pessoa. Quando um deles é activado inicia-se a abertura da porta. Esta 
permanece aberta até que tenha passado um tempo que pode ir de 5 até 20s, 
após o desaparecimento do sinal proveniente dos sensores de proximidade. 
Findo este tempo, a porta inicia o fecho. Se durante o fecho, o sensor de 
proximidade detectar a presença de uma pessoa, deverá interromper a operação 
e abrir de novo a porta.
DEI/Jaime Fonseca 77
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Exemplo da porta automática
Especificações tecnológicas
O sensor que detecta a proximidade de uma pessoa, deve ser um 
modelo para ser montado sobre a porta (um no interior e outro no
exterior) e deve ser de infravermelhos passivo, com saída por 
transístor. A sua sensibilidade deve ser tal, que a saída deste só active 
quando estiver uma pessoa a menos de 2 metros da porta. O motor que 
acciona a abertura e fecho da porta, ser eléctrico, trifásico,..,etc.
Especificações operativas
O comutador automático-manual dever ser um modelo com chave. 
Deve existir um contador de operações de abertura e fecho da porta, de 
forma a identificar o momento das operações de manutenção que 
deverão efectuar-se de 10000 em 10000 manobras...etc.
DEI/Jaime Fonseca 78
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Métodos gráficos para representação da 
lógica
Diagrama de contactos
Diagrama lógico
Grafcet
DEI/Jaime Fonseca 79
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Diagrama de contactos
Diagrama de contactos
Este método de representação, implementa a sequência lógica usando 
contactos colocados em série e em paralelo, tal como num esquema eléctrico. O 
símbolo de contacto é ligeiramente alterado como se pode ver nas figuras 
seguintes.
DEI/Jaime Fonseca 80
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Diagrama de contactos
Esquema eléctrico
Diagrama de contactos
DEI/Jaime Fonseca 81
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Diagrama lógico
Diagrama lógico
Esta representação do automatismo, implementa a lógica, usando circuitos 
lógicos “E” e “OU”. Para representar o mesmo circuito do exemplo anterior, 
teríamos :
DEI/Jaime Fonseca 82
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Grafcet
Grafcet (GRAFo de Comando Etapa-Transição) : inspirado nos diagramas de 
estado surge como uma ferramenta útil para descrição das três fases de 
especificação de um caderno de encargos (especificações funcionais, tecnológicas e 
operacionais). Permite descrever de uma forma simples o comportamento de um 
automatismo sequencial de uma forma clara, simples e de fácil compreensão. Por 
outro lado facilita o diálogo entre pessoas com níveis de formação diferente.
Grafcet de nível 1 (especificações funcionais): Onde se registam os aspectos 
funcionais que constituem um caderno de encargos especificado de uma forma 
rigorosa (especificações funcionais).
Grafcet de nível 2 (especificações tecnológicas e operacionais): Onde os
aspectos tecnológicos já surgem com a definição precisa das entradas e saídas, 
constitue uma tradução do caderno de encargos pronta a ser implementada
directamente através de sequenciadores, módulos lógicos ou autómatos
programáveis.
DEI/Jaime Fonseca 83
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Grafcet
Um sistema automatizado pode decompor-se em duas partes interactivas:
Parte operativa: Sistema físico a automatizar.
Parte de comando (ou autómato): Equipamento que determina as 
ordens destinadas ao sistema físico e os sinais visuais em função das 
informações enviadas pela parte operativa e das instruções recebidas do 
operador.
OPERADOR
Instruções
PARTE 
COMANDO 
Autómato
PARTE 
OPERATIVA 
 
Processo a 
automatizar
Informações
Ordens
Sinalizações
DEI/Jaime Fonseca 84
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Grafcet
Elementos do Grafcet
ETAPAS (às quais estão associadas acções).
TRANSIÇÕES (às quais estão associadas receptividades).
LIGAÇÕES ORIENTADAS (une as etapas às transições e estas às 
etapas).
------> Transição
------> Etapa
------> Etapa
DEI/Jaime Fonseca 85
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Grafcet
Etapas
Caracterizam-se por um comportamento
invariante da parte de comando em 
relação às suas entradas e saídas.
Num determinado instante, uma etapa
pode estar activa ou inactiva. O conjunto
das etapas activas definem inteiramente a 
situação do autómato.
Representa-se por um rectângulo e é
referenciado por um número, ao qual se 
pode associar um nome relacionado com 
a sua respectiva função.
Um rectângulo com linha dupla simboliza
a etapa inicial do Grafcet. Estas etapas
são sempre activadas ao iniciar um 
Grafcet. Após a inicialização deste estas
actuam como etapas normais.
Uma etapa pode ter mais que uma
entrada e mais que uma saída.
0 
INÍCIO
30 
ESPERA
5 6
AVANÇA ESPERA
DEI/Jaime Fonseca 86
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Grafcet
Acções
São executadas quando a etapa com que estão relacionadas está activa. 
Podem ser externas, afectando as saídas, ou internas relacionadascom blocos
funcionais como por exemplo os temporizadores e os contadores.
São referenciadas através do símbolo correspondente, podendo também incluir
uma breve descrição.
A execução das acções pode depender também da verificação de uma
expressão lógica (condição) envolvendo: Entradas; Variáveis auxiliares
relacionadas com blocos funcionais (temporizadores e contadores); O estado
(activo ou inactivo) de outras etapas (X).
L=1 M=120 
INÍCIO
Ligar o sinalizador L 
Arrancar o motor M OU 20 
INÍCIO
L=1 M=1
E1/ X30
20 
INÍCIO
DEI/Jaime Fonseca 87
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Grafcet
Transições
Indicam a possibilidade de evolução entre etapas. Essa evolução ocorre
quando uma transição é transposta, originando uma alteração na situação
do autómato.
A transposição depende da validação da transição e da verificação da sua 
receptividade.
Uma transição encontra-se validada sempre que todas as etapas
imediatamente precedentes estão activas.
(E0 + E1) * T0 + X22
DEI/Jaime Fonseca 88
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Grafcet
Regras de evolução
Regra 1: Na inicialização do sistema devem activar-se todas as etapas iniciais
e sómente as iniciais.
Regra 2: Uma transição diz-se validada quando todas as etapas
imediatamente precedentes estão activas. A transposição duma transição
realiza-se no caso de : a transição estar validada; a receptividade
associada à transição ser verdadeira.
2
3
a + b.c = 0 ou 1
2
3
a + b.c = 0 
2
3
a + b.c = 1 
Transição não validada Transição Validada Transição Transposta
DEI/Jaime Fonseca 89
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Grafcet
Regras de evolução (Cont.)
Regra 3: A transposição de uma transição provoca a activação das etapas
imediatamente a seguir, ao mesmo tempo que se desactivam todas as 
imediatamente precedentes. Quando existem várias etapas ligadas a uma
mesma transição representa-se o conjunto das ligações por dois traços
paralelos.
Regra 4: Várias transições validadas simultâneamente com receptividades
verdadeiras são transpostas também em conjunto.
Regra 5: Se, no decurso do funcionamento, uma mesma etapa deve ser 
simultaneamente desactivada e activada, ela permanece activa.
Transição não validada Transição Validada Transição Transposta
4
a + b.c = 0 ou 1
5 6
7 8
4
a + b.c = 0
5 6
7 8
4
a + b.c = 1
5 6
7 8
DEI/Jaime Fonseca 90
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Grafcet
Estrutura base: sequência única; sequências simultâneas; sequências exclusivas.
1
2
3
1
2
3
4
5
1
2 3
a.b a.b
DEI/Jaime Fonseca 91
Universidade do Minho
Departamento de Electrónica 
Industrial
Autómatos programáveis
DEI/Jaime Fonseca 92
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Estrutura de um autómato programável
Do ponto de vista do utilizador, o autómato é
uma "caixa preta" que processa informação.
Os Controladores Lógicos Programáveis 
(PLC's) podem apresentar aspectos físicos 
diferentes, diferentes performances e custos 
muito díspares; no entanto, os seus 
elementos constituintes são 
fundamentalmente os mesmos.
Sendo um equipamento capaz de controlar 
processos, naturalmente dispõe de 
dispositivos de aquisição e saída de 
informações. Sendo também um equipamento 
programável, integra um microprocessador e 
uma memória para guardar o programa. Para 
alimentar os circuitos atrás descritos, existirá
também uma fonte de alimentação. 
Finalmente, para que possa ser introduzido o 
programa e para que possa existir um diálogo 
básico para o exterior, dispõe também a 
possibilidade de ligar dispositivos de 
programação.
CPU 
Unidade Central de 
Processamento da 
Informação
Interface 
Entradas
volátil não volátil
RAM
ROM
EPROM
Memória
Interface 
Saídas
Interface 
Homem 
x 
Máquina
DEI/Jaime Fonseca 93
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Tipos de entradas
Por relé Por transístor
Por acoplador óptico
DEI/Jaime Fonseca 94
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Tipos de saídas 
Por relé Por transístor
Por triac
DEI/Jaime Fonseca 95
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
CPU
É este o bloco que tem a função de ler os valores lógicos 
presentes nas entradas, executar as instruções que constituem o 
programa e transferir para as saídas as ordens provenientes 
dessas instruções. Tem ainda a seu cargo gerir todos os 
periféricos e diagnosticar defeitos que possam ocorrer 
internamente.
Tempo de ciclo depende:
Velocidade de trabalho do microprocessador
Número de instruções do programa
Tipo de instruções usadas no programa
Número de periféricos
DEI/Jaime Fonseca 96
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Memória
É na memória que se encontra o programa a ser executado pelo 
autómato. A memória tem como função salvaguardar todas as 
instruções do programa, mesmo quando este não está a ser 
alimentado. A memória caracteriza-se pela sua capacidade que 
pode ser expressa de três formas:
Número de bits ou Kbts (1Kbts = 1024 bits)
Número de Bytes ou KB (1Byte = 8 bits)
Número de Words ou KW (1 Word = 16 bits)
Quanto à tecnologia podem ser:
RAM (Random Access Memory)
EPROM (Erasable Programable Read Only Memory)
EEPROM ( Electricaly Erasable Programable Read Only Memory)
FLASHRAM
DEI/Jaime Fonseca 97
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Memórias
RAM
Podem ser escritas e alteradas facilmente.
São as mais usadas na fase de desenvolvimento.
Perdem a informação quando não alimentadas (usual a utilização de pilhas).
EPROM
Não perde a informação no caso de falhar a alimentação.
Morosa qualquer alteração pois tem que ser apagada por exposição a raios 
ultravioletas e novamente programada com recurso a equipamento específico.
EEPROM
Não perde a informação no caso de falhar a alimentação.
Pode ser apagada e escrita pelo autómato mas com um número limitado de 
ciclos de escrita.
Custo mais elevado do que o de uma RAM.
FLASHRAM
Características semelhantes às da EEPROM permitindo também leitura e escrita 
no próprio circuito onde é usada.
Limitada também pelo número de escritas.
Mais rápida a velocidade de escrita do que a EEPROM.
DEI/Jaime Fonseca 98
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Cartas mais usuais
Entrada e saída digitais: Estas podem ser a relé, transístor ou triac. As saídas a relé
são normalmente preferidas porque na maior parte das vezes dispensam os relés de 
acoplamento aos actuadores.
Analógico/Digitais: Os sinais analógicos são recebidos por módulos de entrada que 
possuem conversão analógica/digital. Os módulos de saída dirigem os sinais
destinados aos actuadores depois de toda a informação ter sido processada
internamente pela unidade central. As gamas usuais são: (0V a 10V) ou (4mA a 
20mA) ou (1V a 5V). 
Digital/Analógico: Os módulos de saídas analógicas destinadas, por exemplo, a 
válvulas proporcionais ou a variadores de velocidade, executam a conversão
digital/analógica dentro das gamas já adiantadas anteriormente para os módulos de 
entrada.
Cartas especiais: Os módulos especiais destinam-se por exemplo ao
posicionamento de um ou mais eixos num motor passo-a-passo ou a reconhecer
sinais de alta frequência, como: geradores de impulsos (encoders) ou fotocélulas que 
geram sinais cujo período é de milisegundos e que dificilmente poderão ser vistos
nas entradas consideradas normais.
DEI/Jaime Fonseca 99
Universidade do Minho
Departamento de Electrónica 
Industrial
Programação de autómatos
DEI/Jaime Fonseca 100
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Linguagens de programação
Booleana
mnemónica
Diagramas de escada (Ladder)
Grafcet
DEI/Jaime Fonseca 101
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Ficha técnica – CPM1 – 10CDR-A
DEI/Jaime Fonseca 102
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Áreas de memória – CPM1
DEI/JaimeFonseca 103
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Áreas de memória – CPM1
DEI/Jaime Fonseca 104
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Áreas de memória – CPM1
DEI/Jaime Fonseca 105
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Áreas de memória – CPM1
DEI/Jaime Fonseca 106
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Áreas de memória – CPM1
DEI/Jaime Fonseca 107
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Instruções de tratamento lógico
DEI/Jaime Fonseca 108
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Instruções de tratamento lógico
DEI/Jaime Fonseca 109
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Instruções de tratamento lógico
DEI/Jaime Fonseca 110
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Instruções de tratamento lógico
DEI/Jaime Fonseca 111
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Instruções de tratamento lógico
DEI/Jaime Fonseca 112
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Instruções de tratamento lógico
DEI/Jaime Fonseca 113
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Instruções de tratamento lógico
DEI/Jaime Fonseca 114
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Instruções de tratamento lógico
DEI/Jaime Fonseca 115
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Instruções de tratamento lógico
DEI/Jaime Fonseca 116
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Instruções de tratamento lógico
DEI/Jaime Fonseca 117
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Instruções de tratamento lógico
DEI/Jaime Fonseca 118
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Utilização de memória temporária
DEI/Jaime Fonseca 119
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Utilização de memória temporária
DEI/Jaime Fonseca 120
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Exemplo – Circuito com realimentação
DEI/Jaime Fonseca 121
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Exemplo – Circuito com realimentação
DEI/Jaime Fonseca 122
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Funções set e reset
DEI/Jaime Fonseca 123
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Função Keep(11)
DEI/Jaime Fonseca 124
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Função Keep(11)
DEI/Jaime Fonseca 125
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Função DIFU(13)
DEI/Jaime Fonseca 126
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Função DIFD(14)
DEI/Jaime Fonseca 127
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Exemplo – Comando do motor
DEI/Jaime Fonseca 128
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Temporizadores
DEI/Jaime Fonseca 129
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Temporizadores
DEI/Jaime Fonseca 130
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Contadores
DEI/Jaime Fonseca 131
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Contadores
DEI/Jaime Fonseca 132
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Função CMP(20)
DEI/Jaime Fonseca 133
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Função CMP(20)
DEI/Jaime Fonseca 134
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Função MOV(21)
DEI/Jaime Fonseca 135
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Função MOV(21)
DEI/Jaime Fonseca 136
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Função SFT(10)
DEI/Jaime Fonseca 137
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Função SFT(10)
DEI/Jaime Fonseca 138
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Exemplo-Programação de processos 
sequenciais
DEI/Jaime Fonseca 139
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Exemplo-Programação de processos 
sequenciais
DEI/Jaime Fonseca 140
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Exemplo-Programação de processos 
sequenciais
DEI/Jaime Fonseca 141
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Exemplo-Programação de processos 
sequenciais
DEI/Jaime Fonseca 142
Universidade do Minho
Departamento de Electrónica 
Industrial
Terminais MMI (Man Machine Interface)
DEI/Jaime Fonseca 143
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
O que é um terminal MMI
DEI/Jaime Fonseca 144
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Vantagens em usar um terminal MMI
DEI/Jaime Fonseca 145
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Vantagens em usar um terminal MMI
DEI/Jaime Fonseca 146
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Vantagens em usar um terminal MMI
DEI/Jaime Fonseca 147
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Vantagens em usar um terminal MMI
DEI/Jaime Fonseca 148
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Vantagens em usar um terminal MMI
DEI/Jaime Fonseca 149
Universidade do Minho
Departamento de Electrónica 
Industrial
Redes Industriais
DEI/Jaime Fonseca 150
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Conceitos gerais de redes
Hierarquia num barramento industrial
Enterprise
Control
Fieldbus
Devicebus
Sensorbus
NN NN
NN NN
Fisher
Control Panel
Flow
Pressure Alarm Conditions
STOP
Temperature
Control Panel
Flow
Pressure Alarm Conditions
STOP
Temperature
DEI/Jaime Fonseca 151
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Conceitos gerais de redes
Hierarquia ao nível da funcionalidade
Enterprise bus (Ethernet)
Control bus (HSE (High Speed Ethernet), ControlNet) – Redes 
intermédias para facilitar a ligação à Internet. A norma IEEE1451 
determina como sensores e actuadores podem ser ligados 
directamente a uma rede de controlo. 
Fieldbus (Foundation Fieldbus, Profibus PA) – Redes 
especializadas em variáveis analógicas e controlo.
Device bus (DeviceNet, Profibus DP, Interbus-S) – Interligam 
dispositivos “inteligentes” mais complexos. As mensagens aqui são 
orientadas ao byte.
Sensor bus (CAN, ASI, Seriplex, LonWorks) – Normalmente 
utilizadas para interligar sensores e actuadores discretos. 
Basicamente transmitem estados e bits de comando.
DEI/Jaime Fonseca 152
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Conceitos gerais de redes
7 Application
6 Presentation
5 Session
Application
layers
4 Transport
3 Network
2 Data link
1 Physical
Data
transport
layers
O modelo OSI
DEI/Jaime Fonseca 153
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Conceitos gerais de redes
Escolhendo uma rede industrial
Requisitos da aplicação
Facilidades/conformidade da camada física
Desempenho da rede
Facilidades de integração com equipamento existente
Requisitos de velocidade e tempo
Disponibilidade de equipamentos
Custo
Instalação, dispositivos, treino e manutenção.
DEI/Jaime Fonseca 154
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
CAN
O protocolo CAN foi desenvolvido por Robert Bosch e tem como 
principal aplicação a implementação de uma rede intraveicular
Classe C, particularmente exemplificada na indústria automóvel, 
que se tem mostrado uma cliente em potencial do CAN.
1991 Publicação pela Bosch da especificação do CAN 2.0.
1991 Introdução da Kvaser de um protocolo em camadas baseado 
em CAN, chamado CAN Kingdom. 
1992 Primeiros carros da Mercedes-Benz a usar redes CAN.
1994 Introdução do protocolo DeviceNet por Allen-Bradley
1995 Publicação do protocolo CANopen pela CIA 
DEI/Jaime Fonseca 155
Universidade do Minho
Departamentode 
Electrónica Industrial
CAN
Características do protocolo CAN
Número máximo de unidades: 110
A prioridade de mensagens definida pelo utilizador, com latência
máxima garantida para mensagens de maior prioridade
Protocolo multi-master que utiliza NON - Destructive Collision 
Resolution
Sistema flexível
Característica de detecção e sinalização de erros construídas dentro do 
protocolo CAN, com retransmissão automática de mensagens 
corrompidas
Comprimentos estimados em projectos de 500m a 1km
Utiliza bitwise arbitration, isto é, um dispositivo pode transmitir a 
qualquer momento quando o barramento estiver disponível (CSMA), em 
caso de colisão, o bit 0 no identificador é dominante, definindo assim a 
prioridade dos dispositivos
11 ou 29 bit no campo de identificação
DEI/Jaime Fonseca 156
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
CAN
Existem dois formatos de frames
que são utilizados no protocolo 
CAN, o Standard CAN e o Extended
CAN.
O standard CAN possui um 
identificador de 11 bits
O extended CAN surgiu para 
promover a compatibilidade com 
outros protocolos de comunicação 
série usados em aplicações 
automóveis nos EUA e para ainda 
ser compatível com a versão 2.0A. 
Possui um identificador de 29 bits 
(11+18 extended)
DEI/Jaime Fonseca 157
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
CAN
5000m10 kbit/s 
2500m20 kbit/s 
1000m62.5 kbit/s 
500m125 kbit/s 
250m250 kbit/s 
100m500 kbit/s 
50m800 kbit/s 
30m1 Mbit/s
Comprimento máximo da rede Taxa de transmissão 
DEI/Jaime Fonseca 158
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Controladores CAN
 
Intel 82527 2.0B FullCAN. Stand-alone 
Philips 82C200 1.0 BasicCAN. Stand-alone 
Philips 82C150 1.0 SLIO 
NEC uPD72005 2.0B FullCAN. Stand-alone 
Nat. Semi COP884 2.0A BasicCAN. On-chip 
Siemens 81C90 2.0A FullCAN. Stand-alone 
Siemens SABC167C 2.0B FullCAN. On-chip 
Motorola TOUCAN 2.0B FullCAN. On-chip 
Motorola MSCAN 2.0B BasicCAN. On-chip 
Motorola MCAN 1.0 BasicCAN. On-chip 
 
DEI/Jaime Fonseca 159
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
PCPC
TrunkTrunk
DropDrop
DeviceNet – Camada física
É uma rede de comunicação de baixo custo 
idealizada para interligar equipamentos industriais, 
tais como: Sensores indutivos de proximidade, 
capacitivos, fotoeléctricos, válvulas, solenóides, 
motores de passo, sensores de processos, leitores 
de código de barras, variadores de frequência, 
painéis e interfaces de operação.
DeviceNet é um dos 3 standard aberto da (ODVA) 
os outros dois são o ControlNet e Ethernet/IP
CAN na camada de comunicação
125kbps (500m), 250, or 500 kbps
Até 64 dispositivos por rede
Sinal diferencial (CAN high + CAN low)
Alimentação disponível no barramento
11 bit arbitration ID
DEI/Jaime Fonseca 160
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
DeviceNet – Camada de aplicação
Tipos de comunicação
Ligações ponto-a-ponto
Ligações Multicast
Tipos de ligação Multicast
Polled – O escravo só responde quando o master faz um pedido.
Strobed – O master envia uma mensagem por difusão. Todos os
escravos respondem com a informação do seu sensor. Usado
somente para sensores simples como por exemplo foto sensores e 
fins de curso.
Change-of-state – O escravo envia uma mensagem para o master 
sempre que detecta alterações na informação do sensor.
Cyclic – O escravo envia uma mensagem para o master 
periodicamente.
DEI/Jaime Fonseca 161
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
DeviceNet
DEI/Jaime Fonseca 162
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Profibus
O PROFIBUS (PROcess Field BUS), 
pode ser definido como FieldBus
(barramento de campo aberto) e é
utilizado numa ampla gama de aplicações 
para a indústria. As redes deste tipo visam 
a interligação de sensores, actuadores, 
transdutores, racks de entrada/saída e 
sistemas de controlo local de forma 
bidireccional, atribuindo a cada dispositivo 
um maior poder de computação e 
tornando-o um dispositivo mais 
“inteligente”.
PROFIBUS distingue equipamentos 
Master e Slave:
Os Masters controlam a transmissão dos 
dados no barramento. Um Master pode 
emitir mensagens quando quiser, sob 
reserva de obter o acesso à rede.
Os Slaves são equipamentos periféricos 
(tipicamente blocos de entradas e saídas, 
inversores, válvulas, terminais, sensores, 
actuadores) que não tem autorização para 
aceder ao Bus. As suas acções limitam-se 
ao processamento das mensagens 
recebidas ou à transmissão de mensagens a 
pedido do Master.
DEI/Jaime Fonseca 163
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Profibus PA (Process Automation) and FOUNDATION Fieldbus
Standard is IEC 61158
31.25 Kbps
Até 32 dispositivos por segmento
Mais com repetidores
Sinal diferencial
Alimentação disponível no barramento
Até 1900 m
Mais com repetidores
PCPC
IS
Barrier
Profibus and FOUNDATION 
Fieldbus Camada Física
DEI/Jaime Fonseca 164
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Profibus – camada de aplicação
O PROFIBUS está dividido em três protocolos de transmissão designados por 
perfis de comunicação, com funções bem definidas: DP, FMS e PA.
Estes perfis têm por objectivo definir a forma como os dados são transmitidos 
em série pelo utilizador sobre um mesmo suporte físico.
DP - Rede de dispositivos
FMS – Integração de células
PA – Áreas classificadas e processos 
DEI/Jaime Fonseca 165
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Profibus – camada de aplicação
Perfil DP – trata-se do perfil de comunicação mais difundido na indústria e o mais utilizado 
devido à sua rapidez, à sua performance e a sua ligação a baixo custo. Este perfil está
reservado à comunicação entre automatismos e periféricos não centralizados. Ele substitui 
perfeitamente a transmissão clássica de sinais paralelos de 24V e os sinais analógicos em 
anel 4-20 mA.
Perfil FMS (Fieldbus Message Specification) – trata-se de um perfil universal, sobressai nas 
tarefas de comunicação exigentes e é acompanhado de múltiplas funções aplicativas 
evoluídas gerando a comunicação entre equipamentos inteligentes (Redes de controladores 
programáveis, sistemas de controlo de processos, painéis de operação, PC’s, etc.). Submetido 
à evolução do PROFIBUS e à persuasão do mundo TCP/IP ao nível de célula, é de constatar 
que o perfil FMS tem um papel cada vez menos importante na comunicação industrial do 
futuro.
Perfil PA (Process Automation):
Comunicação nas indústrias de processo;
Acoplamento de instrumentos de medição a controladores programáveis, sistemas 
de controlo de processos, PCs;
Transmissão de dados e energia no mesmo cabo.
DEI/Jaime Fonseca 166
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Departamento de 
Electrónica Industrial
Profibus
DEI/Jaime Fonseca 167
Universidade do Minho
Departamento de Electrónica 
Industrial
SCADA
DEI/Jaime Fonseca 168
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Sistemas SCADA
SCADA - Supervisory Control and Data Acquisition
Aplicação informática para controlo de processos, proporcionando 
comunicação entre os dispositivos de campo (controladores 
programáveis,...) e o computador, o qual faz a monitorização do 
sistema, gestão de alarmes, controlo do processo. A informação 
referente ao processo produtivo é disponibilizada a outros sectores 
da empresa, nomeadamente, controlo de qualidade, manutenção, 
supervisão.
DEI/Jaime Fonseca 169
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Sistemas SCADA
Equipamento
PC
Equipamento de campo (controladores)
Redes dedicadas (Field Bus)
‘Displays’ gráficos
Rede Ethernet
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Departamento de 
Electrónica Industrial
Sistema SCADA
Funções
Gestão de alarmes
Visualização de dados monitor/impressora
Gravação de históricos em ficheiro/base de dados com 
possibilidade de importação numa folha de cálculo
Execução de programas de controlo que eventualmente alterem oestado dos autómatos
Múltiplas estações por servidor com possibilidade de acesso 
remoto
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Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Sistema SCADA
Requisitos
Sistemas abertos, com possibilidade de alterações e inovações
Redes locais e de gestão transparentes para o utilizador
Sistemas fáceis de instalar, sem grandes necessidades de 
hardware
Programas fáceis de usar, com interfaces amigáveis para o 
utilizador
DEI/Jaime Fonseca 172
Universidade do Minho
Departamento de 
Electrónica Industrial
Sistema SCADA
Módulos
Configuração
Interface gráfico com o utilizador
Controlo do processo
Gestão e gravação de dados
Comunicações