Aula 04 Automação Industrial

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NEWTON PAIVA – Engenharia Mecânica Eletrotécnica Professor Felipe Lage Tolentino – Pg. 1 – 2010/2º
ELETROTÉCNICA – Unidade 04
Automação Industrial
CENTRO UNIVERSITÁRIO NEWTON PAIVA
CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA – 4º Período – TURNO MANHÃ
ELETROTÉCNICA
Unid. 04 – Automação Industrial
PROFESSOR FELIPE LAGE TOLENTINO
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Automação Industrial
QUESTÃO PARA PENSAR
“A Automação Microeletrônica está Eliminando a 
Produção Discreta e a Transformando em Produção 
Contínua?”
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CONTROLE E AUTOMAÇÃO
• Revisão Histórica:
• Séc. XVIII – Revolução Industrial – Teares Automáticos
• Séc. XIX – Máquina a Vapor – James Watt
• Séc. XX
• 1922 – Controladores automáticos para embarcações – Minorsky
• 1932 – Procedimento para determinação da estabilidade de Sistemas de Malha Fechada a 
partir da Resposta de Malha Aberta – Nyquist
• 1934 – Introdução do termo SERVOMECANISMOS para sistemas de controle – Hazen
• Década de 40 – Desenvolvimento da Teoria de Controle Resposta em Frequência – Diagrama 
de Bode
• Década de 50 – Desenvolvimento do Método de Cálculo de Estabilidade – Lugar das Raízes
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CONTROLE E AUTOMAÇÃO
• Revisão Histórica:
ONTEM
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CONTROLE E AUTOMAÇÃO
• Revisão Histórica:
HOJE
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Automação Industrial
CONTROLE E AUTOMAÇÃO
• Sistema x Sistema de Controle:
• Sistema:
Sistema pode ser visto como uma caixa preta com uma entrada e uma saída, já que não se sabe em 
que consiste o interior dessa caixa, mas somente a relação entre a entrada e a saída. 
Entende-se por sistema todo conjunto de elementos interrelacionados, onde o comportamento de 
cada elemento afeta o comportamento dos demais e do sistema como um todo. 
• Sistema de Controle:
Um sistema pode ser definido como sistema de controle quando sua saída é controlada para 
assumir um valor particular ou seguir uma determinada entrada.
Sistema SaídaEntrada
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CONTROLE E AUTOMAÇÃO
• Sistema x Sistema de Controle:
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Automação Industrial
CONTROLE E AUTOMAÇÃO
• Automação x Automatização:
• Automatização:
O conceito de automatização está ligado a sugestão de movimento automático, repetitivo, mecânico 
e predominantemente cego e passivo, não possuem correção.
• Ex: Maquina de Lavar Roupas, Chuveiro Elétrico, Torradeira Elétrica.
• Automação:
É o conjunto de técnicas por meio das quais se constroem sistemas ativos capazes de atuar com 
uma eficiência ótima pelo uso de informações recebidas do meio sobre a qual atuam, ou seja, 
possuem correção.
• Ex: Aparelho de Ar-condicionado, Geladeira, Central Eletrônica dos Veículos. 
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Automação Industrial
CONTROLE E AUTOMAÇÃO
• Classes de Automação:
• Automação Fixa:
São estações de trabalho especialistas que processam apenas uma determinada tarefa do produto. 
São utilizadas quando se necessita de volume produção elevado sem que haja variação de 
característica.
Ex: Linhas de Montagem Seqüenciais: Fundição ���� Tornearia ���� Fresagem���� Ajustagem ���� Etc.
• Automação Flexível:
São estações de trabalho que possuem a capacidade de realizar inúmeras tarefas de produção 
dependendo da programação que recebem. São eficazes quando o volume de produção não é
elevado.
Ex: Linhas de Montagem Alteráveis: Centros de Usinagem CNC ���� Tornea, Fresa, Usina, e Ajusta –
Todas as tarefas em um só lugar.
• Automação de Base Microeletrônica:
São sistemas automatizados cujos controles ficam a cargo de controladores micro-processados. Os 
mais conhecidos são os computadores industriais e os CLP’s.
Ex: Planta Industrial de Tratamento de Efluentes – Sistema Supervisório atuando em um 
Computador.
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TEORIA DE CONTROLE
• Conceitos, Funções e Aplicações:
• Sistema Linear:
Um sistema é dito linear quando o funcionamento do mesmo pode ser descrito (modelado) por uma 
equação matemática (função) do 1º Grau (uma reta). Se o sistema sofrer uma variação no sinal de 
entrada, a resposta será diretamente proporcional a esta variação, ou seja, o sistema pode ser 
considerado como um coeficiente constante. 
• Sistema Não-linear:
Um sistema é dito não-linear quando o funcionamento do mesmo somente pode ser descrito
(modelado) por uma equação matemática diferente do 1º Grau. Ou seja, se o sistema sofrer alguma 
alteração do sinal de entrada, a resposta do sistema não ocorrerá de forma linear.
bXaY +⋅=
cXbXaY +⋅+⋅= 2
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TEORIA DE CONTROLE
• Conceitos, Funções e Aplicações:
• Sistema SISO (Single Input & Single Output):
Sistemas SISO são todos os sistemas que possuem somente uma variável de entrada e uma variável 
de saída. 
• Sistema MIMO (Multiple Input & Multiple Output):
Sistemas MIMO são todos os sistemas que possuem mais do que uma única entrada e uma única 
saída. 
• OBS: 
Todos os sistemas físicos industriais reais são sistemas MIMO, ou seja, possuem mais de uma 
entrada e uma saída. Contudo, muitas vezes, apenas uma variável de entrada e uma de saída 
são relevantes.
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TEORIA DE CONTROLE
• Conceitos, Funções e Aplicações:
• Sistema Invariantes no Tempo:
Denomina-se sistema invariante no tempo todo sistema de controle em que os parâmetro são 
estacionários em relação ao tempo.
• Sistema Variantes no Tempo:
Denomina-se sistema variante no tempo todo sistema de controle em que os parâmetro são 
modificados em relação ao tempo.
• OBS:
Nos sistemas reais, não se encontra nenhum sistema invariante no tempo. Entretanto, existem 
sistemas cuja variações são demasiadamente lentas, induzindo ou melhor permitindo que se 
considere o sistema como invariante.
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Automação Industrial
TEORIA DE CONTROLE• Conceitos, Funções e Aplicações:
• Variável Controlada:
Em um sistema de controle, uma variável controlada é a grandeza ou condição que é medida, 
monitorada ou controlada.
Normalmente, a variável controlada é a saída do sistema.
• Variável Manipulada:
Em um sistema de controle, uma variável manipulada, é a grandeza ou condição modificada pelo 
controlador, de modo que afete o valor da variável controlada. 
Em geral, a variável manipulada é a entrada do sistema.
• Distúrbio:
O distúrbio é todo sinal não manipulado que tende a afetar de maneira adversa o valor da variável de 
saída do sistema. 
Pode ser sistêmico (ocorre de forma repetida) ou aleatório (ocorre de forma não conhecida). 
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TEORIA DE CONTROLE
• Conceitos, Funções e Aplicações:
• Controle:
Significa medir o valor de uma variável controlada do sistema e utilizar a variável manipulada, 
variando seu valor, para corrigir ou limitar os desvios do valor medido a partir de uma valor 
desejado, Valor de Referencia ou Set-point.
• Controle Contínuo:
É todo sistema no qual o sinal de erro é entregue ao controlador a todo o instante, dados contínuos 
e cujo sinal de controle é alterado a todo instante.
Ex: Caixa-d’água alimentada por pressão natural e com boia mecânica.
• Controle Discreto:
É todo sistema no qual o sinal de erro é entregue ao controlador em intervalos de tempo constantes, 
dados amostrados, e cujo sinal de controle é mantido constante entre uma amostra e outra.
Ex: Caixa-d’água alimentada por bomba e com nível elétrico.
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TEORIA DE CONTROLE
• Conceitos, Funções e Aplicações:
• Sistema em Malha Aberta:
São todos os sistemas em que o sinal de saída não exerce nenhuma influência ou ação de controle 
sobre o sistema. 
Ex: Lavadora de Roupas.
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TEORIA DE CONTROLE
• Conceitos, Funções e Aplicações:
• Sistema em Malha Fechada:
São todos sistemas nos quais se estabelece uma relação de comparação entre a saída e a entrada 
de referência e se utiliza esta diferença como meio de controle. Também denominados sistema de 
controle com realimentação. 
Ex: Forno Elétrico (estufa).
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TEORIA DE CONTROLE
• Conceitos, Funções e Aplicações:
• Realimentação Negativa:
Denomina-se realimentação (feedback) negativa o resultado da diferença entre o sinal de referência 
(variável manipulada) e o sinal realimentado (variável controlada).
• Realimentação Positiva:
Denomina-se realimentação positiva o resultado da soma do sinal de referencia com o sinal 
realimentado (variável controlada). 
doRealimentaReferenciaNegativaçãoRealimenta ValorValor −=
doRealimentaReferenciaPositivaçãoRealimenta ValorValor +=
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TEORIA DE CONTROLE – MODELAGEM DE SISTEMAS
• Modelos:
• Conceito:
• Objeto destinado a ser reproduzido por imitação.
• Representação em pequena escala de algo que se pretende executar em grande.
• Conjunto de hipóteses sobre a estrutura ou comportamento de um sistema físico pelo qual se 
procuram explicar ou prever, dentro de uma teoria científica, as propriedades do sistema. 
• Meio de transferir alguma relação de sua forma real para uma outra forma.
• Exemplos:
• Um protótipo experimental de um navio é um modelo em escala reduzida do navio original.
• Um aeromodelo é um modelo em escala de um avião convencional.
• Uma fotografia pode ser considerada um modelo de uma paisagem real. 
• Uma equação matemática de uma sistema linear.
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TEORIA DE CONTROLE – MODELAGEM DE SISTEMAS
• Modelos Matemáticos:
• Conceitos e Características:
• Denomina-se modelo matemático de um sistema à representação por expressões 
matemáticas das relações reais (físicas, químicas, econômicas, etc.) entre as variáveis de 
entrada e saída.
• A qualidade do modelo matemático é observada pela fidelidade com a qual o mesmo retrata 
estas relações. 
• Quanto maior o número de relações retratadas, maior a exatidão do modelos. 
• Entretanto, quanto maior o número de relações retratadas, maior é a complexidade e o custo 
para elaboração do modelo.
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TEORIA DE CONTROLE – MODELAGEM DE SISTEMAS
• Função de Transferência:
• Conceito:
• Denomina-se Função de Transferência (FT) a todo modelo matemático que descreve as 
relações de um sistema de controle. 
• Ou seja, ela representa o ganho de um sistema, a razão de proporcionalidade entre a variável 
manipulada e a variável de controle selecionadas.
• OBS.
Nenhuma FT apresenta a natureza real (grandezas) de um sistema, sistemas distintos (massa-mola, 
elétrico RLC) podem possuir representações idênticas e por conseqüência mesma resposta. 
Controlada Variávely(t) 
a ManipuladVariável u(t) 
tu
ty
tgFT
→
→
== )(
)()(
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TEORIA DE CONTROLE – MODELAGEM DE SISTEMAS
• Função de Transferência:
• Componentes (Domínio da Freqüência – S):
• Polos – (p1 e p2) – Raízes do polinômio que compõem o denominador de uma FT. 
Usualmente, define a ordem do sistema. ���� 1ª Ordem – 1 Polo, 2ª Ordem – 2 Polos, etc. 
• Zeros – (z1 e z2) – Raízes do polinômio que compõem o numerador de uma FT. 
• Ganho – (K) – Constante de proporcionalidade entre o valor de entrada e saída.
• Atraso – (T) – Tempo necessário para que um sistema físico, “PLANTA”, responda a um sinal 
de excitação na entrada.
))((
))((
21
21
psps
ezszsKFT
sT
−−
⋅−−⋅
=
−
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TEORIA DE CONTROLE – MODELAGEM DE SISTEMAS
• Função de Transferência – Tipos:
• Componentes (Domínio da Freqüência – S):
• FT com mais Pólos que Zeros: 
(Ordem Denominador > Ordem Numerador)
Usualmente são denominados sistemas IMPRÓPRIOS. 
Todos os sistemas reais são deste tipo pois existe 
sempre um atraso entre as variações no sinal de 
entrada e a saída característica.
• FT com o mesmo número de Pólos que Zeros: 
(Ordem Denominador = Ordem Numerador)
Usualmente são denominados sistemas PRÓPRIOS. 
Somente sistemas teóricos podem ter este tipo de FT 
pois implicam em sistemas cuja saída ocorre ao 
mesmo tempo que as variações na entrada da planta.
• FT com mais Zeros que Pólos:(Ordem Denominador < Ordem Numerador) 
Estes sistemas não recebem denominação pois 
sistemas físicos reais ou teóricos com FT’s desse tipo 
não existem. Sistemas deste tipo indicam que a saída 
ocorre antes de uma variação na entrada.
)()()(
)()()(
21
21
n
n
pspsps
zszszsKFT
−⋅⋅−⋅−
−⋅⋅−⋅−⋅
=
K
K
)()()()(
)()()(
121
121
nn
n
pspspsps
zszszsKFT
−⋅−⋅⋅−⋅−
−⋅⋅−⋅−⋅
=
−
−
K
K
)()()(
)()()()(
121
1121
−
−−
−⋅⋅−⋅−
−⋅−⋅⋅−⋅−⋅
=
n
nn
pspsps
zszszszsKFT
K
K
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TEORIA DE CONTROLE – MODELAGEM DE SISTEMAS
• Função de Transferência em Malha Aberta:
)(
)()(
)(
)()(
)(
)()(
3
3
3
2
2
2
1
1
1
sU
sY
sG
sU
sY
sG
sU
sY
sG
=
=
=
)()()()(
)(
)(
)(
)(
)(
)(
)(
)()()()()(
2132
1
3
3
3
2
2
1
1
321
sUsY & sUsY
sU
sY
sU
sY
sU
sY
sU
sY
sGsGsGsGFT
==
=⋅⋅=⋅⋅==
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TEORIA DE CONTROLE – MODELAGEM DE SISTEMAS
• Função de Transferência em Malha Fechada:
[ ] )()()()(1)(
)()()()()()(
)()()()(
)(
)()()()(
)(
)()()(
)()(
sGsUsHsGsY
sHsGsYsGsUsY
sHsYsU
sG
sY
sHsYsUse
sG
sY
se
se
sY
sG
⋅=⋅+
⋅⋅−⋅=
⋅−=
⋅−=
=→=
)()(1
)(
)(
)(
sHsG
sG
sU
sYFT
⋅+
==
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TEORIA DE CONTROLE – RESPOSTA DE SISTEMAS
• Sistemas – Excitação x Resposta:
• Excitação:
• Ação aplicada na variável manipulada, u(t), do sistema necessária para seu funcionamento. 
Esta é uma variável temporal, ou seja, uma grandeza física que varia com o tempo. 
Ex:
• Energia Elétrica ���� Motor Elétrico
• Calor ���� Sistema de Aquecimento
• Resposta:
• Comportamento apresentado pela variável controlada, y(t), do sistema mediante a 
uma excitação. Ela também é uma grandeza física que o de ser medida. 
Ex:
• Motor Elétrico ���� Torque e Movimento
• Sistema de aquecimento ���� Elevação de Temperatura
• OBS: 
• Não representa necessariamente um movimento, pois o sistema físico pode ser estático, sem 
qualquer elemento móvel.
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Automação Industrial
TEORIA DE CONTROLE – RESPOSTA DE SISTEMAS
• Resposta Transitória x Resposta Permanente:
A resposta de todo sistema, ou de elemento do 
sistema, é composta por duas parcelas, uma 
transitória e uma permanente:
• Resposta em Regime Transitório:
• Comportamento de um sistema mediante ao 
início de uma variação, ação, na variável 
manipulada. É representado pela oscilação 
no valor da variável controlada, e este 
estado se apresenta enquanto o sistema 
não alcança o novo ponto de repouso.
• Resposta em Regime Permanente:
• Regime permanente é o estado de repouso 
que o sistema adquiri após sofrer as 
oscilações transitórias provocadas pela 
introdução de um sinal na variável 
manipulada. 
Permanente Regime em espostaR (C) 
aTransitóri Resposta (B) 
Tempo de Atraso (A) 
→
→
→
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TEORIA DE CONTROLE – RESPOSTA DE SISTEMAS
• Ganho e Erro em Regime Permanente:
• Ganho:
• Denomina-se ganho K o valor constante obtido após o sistema passar pelo regime transitório. 
Dada que toda FT pode ser escrita na forma:
• Erro:
• Denomina-se erro em regime permanente, e(s), a diferença entre o valor da variável 
controlada e o valor de referência. 
)()()()(
)()()()(
321
321
n
n
pspspsps
zszszszsKFT
−⋅⋅−⋅−⋅−
−⋅⋅−⋅−⋅−⋅
=
K
K
[ ]1)()()(
)()()()(
)()()()(
)()(
)()()(
−=
−⋅=
⋅=→=
−=
sGsAse
sAsAsGse
sAsGsD
sA
sD
sG
sAsDse
[ ]1)()()( −= sGsAse
Aberta Malha






−
⋅+
= 1)()(1
)()()(
sHsG
sG
sAse
Fechada Malha
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TEORIA DE CONTROLE – RESPOSTA DE SISTEMAS
• Sensibilidade a Mudança de Componentes do Sistema:
• Sistema em Malha Aberta:
• Muito sensível a alteração devido a influência direta de cada componente.
• Sistema em Malha Fechada:
• Pouco sensível a alteração em função da pequena contribuição de cada componente. 
)()()()( 2121 sGsGFTsGsGFT ⋅∆=→⋅=
)()()(1
)()(
)()()(1
)()(
21
21
21
21
sHsGsG
sGsGFT
sHsGsG
sGsGFT
⋅⋅∆+
⋅∆
=→
⋅⋅+
⋅
=
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Automação Industrial
TEORIA DE CONTROLE – RESPOSTA DE SISTEMAS
• Sensibilidade a Mudança de Componentes do Sistema:
• Estabilidade:
• Um sistema é dito estável se, quando sujeito a uma entrada limitada (finita), ou um distúrbio, 
sua saída é limitada (finita). 
• A condição para estabilidade pode também ser expressa da seguinte maneira: se um sistema 
é estável, quando sujeito a uma entrada impulso, com o passar do tempo a saída retorna a 
zero.
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TEORIA DE CONTROLE – RESPOSTA DE SISTEMAS
• Sensibilidade a Mudança de Componentes do Sistema:
• Estabilidade:
• Sistema em Malha Aberta:
• Sistemas de Malha Aberta são inerentemente estáveis. 
• Uma entrada finita provoca uma saída finita que não varia indefinidamente com o 
tempo.
• Aumento na estrutura da FT não surte efeito na estabilidade do sistema.
• Ex: Pêndulo, Conjunto Massa-Mola.
• Sistema em Malha Fechada:
• Sistemas de Malha Fechada podem ser ou se tornar instáveis.
• Isto é devido aos atrasos de tempo que aparecem entre as mudanças na variável 
controlada e o sinal realimentado resultante da resposta do sistema.
• Ex: Ar-Condicionado, Movimento de um Braço-Robótico. 
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TEORIA DE CONTROLE – RESPOSTA DE SISTEMAS
• Sistema de Malha Fechada – Comparativo:
• Vantagens da Realimentação:
• Mais precisão na combinação dos valores desejado e real para a variável.
• Menor sensibilidade a distúrbios.
• Menor sensibilidade a variações nas características dos componentes.
• Aumento na velocidade de resposta e também da faixa de passagem, isto, é da freqüência 
sobre a qual o sistema responderá. 
• Sistema em Malha Fechada:
• Perda de ganho: Quando a FT de um sistema de malha aberta passa para Malha Fechada, o 
ganho é reduzido de G para G/(1+GH) em razão da presença do ramo de realimentação H.
• Grande possibilidade de instabilidade.
• O sistema é mais complexo e, alem de ser mais caro, também é propício a danos.
• Sistemas de Malha Fechada podem ser ou se tornarinstáveis.
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TEORIA DE CONTROLE – RESPOSTA DE SISTEMAS
• Sistema mais Utilizados e Estudados:
• Ordem 0 (Zero):
• Sistemas (Plantas, Processos) cujo comportamento corresponde a um ganho constante, a FT 
é representada por uma equação igual a descrita abaixo:
• Isto é, a saída será K vezes a entrada. Pela simples análise da equação pode-se definir que 
todo sistema de Ordem 0 é estável.
• Ex: Circuito elétrico com divisor resistivo.
ConstanteK onde tuKtytutgty =⋅=→⋅= );()()()()(
)(1,0)(
)(10/1)(
tuty
tuKKty
⋅=
⋅ΩΩ=
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Automação Industrial
TEORIA DE CONTROLE – RESPOSTA DE SISTEMAS
• Sistema mais Utilizados e Estudados:
• 1ª Ordem (Primeira):
• Sistemas cujo comportamento é caracterizado por apresentar uma resposta exponencial 
quando submetido a uma entrada em degrau.
• A FT é representada por uma equação diferencial de 1ª Ordem no domínio do tempo e por 
uma fração polinomial com apenas um POLO no domínio da freqüência.
• Se a resposta for uma exponencial decrescente que tende a um valor constante, o sistema é
estável, se a resposta cresce indefinidamente, o sistema é dito instável. 
Tempo. de Constante T
;Permanente Regime em Ganho C
:onde eCty
Tempo do Domínio no FT
T
t
→
→
−⋅=
± );1()(
Tempo. de Constante T
;Permanente Regime em Ganho C
:onde 
Ts
C
sU
sY
Freqüência da Domínio no FT
→
→
±
= ;1)(
)(
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TEORIA DE CONTROLE – RESPOSTA DE SISTEMAS
• Sistema mais Utilizados e Estudados:
• 1ª Ordem (Primeira):
• Exemplo: Tanque de Fluxo por Gravidade – Caixa D’água.
Ks
KHsH
 Freqüência da Domínio no FT
Máx
−
⋅=
1)(
Tempo do Função em Tanque do Nível h(t)
(Const.) Tanque do Máximo Nível H
Nível do Variação de Taxa t
h(t)
Constante K :
; ))(()(
Máx
→
→
→∂
∂
→
−=
∂
∂
onde
thHK
t
th
Máx
)1()( KtMáx eHth
Tempo do Domíno no FT
−
−=
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TEORIA DE CONTROLE – RESPOSTA DE SISTEMAS
• Sistema mais Utilizados e Estudados:
• 1ª Ordem (Primeira):
• Exemplo: Circuito Elétrico RC – Resistor + Capacitor.
Tempo do Função em Capacitor do Tensão (t)v
(Const.) Fonte da Tensão V
Nível do Variação de Taxa t
(t)v
Constantes C e R onde
 tvV
RCt
tv
C
C
C
C
→
→
→∂
∂
→
−=
∂
∂
:
;))((1)(
( )RCsRC
VsV
 Freqüência da Domínio no FT
C 1
1)(
−
⋅=
)1()( RCtC eVtv
Tempo do Domíno no FT
−
−=
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ELETROTÉCNICA – Unidade 04
Automação Industrial
TEORIA DE CONTROLE – RESPOSTA DE SISTEMAS
• Sistema mais Utilizados e Estudados:
• 2ª Ordem (Segunda):
• Sistemas cuja FT é caracterizada por uma equação diferencial de 2ª Ordem no domínio do 
tempo e por uma fração polinomial com dois POLOS e as vezes um ZERO.
• De acordo com a variação do coeficiente de amortecimento ζζζζ , os sistemas de 2ª Ordem 
podem assumir uma de suas três formas características demonstradas a seguir.
Tempo. de ConstantesT e T
Contantes. B e A
:onde eBeA
tu
ty
Tempo do Domínio no FT
21
T
t
T
t
→
→
⋅+⋅=
±±
;)(
)(
21
Natural Freqüencia 
ntoAmortecime de eCoeficient 
:onde 
sssU
sY
Freqüência da Domínio no FT
n
nn
n
→
→
+⋅⋅⋅+
=
ω
ζ
ωωζ
ω
;
2)(
)(
22
2
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ELETROTÉCNICA – Unidade 04
Automação Industrial
TEORIA DE CONTROLE – RESPOSTA DE SISTEMAS
• Sistema mais Utilizados e Estudados:
• 2ª Ordem (Segunda):
• Sub-amortecido: 0 < ζζζζ < 1
Sistemas caracterizados por possuírem um sinal oscilatório na saída que vai reduzindo com 
os tempo. Neste caso, as raízes do denominador da FT são valores complexos 
(Parte Real + Imaginária).
• Criticamente Amortecido: ζζζζ = 1
Sistemas caracterizados por não possuírem um sinal oscilatório na saída, entretanto estão no 
limiar de isto acontecer. As raízes da equação são reais e iguais.
• Sobre-amortecido: ζζζζ > 1
Sistemas caracterizados por possuírem uma resposta similar a de uma sistema de 1ª Ordem. 
As raízes do denominador são reais e diferentes.
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Automação Industrial
TEORIA DE CONTROLE – RESPOSTA DE SISTEMAS
• Sistema mais Utilizados e Estudados:
• 2ª Ordem (Segunda):
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ELETROTÉCNICA – Unidade 04
Automação Industrial
TEORIA DE CONTROLE – RESPOSTA DE SISTEMAS
• Sistema mais Utilizados e Estudados:
• 2ª Ordem (Primeira):
• Exemplo: Conjunto Massa-Mola (Sistema de Suspensão Veicular)
Velocidade da Variação de Taxa 
t
(t)x
Posição da Variação de Taxa t
(t)x
(Const.) Sistemano Aplicada Força F
(Const.) Molada deElasticida de eCoeficient K
(Const.) ntoAmortecime de eCoeficientC
 (Const.) Sistemado MassaM
 onde
 FtKx
t
txC
t
txM
2 →∂
∂
→∂
∂
→
→
→
→
=+
∂
∂
+
∂
∂
2
2
2
:
;)()()(
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Automação Industrial
TEORIA DE CONTROLE – RESPOSTA DE SISTEMAS
• Sistema mais Utilizados e Estudados:
• 2ª Ordem (Primeira):
• Exemplo: Conjunto Massa-Mola (Sistema de Suspensão Veicular)
Velocidade da Inicial Condição (0)x
Posição da Inicial Condiçãox(0)
:onde
:onde 
KCsMs
CxxMsMx
sX
Freqüencia da Domínio no FT
→
→
++
++
=
&
&
;
)0()0()0()( 2
LEGENDA:
• Sinal de Entrada
• Sistema sem Amortecimento
• Sistema com Amortecimento
• Sistema com Muito Amortecimento 
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ELETROTÉCNICA – Unidade 04
Automação Industrial
TEORIA DE CONTROLE – RESPOSTA DE SISTEMAS
• Sistema mais Utilizados e Estudados:
• 2ª Ordem (Primeira):
• Exemplo: Circuito Elétrico RLC – Resistor + Capacitor + Indutor
Variação de Taxa da Derivada 
t
(t)i
Corrente da Variação de Taxa t
(t)i
(Const.) aResistenci R
(Const.) Indutância L
(Const.) iaCapacitâncC
 (Const.) Fonte da Tensão V
 onde
 
LC
V
ti
LCt
ti
L
R
t
ti
2 →∂
∂
→∂
∂
→
→
→
→
=+
∂
∂
+
∂
∂
2
2
2
:
;)(1)()(
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ELETROTÉCNICA – Unidade 04
Automação Industrial
TEORIA DE CONTROLE – CONTROLADORES INDUSTRIAIS
• Controladores:
• Conceito:
• Denomina-se CONTROLADOR a todo elemento de um sistema de controle que é introduzido 
no ramo direto, antesda planta, em um sistema de malha fechada que tem por objetivo:
1. Transformar um sistema em malha fechada instável um sistema estável;
2. Aumentar a velocidade de resposta de plantas a variações na sinal de referência;
3. Diminuir a velocidade de resposta de plantas sensíveis a variações;
4. Filtrar possível distúrbios (ruído ou interferências) ocorram sobre a planta e que 
poderiam torná-la instável.
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ELETROTÉCNICA – Unidade 04
Automação Industrial
TEORIA DE CONTROLE – CONTROLADORES INDUSTRIAIS
• Controladores:
• Conceito:
• O CONTROLADOR é o elemento no sistema de controle de malha fechada que tem por
entrada o sinal de erro e gera uma saída, denominada sinal de controle, que se torna a 
entrada para a planta. 
• À relação entre a saída e a entrada do controlador é freqüentemente dado o nome de 
LEI DE CONTROLE.
Sistema Sem Controlador Sistema Com Controlador
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Automação Industrial
TEORIA DE CONTROLE – CONTROLADORES INDUSTRIAIS
• Controladores:
• Modelos Clássicos:
• ON / OFF
• PID (Proporcional, Integral e Derivativo)
• ADAPTATIVOS
• ROBUSTOS.
• OBS:
Todos os tipos de CONTROLADORES podem possuir versões mecânicas, elétricas ou eletrônicas, e 
serem contínuos ou discretos. 
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ELETROTÉCNICA – Unidade 04
Automação Industrial
TEORIA DE CONTROLE – CONTROLADORES INDUSTRIAIS
• Controlador ON / OFF:
• Conceito:
CONTROLADOR mais elementar que existe, a sinal de controle caracterizado por atuar apenas de 
forma digital, ou seja, ligado (1) ou desligado (0). A estratégia de controle consiste em monitorar o 
valor da variável de saída e definir pela ativação ou não dos atuadores da planta.
Ex: Forno Elétrico com controle Digital, Geladeira, Aparelho de Ar-condicionado (Termostato). 
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Automação Industrial
TEORIA DE CONTROLE – CONTROLADORES INDUSTRIAIS
• Controlador PID:
• Conceito:
CONTROLADOR é o mais utilizado na indústria, ao pé da letra, este nome é a abreviatura de um 
conjunto de controladores:
CONTROLADOR = P (Proporcional) + I (Integral) + D (Derivativo)
Todos os blocos (algoritmos de controle) presentes nos sistemas de controle atuais (PLC’s, 
Computadores com Supervisórios, IHM’s) possuem estes 3 controladores, entretanto, não é
necessário utilizar os 3 sempre, tudo vai depender da planta, ou do processo produtivo.
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Automação Industrial
TEORIA DE CONTROLE – CONTROLADORES INDUSTRIAIS
• Controlador PID:
• Controlador P (Proporcional):
CONTROLADOR, que como o próprio nome diz, é representado por um ganho de valor constante, ou 
seja, C(s) = KP, onde KP é um número real.
O Controle Proporcional é apenas um amplificador com um ganho constante. Um grande sinal de 
erro, e(s), em algum instante de tempo acarreta um valor alto na saída do controlador nesse instante 
de tempo.
O ganho constante, entretanto, tende a existir somente para uma certa faixa de erros, chamada 
BANDA PROPORCIONAL, na faixa em que o sistema é considerado linear.
Kp
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Automação Industrial
TEORIA DE CONTROLE – CONTROLADORES INDUSTRIAIS
• Controlador PID:
• Controlador I (Integral):
Para se compreender como funciona este CONTROLADOR, inicialmente, precisamos compreender o 
que é uma integral. 
Pela definição básica, integral é uma soma de pequenas parcelas, tão pequenas que sua largura 
tende a zero. Ex: Imagine um somatório, normalmente o passo é sempre um nº natural, agora 
imagine que este passo fosse um nº real, poderíamos escolher um passo tão pequeno quanto 
desejássemos.
∑ ∫
∑
=
=
=∆=
==
n
i
n
n
i
dttXttXtY
i real.tural por uemos i naAgora troq
,...,,, , onde i tXtY
0 0
0
)()()(
4321)()(
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Automação Industrial
TEORIA DE CONTROLE – CONTROLADORES INDUSTRIAIS
• Controlador PID:
• Controlador I (Integral):
O funcionamento deste CONTROLADOR se dá pela geração de um sinal de controle na saída, u(s), 
proporcional à integral do sinal de erro, e(s), na entrada do mesmo.
Este CONTROLADOR é representado por um ganho constante KI multiplicado pela Integral do Erro, 
e(s), como descrito abaixo:
s
K
se
sU
sdtteKtU I
t
I ==→⋅= ∫ )(
)()(C )()(
0
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Automação Industrial
TEORIA DE CONTROLE – CONTROLADORES INDUSTRIAIS
• Controlador PID:
• Controlador I (Integral):
A integral entre 0 e t é de fato a área sob a curva do sinal de erro, e(s), entre 0 e t. Assim, quando 
aparece um sinal de erro, a área sob a curva aumenta em uma razão regular e a saída do 
Controlador, u(s), deve também aumentar em uma razão regular. 
A saída do controlador, u(s), em qualquer instante de tempo é proporcional ao acúmulo de efeitos do 
erro em instantes anteriores, ou seja, memoriza todo o passado do sinal de erro.
• OBS:
A vantagem deste Controle é o mesmo ser capaz de tornar o sinal de erro, e(s), igual a zero. 
A desvantagem é seu fator acumulativo, em sistemas com resposta muito lenta, este tipo de 
controle tende a reduzir a estabilidade relativa da planta, ou seja, ao invés do sinal de erro, e(s), ser 
zero ele é cresce indefinidamente. 
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Automação Industrial
TEORIA DE CONTROLE – CONTROLADORES INDUSTRIAIS
• Controlador PID:
• Controlador D (Derivativo):
O princípio matemático que descreve este CONTROLADOR é o cálculo de uma derivada. 
Mas o que é uma derivada e o que a mesma representa? 
Bom, quando temos uma curva, uma derivada é a tangente dos pontos desta curva em cada instante 
de tempo, e esta derivada descreve a taxa com que varia os valores da respectiva curva, isso nos 
possibilita identificar se a mesma é crescente ou decrescente. 
Ex: Quando calculamos a velocidade de um carro (uma derivada), estamos calculando a taxa com a 
qual a posição varia no tempo. 
A mesma dedução pode ser usada no carro quando tratamos da aceleração, esta é a derivada da 
velocidade e representa a taxa com a qual a velocidade varia no tempo. 
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Automação Industrial
TEORIA DE CONTROLE – CONTROLADORES INDUSTRIAIS
• Controlador PID:
• Controlador D (Derivativo):
Este CONTROLADOR é representado por um ganho constante KD multiplicado pela Derivada do 
Erro, e(s), como descrito abaixo:
sK
se
sU
sC
t
teKtU DDD ⋅==→∂
∂
⋅= )(
)()( )()(
NEWTON PAIVA –Engenharia Mecânica Eletrotécnica Professor Felipe Lage Tolentino – Pg. 53 – 2010/2º
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Automação Industrial
TEORIA DE CONTROLE – CONTROLADORES INDUSTRIAIS
• Controlador PID:
• Controlador D (Derivativo):
Com o Controle Derivativo, tão logo o sinal de erro, e(s), apareça, a saída do controlador, u(s), pode 
se tornar grande, já que a saída é proporcional à taxa de variação do sinal de erro e não ao erro 
propriamente dito. Isto pode fornecer uma grande ação corretiva antes que um grande sinal de 
erro realmente ocorra. Entretanto, se o sinal de erro, e(s), é uma constante, então não existe ação 
corretiva mesmo que o sinal de erro seja grande pois a taxa de variação (derivada) é nula. 
• OBS:
O Controle Derivativo é insensível a sinais de erro, e(s), constantes ou com variação lenta, e 
conseqüentemente não é utilizado sozinho, mas combinado com outras formas de controle.
Devido ao fato de ser composto de um único ZERO (Raiz do Numerador), a implementação de sua 
LEI DE CONTROLE sozinha é impossível fisicamente, o sistema fica mais ZEROS que POLOS e isto 
não existe.
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Automação Industrial
TEORIA DE CONTROLE – CONTROLADORES INDUSTRIAIS
• Controlador PID:
• Controlador PI (Proporcional + Integral):
A redução na estabilidade relativa resultante do Controle Integral pode ser resolvida, até certo 
ponto, pela ação de Controle Proporcional + Integral. Fisicamente, este Controlador nada mais é do 
que a soma direta das parcelas de cada Controlador. 
À divisão (KP/KI) dá-se o nome de Constante de Tempo Integral, ττττI, ou seja, é o tempo efetivo que 
leva para o Controlador Integral atuar.
s
KK
se
sU
sCdtteKKtU IPPI
t
IP +==→⋅+= ∫ )(
)()( )()(
0
s
sK
sC
 
s
K
K
sK
sC
s
KKs
sC
s
KKsC
I
P
PI
P
I
P
PI
IP
PI
I
PPI









+⋅
=









+⋅
=
+⋅
=
+=
τ
1
)(
)(
)(
)(
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Automação Industrial
TEORIA DE CONTROLE – CONTROLADORES INDUSTRIAIS
• Controlador PID:
• Controlador PD (Proporcional + Derivativo):
Se o Controle Proporcional é combinado com o Derivativo, obtemos o seguinte sistema:
À divisão (KD/KP) dá-se o nome de Constante de Tempo Derivativo, ττττD, ou seja, é o tempo efetivo que 
dura o efeito de Controle Derivativo atuar.
sKK
se
sU
sC 
t
teKKtU DPPDDP ⋅+==→∂
∂
⋅+= )(
)()()()(



 +





⋅=



 +





⋅=
⋅+=
sKsC
SK
KKsC
sKKsC
D
DPD
D
P
DPD
DPPD
τ
1)(
)(
)(
NEWTON PAIVA – Engenharia Mecânica Eletrotécnica Professor Felipe Lage Tolentino – Pg. 56 – 2010/2º
ELETROTÉCNICA – Unidade 04
Automação Industrial
TEORIA DE CONTROLE – CONTROLADORES INDUSTRIAIS
• Controlador PID:
• Controlador PID (Proporcional + Integral + Derivativo):
O CONTROLADOR PID é o modelo formado pela ação dos três controles, o proporcional mais o 
integral e mais o derivativo. 
sK
s
KK
se
sU
sC
t
teKdtteKKtU DIPPID
t
DIP ⋅++==→∂
∂
⋅+⋅+= ∫ )(
)()( )()()(
0





 ⋅⋅+⋅+
⋅=






⋅+
⋅
+⋅=






⋅+
⋅
+⋅=
⋅++=
s
ssKsC
s
s
KsC
s
K
K
sK
KKsC
sK
s
KKsC
IDI
PPID
D
I
PPID
P
D
P
I
PPID
D
I
PPID
21)(
11)(
1)(
)(
τττ
τ
τ
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ELETROTÉCNICA – Unidade 04
Automação Industrial
TEORIA DE CONTROLE – CONTROLADORES INDUSTRIAIS
• Controlador PID:
• Controlador PID (Proporcional + Integral + Derivativo):
O CONTROLADOR PID é o modelo formado pela ação dos três controles. 
Embora possa parecer a princípio o mais eficiente não é muito comum encontrá-lo em operação na 
Industria. 
• Proporcional – Ganho na Velocidade de Resposta
• Derivativo – Percepção de Variação no Erro
• Integral – Minimização do Erro
Nas maior parte das plantas industriais, encontramos apenas atuação do Controle PI, pois ele é de 
simples ajuste, ou como se diz em controle, SINTONIA, e bastante confiável. 
Normalmente, o CLP (Controlador Lógico Programável), vem com o programa do PID completo, o 
que os técnico fazem para desabilitar o Controle Derivativo é utilizar um ττττD igual a 0 (zero), isto anula 
o termo referente a este controle.
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ELETROTÉCNICA – Unidade 04
Automação Industrial
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
• Sistema Digital de Controle Distribuído – SDCD:
• Conceito:
Destinados ao controle e supervisão de processos onde predominam um grande número de 
variáveis contínuas com necessidade de controle de malha fechada, concentradas geograficamente. 
Usualmente são formados por 03 (três) componentes:
• Controladores (CLP’s)
• Redes de Comunicação (LAN e WAN)
• Estações de Operação (Workstations)
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ELETROTÉCNICA – Unidade 04
Automação Industrial
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
• Sistema Digital de Controle Distribuído – SDCD:
• Conceito:
O Sistema Digital de Controle Distribuído, ou SDCD é um elemento da área de Automação Industrial 
que tem como função primordial o controle de processos de forma a permitir uma otimização da 
produtividade industrial, estruturada na diminuição de custos de produção, melhoria na qualidade 
dos produtos, precisão das operações, segurança operacional, entre outros.
Ele é composto basicamente por um conjunto integrado de dispositivos que se completam no 
cumprimento das suas diversas funções – o sistema controla e supervisiona o processo produtivo 
da unidade.
Utilizam-se técnicas de processamento digitas (discreto) em oposição ao analógico (contínuo), com 
o objetivo de proporcionar uma manutenção no comportamento de um referido processo na planta 
da indústria, dentro de parâmetros já estabelecidos. 
NEWTON PAIVA – Engenharia Mecânica Eletrotécnica Professor Felipe Lage Tolentino – Pg. 60 – 2010/2º
ELETROTÉCNICA – Unidade 04
Automação Industrial
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
• Sistema Digital de Controle Distribuído – SDCD:
• Conceito:
O sistema é dotado de processadores e redes redundantes e permite uma descentralização do 
processamento de dados e decisões, através do uso de unidades remotas na planta. 
Além disso, o sistema oferece uma interface homem-máquina (IHM) que permite o interfaceamento
com controladores lógicos programáveis (CLP), controladores PID, equipamentos de comunicação 
digital e sistemas em rede. 
É através das Unidades de Processamento, distribuídas nas áreas, que os sinais dos equipamentos 
de campo são processados de acordo com a estratégia programada. 
Estes sinais, transformados em informação de processo, são atualizados em tempo real nas telas de 
operação das Salas de Controle.
NEWTON PAIVA – Engenharia Mecânica Eletrotécnica Professor Felipe Lage Tolentino – Pg. 61 – 2010/2º
ELETROTÉCNICA – Unidade 04
Automação Industrial
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
• Sistema Digital de Controle Distribuído – SDCD:• Conceito:
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ELETROTÉCNICA – Unidade 04
Automação Industrial
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
• Divisão:
• Técnicas de Controle (Destinadas ao controle das malhas da planta.) 
• Sistemas Eletromecânicos e Supervisão (Compostos pelos diferentes níveis de equipamentos 
encontrados em uma planta industrial.)
Os diferentes níveis são apresentados na pirâmide a seguir:
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ELETROTÉCNICA – Unidade 04
Automação Industrial
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
• Níveis Hierárquicos:
• Nível 1:
Nível das máquinas, dispositivos e componentes (chão de fábrica), onde a automação é realizada 
pelo CLP. 
Ex: Linhas de Montagem e Manufatura.
• Nível 2:
Destinado aos sistemas de supervisão associados ao processo. Aqui se encontram os 
concentradores de informações e sobre o nível 1 e as IHM’s. 
Ex: Salas de Supervisão e Comando Remoto.
• Nível 3:
Controle de processo produtivo. Neste nível se concentram os bancos de dados com as 
informações dos índices de qualidade da produção, relatórios e estatísticas. 
Ex: Supervisão/Gerência do Processo Produtivo.
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ELETROTÉCNICA – Unidade 04
Automação Industrial
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
• Níveis Hierárquicos:
• Nível 4:
É o nível responsável pelo planejamento e programação da produção. Envolve a logística e o setor 
de suprimentos da empresa.
Ex: Sistemas de PCP, CIM e Estoques.
• Nível 5:
Administração dos recursos da empresa. Nível responsável pelo planejamento estratégico, aqui se 
encontram os software de gestão de vendas, gestão financeira, gestão produtiva e os softwares 
decisórios.
Ex: Sistemas de Gestão Integrada Customizados e Sistemas ERP (Enterprise Resourse Plainning) 
Tradicionais – BAAN, SAP, DATASUL, RM SISTEMAS.
NEWTON PAIVA – Engenharia Mecânica Eletrotécnica Professor Felipe Lage Tolentino – Pg. 65 – 2010/2º
ELETROTÉCNICA – Unidade 04
Automação Industrial
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL – CLP 
• Controladores Lógicos Programáveis ( CLP ):
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Automação Industrial
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL – CLP
• Controladores Lógicos Programáveis ( CLP ):
• Definição:
• Controlador:
Equipamento que possui processador, memória e portas, ou seja, é um computador de 
tamanho reduzido.
• Lógico:
Significa que ele pode ter realizar cálculos e executar ações.
• Programável: 
Capaz de armazenar dados e programas. Estes programas podem ser escritos em Terminais 
Remotos – Computadores (C, LADDER, etc) ou no próprio CLP (LADDER, GRAFCET).
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ELETROTÉCNICA – Unidade 04
Automação Industrial
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL – CLP
• Controladores Lógicos Programáveis ( CLP ):
• Conceito:
Controlador indicado para lidar com sistemas caracterizados por eventos discretos (SEDs), ou seja, 
com processos em que as variáveis assumem valores zero ou um (ou variáveis ditas digitais, ou 
seja, que só assumem valores dentro de um conjunto finito). 
Podem ainda lidar com variáveis analógicas definidas por intervalos de valores de corrente ou 
tensão elétrica. 
As entradas e/ou saídas digitais são os elementos discretos, as entradas e/ou saídas analógicas são 
os elementos variáveis entre valores conhecidos de tensão ou corrente.
Equipamento digital que usa memória programável para armazenar instruções que implementam 
funções como: lógica, sequenciamento, temporização, contagem e operações aritméticas, para 
controlar através de módulos (cartões) de entrada e saída (digital e analógica) diversos tipos de 
máquinas e processos.
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ELETROTÉCNICA – Unidade 04
Automação Industrial
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL – CLP
• Controladores Lógicos Programáveis ( CLP ):
• Evolução:
• Início do séc. XX até meados dos anos 60;
• Anos 60: Desenvolvimento dos circuitos integrados.
• 1968: GM requisita ao setor de engenharia um sistema de estado sólido, confiável e 
escalonável, para melhorar a eficiência da divisão de hidramáticos;
• Anos 70: Advento do microprocessadores impulsiona os CLP’s, eles se tornam mais 
confiáveis e menores;
• Anos 80: Início da utilização nas plantas no Brasil;
• Anos 90: Expansão da Automação em virtude da grande evolução dos equipamentos.
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ELETROTÉCNICA – Unidade 04
Automação Industrial
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL – CLP
• Controladores Lógicos Programáveis ( CLP ):
• Processos Pré-CLP – Sistemas Eletromecânicos:
• Circuitos lógicos implementados com contatores, disjuntores, relés de proteção, chave 
manuais, etc; 
• Sistemas com grande confiabilidade devido a simplicidade dos componentes;
• Alta complexidade para desenvolvimento e montagem dos circuitos lógicos;
• Pouca flexibilidade para mudanças de layout;
• Elevado consumo de energia.
• Processos Pós-CLP – Sistemas Programáveis:
• Sistemas de estado sólidos (equipamentos sem partes mecânicas);
• Controle implementado através de programas carregados dentro da memória dos CLP’s; 
• Sistemas com equivalente confiabilidade devido a facilidade de conferência da lógica 
utilizada;
• Baixa complexidade para desenvolvimento e montagem dos circuitos lógicos;
• Alta flexibilidade para mudanças de layout;
• Baixo consumo de energia.
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Automação Industrial
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL – CLP
• Controladores Lógicos Programáveis ( CLP ):
• Aplicações Industriais – Processos:
• Empacotamento; • Enlatamento;
• Transporte; • Manuseio de materiais;
• Usinagem; • Geração de Energia;
• Sistemas de controle predial de ar 
condicionado;
• Sistemas de segurança industrial e 
proteção predial;
• Montagem automatizada; • Linhas de pintura;
• Sistemas de tratamento de água 
(ETA / ETE);
• Automotiva;
• Alimentos e bebidas; • Petroquímica e Química;
• Têxtil e Papel e celulose; • Siderúrgica e metalúrgica;
• Farmacêutica; • Plásticos e sintéticos;
etc.
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL – CLP
• Controladores Lógicos Programáveis ( CLP ):
• Características:
• Fácil diagnóstico de funcionamento ainda em fase de projeto do sistema e/ou reparos que 
venham a ocorrer em sua operação;
• Facilmente reprogramados sem a necessidade de interromper o processo produtivo 
(programação on-line) 
• Possibilitam a criação de um banco de programas, os quais podem ser armazenados e 
reutilizados a qualquer momento; 
• Mantém a documentação sempre atualizada com o processo em execução, histórico e banco 
de dados das variáveis da planta;
• Escalonáveis, como são equipamentos modulares, possuem a flexibilidade de expansão ou 
retração do número de entradas e saídas a serem controladas;
• Capacidade de se comunicar com diversos outros equipamentos; 
• Podem ser instalados empainéis nas plantas ou em cabines reduzidas devido ao pequeno 
espaço físico exigido;
• Possuem elevado nível de proteção elétrica (faiscamentos), magnética (ruídos e 
interferências) e mecânica (vibrações e movimentos); 
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL – CLP
• Controladores Lógicos Programáveis ( CLP ):
• Características:
• Maior confiabilidade pela menor incidência de defeitos e baixo consumo de energia;
• Elevada utilização em todos os campos da indústria: Painéis seqüenciais de intertravamento, 
Controle de malhas, Sistemas SCADA, Sistemas de controle de estações, Sistemas de 
controle de células da manufatura.
• Diagrama de Blocos:
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL – CLP
• Controladores Lógicos Programáveis ( CLP ):
• Ciclo de Varredura – Princípio de Funcionamento:
• O princípio fundamental de funcionamento do CLP é a execução 
por parte da CPU de um programa, conhecido como 
“Executivo” e de responsabilidade do fabricante, este realiza as 
ações de leitura de entradas, execução do programa de controle 
do usuário e a atualização das saídas ciclicamente, ou seja, de 
forma repetitiva e sem fim.
• Ao tempo total para execução dessas tarefas, dá-se o nome de 
ciclo de varredura ou “scanning”. Este tempo depende de 
alguns fatores, dentre se destacam:
• Velocidade e característica do processador; 
• Tamanho do programa utilizado pelo usuário; 
• Tipos de pontos de entrada/saída. 
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL – CLP
• Controladores Lógicos Programáveis ( CLP ):
• Módulos:
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL – CLP
• Controladores Lógicos Programáveis ( CLP ):
• Elementos do Hardware – Componentes:
• Fonte de alimentação
• CPU (Processador e Memória)
• Módulos de entrada e saída
• Módulos de comunicação 
• Dispositivos e Linguagens de programação
• Racks
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL – CLP
• Controladores Lógicos Programáveis ( CLP ):
• Fonte de Alimentação:
• Alimenta a CPU e demais dispositivos;
• Converte a tensão AC da rede elétrica em tensão DC utilizada nos circuitos elétricos.
• Possui uma bateria interna que impede a perda do programa do usuário em caso de falta de 
energia;
• Sistemas atuais utilizam um banco de baterias (no-break) para alimentá-lo por um período de 
tempo no caso de falta de energia;
• Tipos de Fonte:
• SOURCE: Interna ao controlador;
• SINK: Externa ao controlador. 
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL – CLP
• Controladores Lógicos Programáveis ( CLP ):
• CPU – Unidade de Processamento Central:
• Processador: 
Executa um programa que realiza continuamente um ciclo de varredura, com os seguintes 
passos:
• Obtenção dos dados dos vários módulos de entrada;
• Execução das instruções do programa;
• Atualização das saídas, transferindo os dados ao equipamento controlável através dos 
módulos de saída.
• Memória: 
Armazena os programas e os dados coletados:
• ROM – Não volátil, armazena as instruções básicas do CLP;
• RAM – Armazena todos os programas em execução;
• FLASH – Cartão de memória não volátil que armazena o programa do usuário e os 
valores coletados.
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL – CLP
• Controladores Lógicos Programáveis ( CLP ):
• CPU – Unidade de Processamento Central:
• Tabelas e Interfaces de Dados: 
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL – CLP
• Controladores Lógicos Programáveis ( CLP ):
• CPU – Unidade de Processamento Central:
• Tabelas e Interfaces de Dados: 
Tabela de 
Interface de 
Entrada 
Tabela de 
Interface de 
Entrada 
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL – CLP
• Controladores Lógicos Programáveis ( CLP ):
• Módulos de Entrada:
Tem que ser seguros contra destruição das entradas por excesso ou alimentação de tensão 
indevida, e devem possuir filtros de supressão para impulsos parasitários.
• Módulos de Saída:
Devem ser amplificados e possuir proteção contra curto-circuito.
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL – CLP
• Controladores Lógicos Programáveis ( CLP ):
• Módulos Digitais:
São os tipos de sinais mais comuns encontrados em sistemas automatizados com CLP. Nestes 
tipos de interface a informação consiste em um estado binário da variável de controle (ligado ou 
desligado).
Sinais – Padrões Comerciais: 5 Vcc, 12 Vcc, 24 Vcc, 127 Vca e 220 Vca;
• Entradas:
Chaves seletoras, pushbottons, sensores fotoelétricos, chaves de fim de curso, 
sensores de proximidade, chaves sensoras de nível, contatos de partida, contatos de 
relés, etc;
• Saídas:
Relés de controle, solenóides, partida de motores, válvulas, ventiladores, alarmes, 
lâmpadas, sirenes, etc.
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL – CLP
• Controladores Lógicos Programáveis ( CLP ):
• Módulos Digitais – Diagrama Esquemático Elétrico:
Interface para entrada de sinais em 
CA/CC.
Interface para saída de sinais em CA.
Interface para saída de sinais em CC.
Interface para saída de sinais via contato 
de relé.
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL – CLP
• Controladores Lógicos Programáveis ( CLP ):
• Módulos Analógicos:
A diferença básica com relação às entradas e saídas discretas é que aqui mais de um Bit deverá ser 
manipulado, seja paralelamente (todos ao mesmo tempo) ou serialmente (um Bit de cada vez), a fim 
de se controlar a grandeza física do processo em questão.
Sinais – Padrões Comerciais: 
Corrente: 0 a 20 mA, e 4 a 20 mA; 
Tensão: 0 a 1 V, 0 a 5 V, -10 a +10 V, -5 a +5 V, e +1 a +5 V; 
• Entradas:
Transdutores de tensão e corrente, de temperatura, de pressão, de fluxo, 
potenciômetros, encoders absoluto e incremental;• Saídas:
Válvula analógica, acionamento de motores DC, controladores de potência, atuadores 
analógicos, mostradores gráficos, medidores analógicos, acionamento de motor de 
passo, displays de 7 segmentos e alfa-numéricos.
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL – CLP
• Controladores Lógicos Programáveis ( CLP ):
• Módulos Analógicos – Diagrama Esquemático Elétrico:
Interface para entrada de sinais 
analógicos (por corrente).
Interface para saída de sinais analógicos 
(por tensão).
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL – CLP
• Controladores Lógicos Programáveis ( CLP ):
• Módulos de Comunicação:
São responsáveis principalmente pela ligação do CLP com os seus periféricos: terminais de vídeo, 
impressoras, instrumentos digitais e quaisquer instrumentos;
As portas mais comuns são:
• Serial (RS 232) • Paralela (LPT1)
• Ethernet (RJ 45) • Dial Up (RJ 11) - Modem
• FieldBus (SMAR) • Profibus
• HART (SMAR)
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL – CLP
• Controladores Lógicos Programáveis ( CLP ):
• Dispositivos e Linguagens de Programação:
As linguagens de programação permitem aos usuários se comunicar com o CLP através de um 
dispositivo de programação e definir as tarefas que o CLP deve executar.
As linguagens mais usadas são:
• Diagrama de Contatos (Ladder Diagram) – Diagrama de relés cujos símbolos representam 
contatos e saídas.
• Lista de Instruções (Statement List) – Descrição literal do programa, normalmente C/C++ ou 
Delphi. 
A programação de CLPs é realizada através de dispositivos de programação separados que são 
compartilhados por vários CLPs de uma instalação;
Os principais dispositivos de programação são as IHM’s remotas (salas de controle) ou locais 
(portáteis, normalmente notebooks);
Podem ser : off-line (mais comum, o CLP é retirado do processo e atualizado) ou on-line (modelos 
mais raros, permitem ao usuário alterar a programação com a mesma em execução).
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Automação Industrial
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL – CLP
• Controladores Lógicos Programáveis ( CLP ):
• Rack’s:
A base ou rack é responsável pela sustentação mecânica dos elementos que compõem o CLP;
Contém o barramento que faz a conexão elétrica entre eles, no qual estão presentes os sinais de 
dados, endereço e controle necessários para que a CPU e os módulos de entrada/saída possam 
operar.
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL – SISTEMAS SUPERVISÓRIOS
• Sistemas Supervisórios:
• Conceito:
O Supervisório é um software destinado a promover a interface homem/máquina, proporcionando a 
supervisão de um processo através de telas devidamente configuradas. Possui telas que 
representam o processo que podem ser animadas em função das informações recebidas pelo CLP, 
controlador, etc. 
Por exemplo: no acionamento de uma bomba, a representação na tela mudará de cor informando 
que a mesma está ligada; se um determinado nível varia no campo, a representação na tela mudará
informando a alteração de nível. O Supervisório lê e escreve na memória do CLP ou controlador 
para a atualização das telas.
Sistema Supervisório é uma Interface amigável (eficiente e ergonômica), cujo objetivo é permitir a 
supervisão e muitas vezes o comando de determinados pontos de uma planta automatizada.
Os programas de supervisão, também conhecidos como programas para Interface Homem-Máquina 
(IHM), ou programas para controle supervisório e aquisição de dados (SCADA), são escritos de 
modo que se possa configurá-los de forma a cumprir as funções descritas para os sistemas digitais 
de controle distribuído (SDCD):
• Gerência do Sistema;
• Configuração (Building);
• Visualização (Run-time).
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL – SISTEMAS SUPERVISÓRIOS
• Sistemas Supervisórios – Interfaces Homem-Máquinas ( IHM’s ):
• Definições:
A IHM recebe sinais vindos de um CLP e do operador e pode enviar sinais para o CLP atuar nos 
equipamentos instalados na planta.
Em arquiteturas mais modernas, a IHM pode ter o controlador lógico programável incorporado, 
caracterizando uma IHM Inteligente.
A IHM está normalmente instalada em uma estação de trabalho, traduzindo os sinais vindos do CLP
para sinais gráficos, de fácil entendimento.
Porém, quem faz o controle da planta é o CLP, de acordo com a programação feita e com os 
comandos do operador. 
O CLP envia as mensagens para a IHM através de TAG’S, ou seja, mensagens digitais que levam 
consigo informações como o endereço dentro do CLP, para o caso de retorno da informação, e o 
tipo de Tag.
Tags podem ser do tipo “Device”, “DDE” ou “Memory”.
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Automação Industrial
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL – SISTEMAS SUPERVISÓRIOS
• Sistemas Supervisórios – Sinóticos:
• Conceitos e Características:
São conjuntos de telas gráficas e textuais que permitem aos operadores monitoras, controlar e atuar 
sobre os processos industriais automatizados e autônomos. 
Podem ser desenvolvidas em diversos sistemas, desde uma simples imagem desenhada no PAINT 
até sistemas gráficos detalhados e complexos que representam fielmente o processo e que são 
elaborados em plataformas de configuração de sistemas supervisórios, tais como: ELIPSE, VISIO, 
LABVIEW, MATLAB, entre outros.
Aplicativo Studio do Supervisório serve para configurar telas de operação com:
• Diagramas de processo e instrumentos;
• Instrumentos virtuais;
• Botões virtuais para atuar no processo em manual;
• Lista de alarmes;
• Gráficos de tendência real e histórica;
• Login de operadores com senhas.
Todo Studio presente nos Supervisórios possui várias caixas de ferramentas para auxiliar a 
configuração: Geral; Desenho; Cores; Alinhamento; Arranjo.
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Automação Industrial
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL – SISTEMAS SUPERVISÓRIOS
• Sistemas Supervisórios – Sinóticos:
• Studio – Modulo de Confecção de Sinóticos:
Ambiente onde se criam as telas gráficas, isto é, onde se elabora um desenho (sinótico) que será
animado em outro modo operacional.
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Automação Industrial
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL – SISTEMAS SUPERVISÓRIOS
• Sistemas Supervisórios – Sinóticos:
• Studio – Modulo de Confecção de Sinóticos:
Na figura anterior, mostra-se como é feita a confecção de uma tela no Studio.
1. Função para desenhar polígonos na tela;
2. Função para iniciar o Viewer, afim de visualizar e testar a tela que está sendo desenhada;
3. Funções que permitem adicionar botões, check Box,Labels, Caixas suspensas, etc;
4. Funções de edição similares ao do Microsoft Word;
5. Galeria com objetos prontos, tais como: tanques, bombas, tubulação, etc;
6. Janela de propriedades de cada objeto adicionado na tela;
7. Alternância entre o modo de desenho da tela e modo de customização de scripts.
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Automação Industrial
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL – SISTEMAS SUPERVISÓRIOS
• Sistemas Supervisórios – Sinóticos:
• Studio – Modulo de Confecção de Sinóticos:
NEWTON PAIVA – Engenharia Mecânica Eletrotécnica Professor Felipe Lage Tolentino – Pg. 94 – 2010/2º
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Automação Industrial
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL – SISTEMAS 
SUPERVISÓRIOS
• Sistemas Supervisórios – Sinóticos:
• Studio – Biblioteca de Símbolos e Objetos:
Supervisório possui uma biblioteca com vários símbolos estáticos 
e dinâmicos:
• Equipamentos de processo (Bombas, Motores, Válvulas); 
• Instrumentos;
• Botões;
• Indicadores.
Desenhos são colocados na tela e atribuídos Tags.
Objetos, linhas, células podem ser animados em função de 
mudança de status (ligado ou desligado) em função de:
• Cor / Tamanho;
• Piscamento / Visibilidade;
• Posição / Rotação.
NEWTON PAIVA – Engenharia Mecânica Eletrotécnica Professor Felipe Lage Tolentino – Pg. 95 – 2010/2º
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Automação Industrial
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL – SISTEMAS SUPERVISÓRIOS
• Sistemas Supervisórios – Sinóticos:
• Viewer – Modulo de Execução de Sinóticos:
Ambiente onde se mostra a janela animada criada no modo de desenvolvimento e no qual se dará a 
operação integrada com os equipamentos durante a automação em tempo real.
NEWTON PAIVA – Engenharia Mecânica Eletrotécnica Professor Felipe Lage Tolentino – Pg. 96 – 2010/2º
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Automação Industrial
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL – SISTEMAS SUPERVISÓRIOS
• Sistemas Supervisórios – Sinóticos:
• Viewer – Modulo de Execução de Sinóticos:
Na figura anterior, é mostrado como é uma tela de sinótico em “run time”, ou seja, sendo executada 
pelo Viewer.
Note que os botões de desenho e propriedades não são acessíveis ao usuário.
1. Visualização das variáveis do processo industrial.
2. Sumário de alarmes.
3. Representação gráfica do nível do tanque.
4. Situação de trabalho do equipamento.
NEWTON PAIVA – Engenharia Mecânica Eletrotécnica Professor Felipe Lage Tolentino – Pg. 97 – 2010/2º
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Automação Industrial
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL – SISTEMAS SUPERVISÓRIOS
• Sistemas Supervisórios – Alarmes:
• Características:
Os sistemas podem ser configurados para gerar alarmes, ou seja, avisar ao usuário do sistema 
quando uma variável ou condição do processo de produção está fora dos valores previstos.
Os alarmes são mostrados na tela em formato de planilhas e/ou animações na tela.
NEWTON PAIVA – Engenharia Mecânica Eletrotécnica Professor Felipe Lage Tolentino – Pg. 98 – 2010/2º
ELETROTÉCNICA – Unidade 04
Automação Industrial
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL – SISTEMAS SUPERVISÓRIOS
• Sistemas Supervisórios – Alarmes:
• Características:
Na figura anterior, é mostrado como configurar um alarme no Studio.
1. Tipo do alarme digital. Significa que o SSC monitora um ponto que assume apenas dois 
valores.
2. Descrição do alarme. Significa que quando o ponto monitorado estiver em alarme, o SSC 
mostrará a mensagem configurada.
3. Define se o alarme é crítico ao processo de produção.
Na figura abaixo, mostramos como o alarme é mostrado na tela, em “run time”, ou seja, no Viewer.
NEWTON PAIVA – Engenharia Mecânica Eletrotécnica Professor Felipe Lage Tolentino – Pg. 99 – 2010/2º
ELETROTÉCNICA – Unidade 04
Automação Industrial
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL – SISTEMAS SUPERVISÓRIOS
• Sistemas Supervisórios – Alarmes:
• Desvantagem:
A principal questão está no fato de que a grande maioria dos sistemas SCADA não possui 
ferramentas adequadas para o tratamento de grande quantidade de alarmes. 
Os operadores de sistemas, como seres humanos, possuem um limite de processamento de 
mensagens a cada intervalo de tempo. 
Em situações de estresse contínuo ou mesmo de “avalanches”, o excesso de mensagens geradas 
pode fazer com que os operadores passem a desprezá-las.
Nesse contexto, os sistemas de supervisão deveriam fornecer mais ferramentas que pudessem 
auxiliar os operadores nesses momentos, como por exemplo, distinguindo quais as ações são mais 
importantes e devem ter uma resposta mais imediata, e quais têm prioridade mais baixa, por ser 
apenas conseqüência de outros eventos.
NEWTON PAIVA – Engenharia Mecânica Eletrotécnica Professor Felipe Lage Tolentino – Pg. 100 – 2010/2º
ELETROTÉCNICA – Unidade 04
Automação Industrial
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL – SISTEMAS SUPERVISÓRIOS
• Sistemas Supervisórios – Relatórios:
• Características:
Atualmente, os sistemas supervisórios do mercado possuem ferramentas para a geração de 
relatórios na própria estação de trabalho. Os relatórios mais comuns que são utilizados são:
• Relatório de Alarmes: Lista um histórico com os alarmes ocorridos durante uma faixa de 
tempo escolhida pelo operador do sistema.
• Relatório de Acesso: Lista quais foram os usuários que acessaram o SSC ou modificaram 
algum parâmetro do processo.
• Relatório de Variáveis: Lista a alteração de variáveis ao decorrer do tempo/lote/período.
Os relatórios dependem da imaginação do desenvolvedor e das necessidades do cliente. 
Lógico que deve se observar as limitações de cada sistema para a geração de relatórios. 
Geralmente não são executados relatórios “pesados” (com muitos cálculos e relacionamentos) 
dentro do supervisório, pois podem afetar drasticamente o desempenho do sistema (que geralmente 
é vital para o processo industrial). 
Relatórios complexos devem ser processados por outros sistemas de informação.
NEWTON PAIVA – Engenharia Mecânica Eletrotécnica Professor Felipe Lage Tolentino – Pg. 101 – 2010/2º
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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL – SISTEMAS SUPERVISÓRIOS
• Sistemas Supervisórios – Relatórios:
• Características:
NEWTON PAIVA – Engenharia Mecânica Eletrotécnica Professor Felipe Lage Tolentino – Pg. 102 – 2010/2º
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Automação Industrial
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL – SISTEMAS SUPERVISÓRIOS
• Sistemas Supervisórios – Gráficos Históricos:
• Características:
Uma das mais interessantes funcionalidades dos sistema é a possibilidade de geração de gráficos 
históricos.
Gráficos históricos ajudam a avaliar valores de variáveis ao longo do tempo de forma rápida.
Na figura abaixo, mostramos um exemplo de gráfico histórico visualizado em run time.