Automação e Instrumentação Industrial unid I ED Engenharia Mecânica

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Automação e 
Instrumentação Industrial
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permissão escrita da Universidade Paulista.
Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP)
Z13 Zacariotto, William Antonio
Informática: Tecnologias Aplicadas à Educação. / William 
Antonio Zacariotto - São Paulo: Editora Sol.
il.
Nota: este volume está publicado nos Cadernos de Estudos e 
Pesquisas da UNIP, Série Didática, ano XVII, n. 2-006/11, ISSN 1517-9230.
1.Informática e tecnologia educacional 2.Informática I.Título
681.3
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Prof. Dr. João Carlos Di Genio
Reitor
Prof. Fábio Romeu de Carvalho
Vice-Reitor de Planejamento, Administração e Finanças
Profa. Melânia Dalla Torre
Vice-Reitora de Unidades Universitárias
Prof. Dr. Yugo Okida
Vice-Reitor de Pós-Graduação e Pesquisa
Profa. Dra. Marília Ancona-Lopez
Vice-Reitora de Graduação
Unip Interativa – EaD
Profa. Elisabete Brihy 
Prof. Marcelo Souza
Prof. Dr. Luiz Felipe Scabar
Prof. Ivan Daliberto Frugoli
 Material Didático – EaD
 Comissão editorial: 
 Dra. Angélica L. Carlini (UNIP)
 Dra. Divane Alves da Silva (UNIP)
 Dr. Ivan Dias da Motta (CESUMAR)
 Dra. Kátia Mosorov Alonso (UFMT)
 Dra. Valéria de Carvalho (UNIP)
 Apoio:
 Profa. Cláudia Regina Baptista – EaD
 Profa. Betisa Malaman – Comissão de Qualificação e Avaliação de Cursos
 Projeto gráfico:
 Prof. Alexandre Ponzetto
 Revisão:
 Janandréa do Espírito Santo
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Sumário
Automação e Instrumentação Industrial
Unidade I
1 HISTÓRICO .......................................................................................................................................................... 13
1.1 Automação e mão de obra ............................................................................................................... 14
1.2 Automação e controle ........................................................................................................................ 14
1.3 Automação e eletrônica .................................................................................................................... 15
1.4 Graus de automação ........................................................................................................................... 16
1.5 Ferramentas manuais ......................................................................................................................... 16
1.6 Ferramentas acionadas ...................................................................................................................... 16
1.7 Quantificação da energia .................................................................................................................. 16
1.8 Controle programado ......................................................................................................................... 16
1.8.1 Controle com realimentação negativa ........................................................................................... 17
1.8.2 Controle da máquina com cálculo................................................................................................... 17
1.8.3 Controle lógico da máquina ............................................................................................................... 17
1.8.4 Controle adaptativo ............................................................................................................................... 17
1.8.5 Controle indutivo .................................................................................................................................... 18
1.9 Máquina criativa ................................................................................................................................... 18
1.10 Aprendendo pela máquina ............................................................................................................. 18
1.11 Sistemas de automação ................................................................................................................... 18
1.12 Máquina com controle numérico ............................................................................................... 19
1.13 Controlador lógico programável ................................................................................................. 19
1.14 Sistema de armazenagem e recuperação de dados ............................................................ 20
1.15 Robótica ................................................................................................................................................ 20
1.16 Sistema de manufatura flexível ................................................................................................... 20
1.17 Introdução à teoria de controle e de medição ...................................................................... 20
1.17.1 Vantagens do controle ....................................................................................................................... 21
1.17.2 Qualidade do produto ........................................................................................................................ 22
1.17.3 Quantidade do produto ..................................................................................................................... 22
1.17.4 Economia do processo ....................................................................................................................... 23
1.17.5 Ecologia .................................................................................................................................................... 23
1.17.6 Segurança da planta ........................................................................................................................... 23
1.17.7 Proteção do processo ......................................................................................................................... 23
1.17.8 Tipos de controle .................................................................................................................................. 24
1.17.9 Controle manual ................................................................................................................................... 24
1.17.10 Controle com feedback ............................................................................................................... 25
1.17.11 Controle com servomecanismo .................................................................................................... 27
1.18 Sistemas de controle ........................................................................................................................ 30
1.18.1 Introdução ............................................................................................................................................... 30
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1.18.2 Controle de temperatura................................................................................................................... 31
1.19 Terminologia ........................................................................................................................................33
1.20 Exemplos de sistemas controlados ............................................................................................. 34
1.20.1 Aquecimento central de água ......................................................................................................... 34
1.20.2 Célula de manufatura......................................................................................................................... 34
1.20.3 Portão eletrônico .................................................................................................................................. 35
1.20.4 Umedecer fios ........................................................................................................................................ 36
1.20.5 Umidificador de ambiente ................................................................................................................ 37
1.20.6 Lubrificação de chapas metálicas .................................................................................................. 38
1.20.7 Controle da caixa d’água em prédios........................................................................................... 39
1.20.8 Enchedora................................................................................................................................................ 40
1.20.9 Processo de soldagem mig/mag..................................................................................................... 41
1.20.10 Sistema de ignição eletrônica em um veículo automotor ............................................... 41
1.20.11 Operação contínua para um forno industrial ......................................................................... 43
1.20.12 Bombeamento de água ................................................................................................................... 44
1.20.13 Transportador e selador de caixas .............................................................................................. 44
1.20.14 Distribuição de sacaria para paletização ................................................................................. 45
2 MALHAS DE CONTROLE ................................................................................................................................ 46
2.1 Malha de controle ................................................................................................................................ 46
2.1.1 Instrumentos da malha ........................................................................................................................ 46
2.1.2 Elemento sensor ...................................................................................................................................... 47
2.1.3 Transmissor ................................................................................................................................................ 47
2.1.4 Transdutor i/p ........................................................................................................................................... 48
2.1.5 Controlador ............................................................................................................................................... 48
2.1.6 Válvula de controle ................................................................................................................................ 49
2.2 Malha aberta .......................................................................................................................................... 50
2.2.1 Indicação e registro ................................................................................................................................ 50
2.2.2 Controle manual ..................................................................................................................................... 51
2.2.3 Controle programado ............................................................................................................................ 51
2.3 Malha fechada ....................................................................................................................................... 52
2.3.1 Realimentação ......................................................................................................................................... 52
2.3.2 Realimentação positiva ........................................................................................................................ 52
2.3.3 Realimentação negativa ...................................................................................................................... 53
2.4 Estabilidade da malha ........................................................................................................................ 55
2.4.1 Curva de reação ao degrau ................................................................................................................. 56
2.4.2 Critérios de estabilidade ....................................................................................................................... 57
2.4.3 Função de transferência....................................................................................................................... 57
2.4.4 Ganho .......................................................................................................................................................... 58
2.4.5 Banda proporcional................................................................................................................................ 60
2.4.6 Ângulo de fase ......................................................................................................................................... 62
2.4.7 Oscilação .................................................................................................................................................... 63
2.4.8 Saturação ................................................................................................................................................... 63
2.4.9 Amortecimento ........................................................................................................................................ 64
2.4.10 Condições de estabilidade ................................................................................................................ 65
3 ALGORITMOS DE CONTROLE AVANÇADO .............................................................................................. 67
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3.1 O que é controle? ................................................................................................................................. 67
3.2 LÓGICA FUZZY ....................................................................................................................................... 83
3.3 Modelagem e controle com redes neurais artificiais (RNAs) .............................................. 91
3.4 CONTROLE PREDITIVO .......................................................................................................................101
4 GRAFCET ...........................................................................................................................................................106
4.1 Parte operativa – parte comando ................................................................................................108
4.2 Introdução ao caderno de encargos da parte comando ....................................................110
4.2.1 Nível 1 – Especificações funcionais............................................................................................... 110
4.2.2 Nível 2 – Especificações tecnológicas .......................................................................................... 1104.3 Necessidade de um instrumento de representação .............................................................111
4.4 Exemplo introdutório: prensa de compressão de matéria pulverulenta .....................112
4.4.1 Separação: parte operativa – parte comando .......................................................................... 112
4.4.2 Funcionamento geral do sistema ................................................................................................... 112
4.4.3 Estudo da parte de comando ...........................................................................................................113
4.4.4 Passagem ao nível 2 ............................................................................................................................115
4.5 Os elementos do GRAFCET..............................................................................................................117
4.5.1 Etapas ........................................................................................................................................................118
4.5.2 Transições .................................................................................................................................................119
4.5.3 Ligações orientadas ............................................................................................................................ 120
4.6 Regras de evolução ............................................................................................................................121
4.7 Representação de sequências múltiplas ...................................................................................123
4.7.1 As agulhagens: escolha condicional entre várias sequências ........................................... 123
4.7.2 Sequências simultâneas .................................................................................................................... 127
Unidade II
5 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS ...................................................................................128
5.1 Programação ladder digital ............................................................................................................131
5.2 Temporizadores ...................................................................................................................................132
5.3 Contadores instruções de arquivos .............................................................................................138
6 REPRESENTAÇÃO DE SISTEMAS DE CONTROLE ................................................................................141
7 INTEGRAÇÃO DE CÉLULAS DE MANUFATURA ...................................................................................175
7.1 SISTEMAS AUTOMATIZADOS – CONCEITOS E DEFINIÇÕES ................................................177
8 INTRODUÇÃO A SISTEMAS SUPERVISÓRIOS ......................................................................................180
8.1 Componentes físicos de um sistema de supervisão .............................................................181
8.2 Componentes lógicos de um sistema scada ...........................................................................182
8.3 Modos de comunicação ...................................................................................................................184
8.4 Sistemas de Controle Supervisório – SPC (Set Point Control) .........................................185
8.5 Sistemas de Controle Digital Direto - DDC (Direct Digital Control) ..............................187
8.6 Sistemas Digitais de Controle Distribuído - SDCD ...............................................................187
8.7 Comparação entre Sistemas Convencionais e SDCD ...........................................................190
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I - OBJETIVO
O objetivo desta unidade é apresentar o conteúdo referente aos conhecimentos teóricos e práticos de 
sistemas de controle aplicados a processos físicos (mecânicos, elétricos, químicos). Fornecer subsídios da 
tecnologia de controle de processos utilizada no meio industrial, conhecer a aplicação das ferramentas 
da teoria de controle clássico para ajustar e otimizar parâmetros de controladores analógicos e digitais 
e conhecer a configuração de sistemas supervisórios de controle de processos.
II - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Bibliografia básica
GEORGINI, M. Automação aplicada: descrição e implementação de sistemas sequenciais com CLPs. 9. 
ed. São Paulo: Editora Érica, 2011, 240p.
ROSÁRIO, J. M. Automação industrial. São Paulo: Editora Baraúna, 2009, 515p.
ROSÁRIO, J. M. Princípios de mecatrônica. São Paulo: Editora Pearson Brasil, 2005, 368p.
Bibliografia complementar
OGATA, K. Engenharia de controle moderno. 5. ed. São Paulo: Editora Pearson Brasil, 2011, 824p.
GROOVER, M. P. Automação industrial e sistemas de manufatura. 3. ed. São Paulo: Editora Pearson 
Brasil, 2011, 581p.
ROSÁRIO, J. M. Robótica industrial I: modelagem, utilização e programação. São Paulo: Editora 
Baraúna, 2010, 494p.
SANTOS, D. S. M. Redes de comunicação automotiva: características, tecnologias e aplicações. São 
Paulo: Editora Érica, 2010, 224p.
ROMANO, V. P. Robótica industrial: aplicações na indústria de manufatura e processos. São Paulo: 
Editora Edgard Blucher, 2002, 280p.
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AutomAção e InstrumentAção IndustrIAl
Unidade I
1 HISTÓRICO
Automação é a substituição do trabalho humano ou animal por máquina. Automação é a operação 
de máquina ou de sistema automaticamente ou por controle remoto, com a mínima interferência do 
operador humano. Automação é o controle de processos automáticos. Automático significa ter um 
mecanismo de atuação própria, que faça uma ação requerida em tempo determinado ou em resposta 
a certas condições.
O conceito de automação varia com o ambiente e a experiência da pessoa envolvida. São exemplos 
de automação:
1. para as tarefas domésticas, a máquina de lavar roupa ou de lavar louça;
2. para um empregado da indústria automobilística, pode ser um robô;
3. para uma pessoa comum, pode ser a capacidade de tirar dinheiro do caixa eletrônico.
O conceito de automação inclui a ideia de usar a potência elétrica ou mecânica para acionar algum 
tipo de máquina. Deve acrescentar à máquina algum tipo de inteligência para que ela execute sua tarefa 
de modo mais eficiente e com vantagens econômicas e de segurança.
Como vantagens, a máquina:
1. nunca reclama;
2. nunca entra em greve;
3. não pede aumento de salário;
4. não precisa de férias;
5. não requer mordomias.
Como nada é perfeito, a máquina tem as seguintes limitações:
1. capacidade limitada de tomar decisões;
2. deve ser programada ou ajustada para controlar sua operação nas condições especificadas;
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Unidade I
3. necessita de calibração periódica para garantir sua exatidão nominal;
4. requer manutenção eventual para assegurar que sua precisão nominal não se degrade.
1.1 Automação e mão de obra
Com o advento do circuito integrado (1960) e do microprocessador (1970), a quantidade deinteligência que pode ser embutida em uma máquina a um custo razoável tornou-se enorme. O número 
de tarefas complexas que podem ser feitas automaticamente cresceu várias vezes.
Atualmente, pode-se direcionar o computador pessoal (PC) para fazer tarefas simples e complicadas 
de modo econômico.
A automação pode reduzir a mão de obra empregada, porém, ela também ainda requer operadores. 
Em vez de fazer a tarefa diretamente, o operador controla a máquina que faz a tarefa. Assim, quem faz 
a tarefa doméstica deve aprender a carregar a máquina de lavar roupa ou louça e deve conhecer suas 
limitações. Operar a máquina de lavar roupa pode inicialmente parecer mais difícil que lavar a roupa 
diretamente. Do mesmo modo, o operador de uma furadeira automática na indústria automobilística 
deve ser treinado para usar a máquina com controle numérico que faz o furo realmente. A linha de 
montagem com robôs requer operadores para monitorar o desempenho desses robôs. Quem tira o 
dinheiro do caixa eletrônico deve possuir um cartão apropriado, decorar uma determinada senha e 
executar uma série de comandos no teclado ou na tela de toque.
Muitas pessoas pensam e temem que a automação signifique perda de empregos, quando pode 
ocorrer o contrário. De fato, falta de automação coloca muita gente para trabalhar. Porém, empresas 
sem automação não podem competir economicamente com outras por causa de sua baixa produtividade 
devida à falta de automação, por isso elas são forçadas a demitir ou mesmo a encerrar suas atividades. 
Assim, automação pode significar ganho e estabilidade no emprego por causa do aumento da 
produtividade, eficiência e economia.
Muitas aplicações de automação não envolvem a substituição de pessoas porque a função ainda não 
existia antes ou é impossível de ser feita manualmente. Pode-se economizar muito dinheiro anualmente, 
monitorando e controlando a concentração de oxigênio dos gases queimados em caldeiras e garantindo um 
consumo mais eficiente de combustível. Pode-se colocar um sistema automático para recuperar alguma 
substância de gases jogados para atmosfera, diminuindo os custos e evitando a poluição do ar ambiente.
1.2 Automação e controle
A automação está intimamente ligada à instrumentação. Os diferentes instrumentos são usados 
para realizar a automação.
Historicamente, o primeiro termo usado foi o de controle automático de processo. Foram usados 
instrumentos com as funções de medir, transmitir, comparar e atuar no processo para se conseguir um 
produto desejado, com pequena ou nenhuma ajuda humana. Isto é, controle automático.
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AutomAção e InstrumentAção IndustrIAl
Com o aumento da complexidade dos processos, tamanho das plantas, exigências de produtividade, 
segurança e proteção do meio ambiente, além do controle automático do processo, apareceu a 
necessidade de monitorar o controle automático.
A partir deste novo nível de instrumentos, com funções de monitoração, alarme e intertravamento é 
que apareceu o termo automação. As funções predominantes neste nível são as de detecção, comparação, 
alarme e atuação lógica.
Por isso, para o autor, principalmente para a preparação de seus cursos e divisão de assuntos, tem-
se o controle automático aplicado a processo contínuo, com predominância de medição, controle PID 
(Proporcional, Integral e Derivativo). O sistema de controle aplicado é o Sistema Digital de Controle 
Distribuído (SDCD), dedicado a grandes plantas ou o controlador single loop, para aplicações simples e 
com poucas malhas.
Tem-se a automação associada ao controle automático, para fazer sua monitoração, incluindo 
as tarefas de alarme e intertravamento. A automação é também aplicada a processos discretos e de 
batelada, em que há muita operação lógica de ligar e desligar e o controle sequencial. O sistema de 
controle aplicado é o Controlador Lógico Programável (CLP).
Assim: controle automático e automação podem ter o mesmo significado ou podem ser diferentes, 
o controle regulatório se aplica a processos contínuos e a automação se aplica a operações lógicas, 
sequenciais de alarme e intertravamento.
1.3 Automação e eletrônica
Na década de 1970, era clássica a comparação entre as instrumentações eletrônica e pneumática. 
Hoje, às vésperas do ano 2000, há a predominância da eletrônica microprocessada.
Os sensores que medem o valor ou estado de variáveis importantes em um sistema de controle 
são as entradas do sistema, mas o coração do sistema é o controlador eletrônico microprocessado. 
Muitos sistemas de automação só se tornaram possíveis por causa dos recentes e grandes avanços na 
eletrônica. Sistemas de controle que não eram práticos há cinco anos por causa de custo hoje se tornam 
obsoletos por causa do rápido avanço da tecnologia.
A chave do sucesso da automação é o uso da eletrônica microprocessada, que pode fornecer 
sistemas eletrônicos programáveis. Por exemplo, a indústria aeronáutica constrói seus aviões comerciais 
em uma linha de montagem, mas personaliza o interior da cabine por meio de simples troca de um 
programa de computador. A indústria automobilística usa robôs para soldar pontos e fazer furos na 
estrutura do carro. A posição dos pontos de solda, o diâmetro e a profundidade dos furos e todas as 
outras especificações podem ser alteradas com a simples mudança do programa do computador. Como 
o programa do computador é armazenado em um chip de memória, a alteração de linhas do programa 
neste chip pode requerer somente alguns minutos. Mesmo quando se tem que reescrever o programa, o 
tempo e o custo envolvidos são muitas vezes menores que o tempo e custo para alterar as ferramentas.
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Unidade I
1.4 Graus de automação
A história da humanidade é um longo processo de redução do esforço humano requerido para 
fazer trabalho. A sua preguiça é responsável pelo progresso e o aparecimento da automação. Podem-se 
classificar os graus de automação industrial em várias fases.
1.5 Ferramentas manuais
O primeiro progresso do homem da caverna foi usar uma ferramenta manual para substituir suas 
mãos. Esta ferramenta não substituiu o esforço humano, mas tornou este esforço mais conveniente. 
Exemplos de ferramentas: pá, serra, martelo, machado, enxada.
Como não há máquina envolvida, considera-se que este nível não possui nenhuma automação.
Na indústria, este nível significa alimentar manualmente um reator, moendo sólidos, despejando 
líquidos de containers, misturando com espátula, aquecendo com a abertura manual de válvula de vapor.
1.6 Ferramentas acionadas
O próximo passo histórico foi energizar as ferramentas manuais. A energia foi suprida através de 
vapor d’água, eletricidade e ar comprimido. Este degrau foi chamado de Revolução Industrial. A serra se 
tornou elétrica, o martelo ficou hidráulico.
Na indústria, usa-se um motor elétrico para acionar o agitador, a alimentação é feita por uma 
bomba, o aquecimento é feito por vapor ou por eletricidade.
1.7 Quantificação da energia
Com a energia fornecida para acionar as ferramentas, o passo seguinte foi quantificar esta energia. 
Um micrômetro associado à serra indica quanto deve ser cortado. A medição torna-se parte do processo, 
embora ainda seja fornecido para o operador tomar a decisão.
Na indústria, este nível significa colocar um medidor de quantidade na bomba para indicar quanto 
foi adicionado ao reator. Significa também colocar um cronômetro para medir o tempo de agitação, um 
termômetro para indicar o fim da reação. As variáveis indicadas ao operador ajudavam-no a determinar 
o status do processo.
1.8 Controle programadoA máquina foi programada para fazer uma série de operações, resultando em uma peça acabada. As 
operações são automáticas e expandidas para incluir outras funções. A máquina segue um programa 
predeterminado em realimentação da informação. O operador deve observar a máquina para ver se tudo 
funciona bem.
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AutomAção e InstrumentAção IndustrIAl
Na planta química, uma chave foi adicionada no medidor de vazão para gerar um sinal para desligar 
a bomba quando uma determinada quantidade for adicionada. Um alarme foi colocado no cronômetro 
para avisar que o tempo da batelada foi atingido.
1.8.1 Controle com realimentação negativa
O próximo passo desenvolve um sistema que usa a medição para corrigir a máquina. A definição de 
automação de Ford se refere a este nível.
Na indústria química, o controle da realimentação negativa é o começo do controle automático. 
A temperatura é usada para controlar a válvula que manipula o vapor. O regulador de vazão ajusta a 
quantidade adicionada no reator, baseando-se na medição da vazão.
1.8.2 Controle da máquina com cálculo
Em vez de realimentar uma medição simples, este grau de automação utiliza um cálculo da medição 
para fornecer um sinal de controle.
Na planta química, os cálculos se baseiam no algoritmo PID, em que o sinal de saída do controlador é 
uma função combinada de ações proporcional, integral e derivativa. Este é o primeiro nível de automação 
disponível pelo computador digital.
1.8.3 Controle lógico da máquina
O sistema de telefone com dial é um exemplo de máquina lógica: Quando se tecla o telefone, geram-
se pulsos que lançam chaves que fazem a ligação desejada. Caminhos alternativos são selecionados por 
uma série programada de passos lógicos.
O sistema de segurança e desligamento da planta química usa controle lógico. Um conjunto de 
condições inseguras dispara circuitos para desligar bombas, fechar válvula de vapor ou desligar toda a 
planta, dependendo da gravidade da emergência.
1.8.4 Controle adaptativo
No controle adaptativo, a máquina aprende a corrigir seus sinais de controle, adequando-se às 
condições variáveis. Uma versão simples deste nível é o sistema de aquecimento de um edifício que 
adapta sua reposta ao termostato a um programa baseado nas medições da temperatura externa.
O controle adaptativo tornou-se acessível pelo desenvolvimento de sistemas digitais. Um exemplo 
de controle adaptativo na indústria química é o compressor de nitrogênio e oxigênio para fabricação 
de amônia. A eficiência do compressor varia com a temperatura e pressão dos gases e das condições do 
ambiente. O controlador adaptativo procura o ponto ótimo de trabalho e determina se o compressor 
está em seu objetivo através do índice de desempenho. Para isso, usa- se a tecnologia avançada do 
computador mais a tecnologia de instrumentos de análise em linha.
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1.8.5 Controle indutivo
A máquina indutiva rastreia a resposta de sua ação e revisa sua estratégia, baseando-se nesta 
resposta. Para fazer isso, o controlador indutivo usa programa heurístico. Na planta química, o sistema 
usa um método e o avalia, muda uma variável de acordo com um programa e o avalia de novo. Se 
este índice de desempenho tem melhorado, ele continua no mesmo sentido; se a qualidade piorou, ele 
inverte o sentido. A quantidade de ajuste varia com seu desvio do ponto ideal. Depois que uma variável 
é ajustada, o sistema vai para a próxima. O sistema continua a induzir as melhores condições na planta. 
Uma aplicação típica deste sistema é no controle de fornalha de etileno.
1.9 Máquina criativa
A máquina criativa projeta circuitos ou produtos nunca antes projetados. Exemplo é um programa 
de composição de música. A máquina criativa procura soluções que seu programado não pode prever.
Na planta química, é o teste de catalisador. O sistema varia composição, pressão e temperatura em 
determinada faixa, calcula o valor do produto e muda o programa na direção de aumentar o valor.
1.10 Aprendendo pela máquina
Neste nível, a máquina ensina o homem. O conhecimento passa na forma de informação. A máquina 
pode ensinar matemática ou experiência em um laboratório imaginário, com o estudante seguindo as 
instruções fornecidas pela máquina. Se os estudantes cometem muitos erros porque não estudaram a 
lição, a máquina os faz voltar e estudar mais antes de ir para a próxima lição.
Assim, todos os graus de automação são disponíveis hoje, para ajudar na transferência de tarefas 
difíceis para a máquina e no alívio de fazer tarefas repetitivas e enfadonhas. Fazendo isso, a máquina 
aumenta a produtividade, melhora a qualidade do produto, torna a operação segura e reduz o impacto 
ambiental.
1.11 Sistemas de automação
A aplicação de automação eletrônica nos processos industriais resultou em vários tipos de sistemas, 
que podem ser geralmente classificados como:
1. máquinas com controle numérico;
2. controlador lógico programável;
3. sistema automático de armazenagem e recuperação;
4. robótica;
5. sistemas flexíveis de manufatura.
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1.12 Máquina com controle numérico
Uma máquina ferramenta é uma ferramenta ou conjunto de ferramentas acionadas por potência 
para remover material por furo, acabamento, modelagem ou para inserir peças em um conjunto.
Uma máquina ferramenta pode ser controlada por algum dos seguintes modos:
1. controle contínuo da trajetória da ferramenta, onde o trabalho é contínuo ou quase contínuo no 
processo;
2. controle ponto a ponto da trajetória da ferramenta, onde o trabalho é feito somente em pontos 
discretos do conjunto.
Em qualquer caso, as três coordenadas (x, y, z ou comprimento, largura e profundidade) devem ser 
especificadas para posicionar a ferramenta no local correto. Programas de computador existem para 
calcular a coordenada e produzir furos em papel ou fita magnética que contém os dados numéricos 
realmente usados para controlar a máquina.
A produtividade com controle numérico pode triplicar. No controle numérico, exige-se pouca 
habilidade do operador e um único operador pode supervisionar mais de uma máquina.
Se em vez de usar uma fita para controlar a máquina é usado um computador dedicado, então o 
sistema é tecnicamente chamado de máquina Controlada Numericamente com Computador (CNC). Um 
centro com CNC pode selecionar de uma até vinte ferramentas e fazer várias operações diferentes, como 
furar, tapar, fresar, encaixar. Se o computador é usado para controlar mais de uma máquina, o sistema 
é chamado de máquina Controlada Numericamente e Diretamente.
A vantagem deste enfoque é a habilidade de integrar a produção de várias máquinas em um controle global 
de uma linha de montagem. A desvantagem é a dependência de várias máquinas sob um único computador.
1.13 Controlador lógico programável
O controlador lógico programável é um equipamento eletrônico, digital, microprocessado, que pode:
1. controlar um processo ou uma máquina;
2. ser programado ou reprogramado rapidamente e quando necessário;
3. ter memória para guardar o programa.
O programa é inserido no controlador através de microcomputador, teclado numérico portátil ou 
programador dedicado. O controlador lógico programável varia na complexidade da operação que eles 
podem controlar, mas podem ser interfaceados com microcomputador e operados como um DNC para 
aumentar sua flexibilidade.Por outro lado, eles são relativamente baratos, fáceis de projetar e instalar.
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Unidade I
1.14 Sistema de armazenagem e recuperação de dados
Atividades de armazenar e guardar peças são centralizadas em torno de inventário de peças ou 
materiais para posteriormente serem usadas, embaladas ou despachadas. Em sistemas automáticos, 
um computador remoto controla empilhadeiras e prateleiras para receber, armazenar e recuperar itens 
de almoxarifado. O controle da relação é exato e os itens podem ser usados ou despachados de acordo 
com os dados recebidos. Os restaurantes da cadeia McDonald’s têm um dispensa automática para 
armazenar batatas fritas congeladas. Uma cadeia de supermercado como a Makro usa um almoxarifado 
automatizado para a guarda e distribuição automática de itens.
1.15 Robótica
Um robô é um dispositivo controlado por computador capaz de se movimentar em uma ou mais 
direções, fazendo uma sequência de operações. Uma máquina CNC pode ser considerada um robô, mas 
usualmente o uso do termo robô é restrito aos dispositivos que tenham movimentos parecidos com os 
dos humanos, principalmente os de braço e mão.
As tarefas que os robôs fazem podem ser tarefas de usinagem, como furar, soldar, pegar e colocar, 
montar, inspecionar e pintar. Os primeiros robôs eram grandes, hoje eles podem ser pequeníssimos.
Quando uma tarefa é relativamente simples, repetitiva ou perigosa para um humano, então o robô 
pode ser uma escolha apropriada. Os robôs estão aumentando em inteligência com a adição dos sentidos 
de visão e audição e isto permite tarefas mais complexas a serem executadas por eles.
1.16 Sistema de manufatura flexível
A incorporação de máquinas NC, robótica e computadores em uma linha de montagem automatizada 
resulta no que é chamado sistema de manufatura flexível. Ele é considerado flexível por causa das 
muitas mudanças que podem ser feitas com relativamente pouco investimento de tempo e dinheiro. Em 
sua forma final, matéria-prima entra em um lado e o produto acabado sai do almoxarifado em outro 
lado, pronto para embarque sem intervenção humana. Hoje isto existe somente em conceito, embora 
grandes partes deste sistema já existam.
1.17 Introdução à teoria de controle e de medição
Controlar um processo industrial é manter a variável controlada em uma das três seguintes condições:
1. sempre igual ao ponto de ajuste, que é o valor desejado;
2. próximo ao ponto de ajuste;
3. oscilando constantemente em torno do ponto de ajuste.
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AutomAção e InstrumentAção IndustrIAl
O que determina a condição são as ações de controle envolvidas. Controle automático é quando 
não há intervenção do operador (ou há a mínima intervenção do operador). O controle pode ser 
opcionalmente manual quando o operador atua manualmente no processo.
Todo controle envolve uma medição. O controle é sempre tão bom quanto a medição. Monitorar um 
processo é acompanhar os valores das variáveis, porém, sem condição de atuar em linha, para fazer as 
devidas correções.
Alarmar um processo é colocar dispositivos para chamar a atenção do operador quando a variável 
controlada igualar ou ultrapassar determinados valores pré-determinados. O alarme pode incluir o 
intertravamento quando, além de chamar a atenção do operador, atua no processo, desligando ou 
ligando algum equipamento para manter o processo sempre seguro.
Automatizar um processo é integrar e coordenar todas as funções de medição, controle, alarme, 
intertravamento e monitoração. Controle automático não é automação. O controle automático é uma 
das várias camadas da automação.
1.17.1 Vantagens do controle
As principais vantagens do controle automático estão relacionadas com a qualidade e a quantidade 
dos produtos fabricados com segurança e sem subprodutos nocivos. Há muitas outras vantagens. O 
controle automático possibilita a existência de processos extremamente complexos, impossíveis de 
existirem apenas com o controle manual. Um processo industrial típico envolve centenas e até milhares 
de sensores e de elementos finais de controle que devem ser operados e coordenados continuamente.
Como vantagens, o instrumento de medição e controle:
1. não fica aborrecido ou nervoso;
2. não fica distraído ou atraído por pessoas bonitas;
3. não assiste a um jogo de futebol na televisão nem o escuta pelo rádio;
4. não faz pausa para almoçar ou ir ao banheiro;
5. não fica cansado de trabalhar;
6. não tem problemas emocionais;
7. não abusa de seu corpo ou mente;
8. não tem sono;
9. não folga no fim de semana ou feriado;
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10. não sai de férias;
11. não reivindica aumento de salário.
Porém, o instrumento:
1. sempre apresenta erro de medição;
2. opera adequadamente somente quando estiver nas condições previstas pelo fabricante;
3. requer calibrações periódicas para se manter exato e as incertezas dos padrões de calibração 
podem afetar suas medições;
4. requer manutenção preventiva ou corretiva para que sua precisão se mantenha dentro dos limites 
estabelecidos pelo fabricante e se essa manutenção não for correta, ele se degrada ao longo do 
tempo;
5. é provável que algum dia ele falhe e pela lei de Murphy, esta falha geralmente acontece na pior 
hora possível e pode acarretar grandes complicações.
1.17.2 Qualidade do produto
A maioria dos produtos industriais é fabricada para satisfazer determinadas propriedades físicas 
e químicas. Quanto melhor a qualidade do produto, menores devem ser as tolerâncias de suas 
propriedades. Quanto menor a tolerância, maior a necessidade dos instrumentos para a medição e o 
controle automático. O controle automático garante a pequena variabilidade do processo.
Os fabricantes executam testes físicos e químicos em todos os produtos feitos ou pelo menos 
em amostras representativas tomadas aleatoriamente das linhas de produção para verificar se as 
especificações estabelecidas foram atingidas pela produção. Para isso, são usados instrumentos tais como 
densitômetros, viscosímetros, espectrômetros de massa, analisadores de infravermelho, cromatógrafos 
e outros. Os instrumentos possibilitam a verificação, a garantia e a repetitividade da qualidade dos 
produtos.
Atualmente, o conjunto de normas ISO 9000 exige que os instrumentos que impactam a qualidade 
do produto tenham um sistema de monitoração, em que estão incluídas a manutenção e calibração 
documentada deles.
1.17.3 Quantidade do produto
As quantidades das matérias-primas, dos produtos finais e das utilidades devem ser medidas e 
controladas para fins de balanço do custo e do rendimento do processo. Também é frequente a medição 
de produtos para venda e compra entre plantas diferentes.
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Os instrumentos de indicação, registro e totalização da vazão e do nível fazem a aquisição confiável 
dos dados através das medições de modo contínuo e preciso.
Os instrumentos asseguram a quantidade desejada das substâncias. Os instrumentos utilizados 
para mostrar as quantidades transferidas em compra e venda são chamados de instrumentos para 
transferência de custódia. As variáveis típicas de quantidade são a vazão e o nível.
1.17.4 Economia do processo
O controle automático economiza a energia,pois elimina o superaquecimento de fornos, de 
fornalhas e de secadores. O controle de calor está baseado geralmente na medição de temperatura e 
não existe nenhum operador humano que consiga sentir a temperatura com a precisão e a sensitividade 
do termopar ou da resistência. Os instrumentos garantem a conservação da energia e a economia da 
sua utilização.
1.17.5 Ecologia
Na maioria dos processos, os produtos que não são aproveitáveis e devem ser jogados fora são 
prejudiciais às vidas animal e vegetal. A fim de evitar este resultado nocivo, devem ser adicionados 
agentes corretivos para neutralizar estes efeitos. Pela medição do pH dos efluentes, pode-se economizar 
a quantidade do agente corretivo a ser usado e pode-se assegurar que o efluente esteja não agressivo. 
Os instrumentos garantem efluentes limpos e inofensivos.
1.17.6 Segurança da planta
Muitas plantas possuem uma ou várias áreas em que podem estar vários perigos, tais como o fogo, 
a explosão, a liberação de produtos tóxicos. Haverá problema, a não ser que sejam tomados cuidados 
especiais na observação e no controle destes fenômenos.
Hoje são disponíveis instrumentos que podem detectar a presença de concentrações perigosas de 
gases e vapores e o aparecimento de chama em unidades de combustão. Os instrumentos protegem 
equipamentos e vidas humanas.
1.17.7 Proteção do processo
O processo deve ter alarme e proteção associados ao sistema de medição e controle. O alarme é 
realizado através das mudanças de contatos elétricos, monitoradas pelos valores máximos e mínimos das 
variáveis do processo. Os contatos dos alarmes podem atuar (ligar ou desligar) equipamentos elétricos, 
dispositivos sonoros e luminosos.
Os alarmes podem ser do valor absoluto do sinal, do desvio entre um sinal e uma referência fixa e da 
diferença entre dois sinais variáveis. É útil o uso do sistema de desligamento automático ou de trip do 
processo. Deve-se proteger o processo através de um sistema lógico e sequencial que sinta as variáveis 
do processo e mantenha os seus valores dentro dos limites de segurança, ligando ou desligando os 
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equipamentos e evitando qualquer sequência indevida que produza condição perigosa.
Os primeiros sistemas de intertravamento utilizavam contatos de relés, contadores, temporizadores 
e integradores. Hoje são utilizados os Controladores Lógicos Programáveis (CLP) à base de 
microprocessadores que possuem grande eficiência em computação matemática, sequencial e lógica, 
que são os parâmetros básicos do desligamento.
Alguns instrumentistas fazem distinção entre o sistema de desligamento (trip) e o de intertravamento 
(interlock), enquanto outros consideram os dois conceitos idênticos.
1.17.8 Tipos de controle
O controle pode ser classificado, em função da intervenção do operador, como automático ou manual. 
Também o controle pode ser classificado, quanto ao tipo do processo controlado, como regulatório ou 
a servomecanismo.
1.17.9 Controle manual
Controle manual é aquele que ocorre com nenhuma ou com a mínima intervenção do operador. 
Controle manual pode ser considerado a forma mais simples de controle.
No controle manual, a malha de controle é aberta. A energia é aplicada ao processo através do 
atuador pelo operador. O processo usa esta energia para produzir sua saída. Mudando o ajuste do 
atuador, altera-se a energia no sistema e a saída resultante do processo.
Um sistema de nível de líquido de tanque é um exemplo do controle manual. O produto entra no 
topo do tanque e sai do fundo. A quantidade de líquido que sai do tanque é controlada pela válvula 
(poderia ser escolhida a válvula de entrada). A quantidade de líquido determina o nível do tanque. 
Para o nível ficar estável e sob controle basta simplesmente que a vazão da saída (manipulada) seja 
igual à vazão de entrada (livre). A válvula pode ser atuada manualmente. Se um nível diferente é 
desejado ou necessário, deve-se simplesmente alterar a posição da abertura da válvula de saída em 
sua faixa calibrada.
Quando as condições do processo são estáveis, o controle de malha aberta funciona adequadamente. 
No caso do nível, quando a vazão de entrada é constante (raramente é alterada), basta colocar uma 
válvula com ajuste manual na saída para se obter o controle desejado, pois também raramente o 
operador deve alterar manualmente a válvula de saída.
Vantagens do controle manual:
1. usam-se poucos equipamentos e por isso há pouca chance de que se quebrem;
2. o custo do sistema é baixo para comprar, instalar e operar.
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Porém, há problemas quando ocorre distúrbio na vazão de entrada do tanque. O nível do produto é 
afetado diretamente pelas variações da vazão de entrada. Um aumento na vazão através da válvula de 
entrada provoca um aumento no nível do tanque.
Qualquer variação da vazão de entrada afeta o nível do líquido. Obviamente, se houver qualquer 
variação ou distúrbio na válvula de entrada, o sistema de controle de malha aberta não manterá 
automaticamente o parâmetro de saída (no exemplo, o nível) no valor desejado. Todo distúrbio requer a 
intervenção manual do operador.
Figura 1 - Controle manual de malha aberta.
1.17.10 Controle com feedback
O controle manual de malha aberta não pode garantir a saída desejada de um processo sujeito a 
variações de carga. A técnica usada para se obter o controle de um processo com variações frequentes 
de carga é a malha fechada com realimentação negativa (feedback). Este controle é chamado de 
proporcional, regulatório ou contínuo.
Na realimentação negativa tem-se a medição na saída e a correção na entrada (realimentação). 
É chamada de negativa porque se a variável medida está aumentando, a atuação a faz diminuir. Esta 
técnica monitora a saída real, comparando-a com um valor desejado e repondo o atuador para eliminar 
qualquer erro. Essa é a essência do controle automático. Na realimentação negativa, todos os sistemas 
de controle automático possuem os mesmos elementos básicos:
1. medição;
2. comparação;
3. atuação.
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A saída real que se pretende controlar é medida por um sensor, condicionada e transmitida para o 
controlador. O controlador pode ser um computador, um circuito eletrônico, uma chave, um conjunto 
de bico-palheta pneumático ou uma simples alavanca. A segunda entrada do controlador é o ponto de 
ajuste (set point), que indica o valor de saída desejado. O controlador toma a diferença entre estas duas 
entradas para determinar o valor do erro. O controlador altera sua saída de modo calculado para igualar 
ou aproximar a saída real do valor desejado.
O sinal de saída do controlador é transmitido para o atuador da válvula. O atuador governa a 
aplicação da energia para o processo. Variando a energia para o sistema, faz a saída real do processo 
variar, aproximando-se do ponto de ajuste.
A figura a seguir mostra o controle de malha fechada do tanque. Inicialmente, o nível do líquido no 
tanque deve ser medido. A medição pode ser feita, por exemplo, através de um transmissor de pressão 
diferencial (d/p cell). O transmissor de nível mede a pressão exercida pela coluna líquida, que é o nível, 
amplifica e converte esta pressão diferencial em um sinal padrão de corrente de 4 a 20 mA CC. Quando 
calibrado corretamente, o transmissor tem saída de 4 mA CC quando o nível estiver em 0% e a saída será 
de 20mA CC quando o nível estiver em 100% da faixa calibrada.
Figura 2 - Controle automático de nível com malha fechada.
Esta corrente analógica é transmitida através de um cabo trançado, eventualmente blindado, para 
o controlador. O controlador geralmente está na sala de controle centralizada, distante centenas de 
metros do processo. O controlador compara a variável do processo medida (nível, no exemplo) com o 
valor do ponto de ajuste.
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Uma nova saída é calculada e transmitida para o atuador ainda na faixa padrão de 4 a 20 mA CC. 
Este sinal é aplicado e usado para acionar uma válvula com atuador pneumático.
Deve haver uma interface entre o controlador eletrônico e o atuador pneumático da válvula, para 
converter o sinal eletrônico de 4 a 20 mA CC no sinal pneumático de 20 a 100 kPa. Esta interface é o 
transdutor i/p.
O atuador pneumático, por sua vez, varia a posição da válvula, ajustando a vazão de líquido na saída 
do tanque. Quando ocorrer aumento na vazão de entrada do tanque, o nível do produto no tanque 
aumenta. O transmissor de nível, então, vai aumentar sua saída e o ponteiro de medição do controlador 
também irá subir. O controlador irá alterar sua saída como resposta. A saída do controlador irá aumentar 
um pouco a saída da válvula, aumentando a vazão do líquido deixando o tanque. O nível do tanque irá 
voltar ao ponto de ajuste desejado.
Os sistemas de controle podem ser classificados em dois tipos principais:
1. servomecanismo;
2. controle de processo contínuo.
1.17.11 Controle com servomecanismo
No servomecanismo, as variáveis controladas são a posição, velocidade e aceleração. No controle de 
processo, as variáveis são temperatura, vazão, pressão e nível.
Figura 3 - Sistema servo para controle de posição.
Um sistema de controle de posição é mostrado na Figura 1.3. O atuador é um motor CC com magneto 
permanente. Através de um conjunto de polias, correias ou engrenagens, o motor aciona a roda dentada. 
Quando a rotação for diminuída, move-se um terminal de um potenciômetro. Uma ligação apropriada 
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garante que o movimento da roda dentada da extremidade esquerda para a direita gire precisamente 
o potenciômetro através de um arco de 300 graus, de parada a parada. O potenciômetro é o sensor 
do sistema de controle automático. A tensão de um terminal é a indicação da posição. A posição é 
realimentada para o amplificador diferencial. A tensão correspondente à posição é subtraída da tensão 
do ponto de ajuste e a diferença (erro) é amplificada. O amplificador diferencial é o controlador. A 
potência de saída do controlador é amplificada e aciona o motor.
Quando o sinal do potenciômetro de realimentação da posição (sensor) se iguala ao ponto de 
ajuste, o sistema fica em repouso. Não há saída do amplificador diferencial, desde que não há erro. O 
amplificador de potência não fornece sinal para o motor. O motor não se move.
Se quiser mover o acionador para a direita, a tensão do ponto de ajuste deve ser aumentada. 
Isto produz um erro positivo na saída do amplificador diferencial e, como consequência, na saída do 
amplificador de potência para o motor. O motor começa a girar no sentido horário, acionando a roda 
dentada no sentido horário e movendo o sistema para a direita. Quando a roda dentada se move para a 
direita, o potenciômetro também o faz. Este alimenta o sinal de volta para o amplificador diferencial. O 
erro se torna menor, uma tensão menor é aplicada ao amplificador de potência e para o motor. O motor 
gira com menor rotação.
Eventualmente, o sinal de realimentação do potenciômetro de posição se iguala ao sinal de ponto de 
ajuste. O erro foi reduzido a zero. O sistema permanece em repouso. O controle de velocidade é também 
classificado como servo ou servomecanismo.
A figura a seguir é um sistema de controle de velocidade. O objetivo do sistema é fornecer a tensão 
constante no filme, papel, pano ou plástico. Acionar a velocidade do rolo de puxagem (take-up) causa 
um aumento da tensão quando o diâmetro do rolo aumentar. O rolo acionador é a chave. Ele é colocado 
sobre o fio e é livre de girar quando o filme passa sob ele. Ele pode também se elevar em resposta ao 
aumento da tensão no filme ou se abaixar quando a tensão do filme diminuir.
Mecanicamente acoplado ao rolo acionador está o terminal móvel (wiper) do potenciômetro. Juntos, 
o rolo acionador e o potenciômetro formam um sensor de tensão, gerando na saída uma tensão CC 
proporcional à tensão do filme.
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Figura 4 - Controle de velocidade do cilindro.
Quando a tensão for correta, a tensão do potenciômetro do rolo acionador se iguala à tensão do 
ponto de ajuste. A saída do amplificador diferencial é zero volt. Isto efetivamente aterra o divisor de 
tensão na entrada do amplificador de potência. A tensão do divisor aciona o amplificador de potência, 
fazendo o motor girar na velocidade nominal.
Quando o filme do rolo puxador se forma, a tensão tende a aumentar. Isto faz o rolo acionador subir. 
O terminal móvel do potenciômetro se eleva, fazendo a entrada inversora do amplificador diferencial 
ficar maior do que a entrada não inversora do ponto de ajuste. A saída do amplificador diferencial 
fica negativa. Puxando o fundo do divisor de tensão abaixo do terra, diminui a tensão de entrada do 
amplificador de potência. O amplificador de potência diminui a potência de acionamento entregue ao 
motor e o motor gira mais lentamente. Diminuindo a velocidade do motor, diminui-se a tensão do fio.
Uma das aplicações mais usadas do controle de servomecanismo é o robô. O braço robótico 
revolucionou a indústria de manufatura. Sua velocidade, exatidão, precisão, durabilidade, flexibilidade 
diminuíram drasticamente os custos de produção, aumentando a qualidade do produto.
O robô industrial tipicamente possui três ou mais pontos de junção (joint). Cada juntura possui três 
graus de liberdade ou modos de movimento: x, y e z ou rolar, bater e dobrar.
Para fornecer um movimento rápido, suave e bem coordenado da ferramenta sendo manipulada, 
a posição, velocidade e aceleração de cada grau de liberdade de cada juntura deve ser controlada 
simultaneamente.
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Figura 5 - Braço robótico industrial.
O controle coordenado da posição, velocidade e aceleração de todos os graus de liberdade é 
conseguido por um microprocessador ou microcomputador. Um sensor de posição (potenciômetro, 
codificador óptico, detector ultrassônico) monitora a posição de cada grau de liberdade e transmite esta 
informação a um circuito de interface.
Neste circuito, a posição é convertida para um formato digital adequado ao computador. Conhecendo-
se as posições atuais e anteriores da peça, o computador determina a velocidade e aceleração. As equações 
de controle dentro do programa do computador usam estas informações e os dados da posição desejada 
para calcular a saída apropriada. Esta saída (número digital) é convertida por uma segunda interface 
para uma tensão necessária ou um pulso para acionar o atuador do determinado grau de liberdade. Os 
atuadores podem ser motores de passo, motores de corrente contínua, motores hidráulicos ou cilindros.
Estas sériesde leituras, cálculos, conversões e correções ocorrem em milhares de vezes por segundo 
para todos os graus de liberdade do robô.
1.18 Sistemas de controle
1.18.1 Introdução
O outro tipo de controle, além do servomecanismo, é o de processo contínuo. No controle de 
processo, as variáveis envolvidas são a temperatura, pressão, vazão, nível e análise (pH, composição, 
umidade, viscosidade e densidade).
O objetivo principal de um sistema de controle de processo é regular uma ou mais destas variáveis, 
mantendo-as em valores constantes (pontos de ajuste). Esta regulação deve ser compensada para as 
variações na carga do sistema e outros distúrbios introduzidos. Se o ponto de ajuste for alterado, a 
variável controlada deve segui-lo. Porém, diferentemente do controle servomecanismo, em que as 
variações do ponto de ajuste são rápidas e grandes, as variações, no ponto de ajuste do controle de 
processo, são raras e pequenas (usualmente menores que 10% do fundo de escala). A análise e o projeto 
dos sistemas de controle de processos são feitos do ponto de vista de como a saída responde à variação 
de carga para um determinado ponto de ajuste.
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As respostas são lentas, de ordem de minutos ou horas. Estas constantes de tempo são maiores que 
as do servomecanismo. Os sistemas de controle de processo podem ser classificados como contínuo e 
batelada.
O controle batelada envolve uma sequência temporizada e lógica de operações feitas sobre o material 
sendo processado. São exemplos de operações executadas no processo batelada:
1. aquecimento em uma dada temperatura durante determinado tempo;
2. adição de uma quantidade prescrita de um segundo ingrediente;
3. agitação durante um tempo determinado da mistura.
No fim da sequência dos eventos temporizados, o material passa para outra etapa, para um 
processamento adicional e a sequência começa de novo com outros materiais.
Os tratamentos d’água e de efluentes de uma planta são exemplos de processo de batelada. Em um 
processo contínuo, uma ou mais características do material sendo processado são manipuladas quando o 
material passa por alguma parte do processo. O material está continuamente entrando e saindo do processo.
A produção de filme é um exemplo de processo contínuo. O líquido é continuamente injetado em 
um tambor rotativo onde ele se esfria e vira uma folha. A folha é puxada, aquecida e tensionada no 
comprimento e na largura. Estas operações definem as dimensões corretas de espessura e largura. 
Dependendo do uso final do filme, outros processos adicionais podem ser utilizados, como revestimento, 
pintura e secagem.
Em um processo industrial há centenas e até milhares de malhas sendo controladas. Geralmente, estas 
malhas são independentes entre si. É uma questão complexa para o projetista do sistema de controle 
determinar quantas e quais as variáveis devem ser controladas sem haver interação ou interferência de 
uma malha em outra.
O número de controladores é determinado pelo grau de liberdade do processo. Em qualquer processo, 
sempre deve haver uma variável independente variando livremente (uma variável independente, um 
grau de liberdade). Por analogia, o trem só possui um grau de liberdade (eixo x); o navio possui dois 
graus de liberdade (x e y) e o avião possui três graus de liberdade (x, y e z).
Embora um processo tenha numerosas malhas de controle, cada malha de controle é projetada e 
operada individualmente. Algumas poucas malhas são combinadas em malhas de controle multivariáveis.
1.18.2 Controle de temperatura
O controle de temperatura é um bom exemplo de controle de processo. O circuito eletrônico usado 
é padrão para a maioria das malhas de controle, independentemente da variável sendo medida ou 
manipulada.
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Um sensor converte a variável de processo em um sinal eletrônico ou mecânico de baixo nível. Este 
sinal é enviado para um transmissor, que condiciona e o converte em 4 a 20 mA CC (0% a 100%). Este 
sinal padrão é enviado para um controlador, registrador ou indicador, se este instrumento receptor 
possuir um circuito (buffer) de filtro na entrada com uma alta relação de rejeição de modo comum, 
os fios de transmissão podem ser comuns, trancados e não blindados. Se os instrumentos receptores 
não tiverem este circuito filtro na entrada, os fios de transmissão devem ser blindados para evitar a 
influência de ruídos. Esta blindagem deve ser aterrada, geralmente em um único ponto.
O instrumento receptor pode estar distante do processo, na sala de controle central. O sinal de 
correção do controlador é enviado para outro atuador eletrônico. A saída do controlador é também de 
4 mA CC. Geralmente, o atuador é válvula ou motor de bomba, motor ou aquecedor.
A malha de controle de temperatura simplificada é mostrada na figura abaixo. Neste diagrama são 
mostrados apenas os equipamentos básicos funcionais, como:
TE - Elemento sensor
TT - Transmissor
TC - Controlador
TV - Válvula de controle
TI - Indicador
Figura 6 - Malha de controle de temperatura.
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Não são mostrados os condicionadores de sinal, transdutores de sinal eletrônico pneumático, 
circuitos compensadores. Também por simplicidade, o indicador e controlador estão mostrados no 
mesmo símbolo (TIC).
1.19 Terminologia
Há uma falta de consistência na terminologia usada para descrever os vários atributos e características 
destes novos transmissores, portanto, no contexto a seguir são usadas as seguintes interpretações:
Sensor: dispositivo que converte um parâmetro físico (por exemplo, pressão) em outro parâmetro 
(por exemplo, resistência elétrica).
Sensor primário: é o sensor que responde principalmente ao parâmetro físico a ser medido.
Sensor secundário: é o sensor montado adjacente ao primário para medir o parâmetro físico 
que afeta de modo indesejável a característica básica do sensor primário (por exemplo, os efeitos da 
temperatura na medição de pressão).
Transmissor: instrumento, geralmente montado no campo, usado para sentir a variável do processo 
(e.g., temperatura) em um ponto onde ele está montado e para fornecer um sinal padrão (por exemplo, 
4 a 20 mA CC) que é uma função, geralmente linear, desta variável.
Transmissor smart: é um transmissor em que é usado um sistema microprocessador para corrigir os 
erros de não linearidade do sensor primário através da interpolação de dados de calibração mantidos na 
memória ou para compensar os efeitos de influência secundários sobre o sensor primário, incorporando 
um segundo sensor adjacente ao primário e interpolando dados de calibração armazenados dos sensores 
primário e secundário.
Transmissor inteligente: é um transmissor em que as funções de um sistema microprocessador são 
compartilhadas entre:
1. derivar o sinal de medição primário;
2. armazenar a informação referente ao transmissor em si, seus dados de aplicação e sua localização;
3. gerenciar um sistema de comunicação que possibilite uma comunicação de duas vias (do 
transmissor para receptor e do receptor para o transmissor), superposta sobre o mesmo circuito 
que transporta o sinal de medição, a comunicação sendo entre o transmissor e qualquer unidade 
de interface ligada em qualquer ponto de acesso na malha de medição ou na sala de controle.
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1.20 Exemplos de sistemas controlados
1.20.1 Aquecimento central de água
Objetivo: muito utilizado em hotéis, apartamentos e indústrias. Consiste de uma caldeira cheia de 
água que sempre está aquecida. Sendo que nos lugares que se necessita de água, terá duas torneiras, 
uma de água fria e outra de água quente.
Funcionamento: a caldeira tem um sensor do tipo termopar, que mede a temperatura da água 
dentro da caldeira e envia esse sinal para o sistema de controle. O sistema de controle recebe o sinal 
proveniente do sensor, analisa e abre ou fecha a válvula elétrica conforme a temperatura desejada. Já a 
válvula elétrica recebe o sinal do sistema de controle para abrir ou fechar. Com a abertura, o gás passa 
e acende o queimador.
Se a temperatura da caldeira atingir um valor abaixo do desejado, o gás passa para o queimador que 
aquece a água. Logo que a temperatura atingir o valor desejado, a válvula fecha e volta a ter somente 
a chama piloto.
1.20.2 Célula de manufatura
Objetivo: produzir variados produtos sem o auxílio humano. Nesse caso, o ser humano trabalha 
colocando a matéria-prima e retirando o produto acabado. Além disso, é ele que faz o programa para 
controle da célula.
Funcionamento: para começar, vamos descrever cada um dos elementos que se encontra na célula 
a seguir. Essa célula e composta de três máquinas dedicadas, dois robôs e um rack para depósito e outra 
para retirada de produtos.
Com relação às máquinas, elas estão com cores distintas. Há um torno de cor azul clara, uma câmera 
de inspeção de cor amarela e uma fresadora de cor verde. Os robôs são de cor vermelha e um rack de 
cor azul escuro.
Um pallet (dispositivo que serve para fixar a matéria-prima) ativa um sensor quando chega no rack 
de entrada. Quando esse sensor é ativado, o pallet com peça é colocada automaticamente na esteira de 
transporte, que irá levar o pallet até o torno (azul claro).
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Ao atingir o final da esteira, o pallet aciona outro sensor. Esse sensor ativa o robô, que pega o pallet 
na esteira e move-o até o torno. No torno, a peça é fixada e torneada. Ao final do trabalho do torno, 
o robô pega o pallet e o transporta até a outra esteira. Agora o pallet será transportado até a segunda 
máquina (amarela).
Ao passar pela câmera de inspeção, a esteira para novamente, nesse caso, a câmera funciona como 
um sensor. Ao parar através de software, a peça é inspecionada e logo após liberada para prosseguir o 
movimento até a próxima máquina de cor verde.
No final da esteira será ativado novamente um sensor que avisa ao sistema que o pallet está 
posicionado. O outro robô pega o pallet e deposita na fresadora (verde), na qual será feita alguma 
operação de usinagem. Ao final desse processo, o robô pega novamente o pallet e deposita-o no rack de 
saída do qual este será retirado mediante outro sistema de transporte.
1.20.3 Portão eletrônico
Objetivo: automatizar e facilitar a abertura do portão da garagem, que normalmente é grande e 
pesado.
Funcionamento: no portão encontra-se um circuito que tem um sensor do tipo infravermelho, ou 
seja, um díodo receptor de luz que normalmente encontra-se inibido por não ter sido ativado.
O usuário tem em sua mão outro tipo de díodo transmissor de luz que, quando ativado, ativa o 
sensor do portão, o sensor infravermelho que, sendo ativado, liga um motor, este sendo o atuador do 
sistema para abrir ou fechar o portão, automatizando o sistema.
O sistema de controle do portão encontra-se nas extremidades de sua barra de deslizamento, pois 
nelas existe uma chapa que quando estiver na posição específica de totalmente aberto ou totalmente 
fechado corta a alimentação do motor.
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1.20.4 Umedecer fios
Objetivo: usado na malharia com objetivo de tornar úmido o fio para melhor desempenho nos 
teares, com temperatura adequada para que possam ser feitas malhas de boa qualidade, este processo 
é feito em uma máquina.
Funcionamento: na máquina encontram-se sensores, sistema de controle e válvula elétrica.
O primeiro passo é o sensor termopar mandar sinal para o sistema de controle, que automaticamente 
liga a bomba de vácuo para que a pressão possa chegar próxima a -1bar. O sensor contínuo verifica se o 
nível de água está correto, se não estiver, ele liga a válvula da água para chegar ao nível.
Depois o sensor termopar manda sinal para que possa abrir a válvula de vapor e espera chegar a 
60°C, após 5 minutos, liga a bomba de vácuo para estabelecer o vácuo de -1bar aquecendo a 70°C, 
permanecendo por 25 minutos nesta temperatura.
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Finalizando com a liberação do ar de dentro para que a pressão seja igual à externa e com isso o 
sensor mande sinal para o sistema de controle, para que a tampa seja aberta.
1.20.5 Umidificador de ambiente
Objetivo: dispositivo utilizado em ambientes que necessitem do controle de umidade. É normalmente 
encontrado em indústrias têxteis, em salas de abertura de fiações, em tecelagens e malharias. Também 
pode ser utilizado em ambientes para o controle da eletricidade estática.
Funcionamento: é composto por principalmente um higrômetro acoplado a um sistema de controle, 
uma válvula direcional 3/2 vias NF acionamento elétrico e um sistema borrifador dotado de um tubo 
de Venturi.
O higrômetro, assim que registra a umidade ideal (no nosso caso 80% U.R.), envia um sinal para o 
sistema de controle o qual se encarrega de cortar o sinal elétrico para a válvula direcional, desta forma 
interrompendo a passagem de ar comprimido. Nesta etapa também é interrompida a névoa de água.
Quando o higrômetro registra a mínima umidade especificada (no nosso caso 60% U.R.), o sistema 
de controle envia um sinal elétrico para a válvula direcional, permitindo então a passagem de ar 
comprimido, o qual, no sistema borrifador, envia a névoa de água. Isto acontece até que se alcance a 
máxima umidade, começando novamente o ciclo.
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1.20.6 Lubrificação de chapas metálicas
Objetivo: desenvolver um sistema que automatize o processo de lubrificação da superfície de chapas 
metálicas para melhorar o desempenho de sua estampagem ou corte. O processo de estampagem e 
corte é altamente utilizado na empresa metal-mecânica.
Funcionamento: o sistema é composto principalmente por um sensor de proximidade, um 
controlador lógico programável, uma válvula direcional de acionamento elétrico e um sistema borrifador.
Quando o sensor de proximidade registra a presença da chapa a lubrificar, envia um sinal para 
o controlador, que trata esse sinal e aciona a válvula direcional, permitindo então a passagem de ar 
comprimido, o qual, no sistema borrifador, envia a névoa de lubrificante. Isto acontece até que se 
alcance o fim da chapa.
O sensor de proximidade, assim que registra a ausência da chapa metálica, envia um sinal para o 
sistema de controle, o qual se encarrega de cortar o sinal elétrico para a válvula direcional, interrompendo, 
desta forma, a passagem de ar comprimido. Nesta etapa também é interrompida a névoa de lubrificante.
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