Apostila Princípios de Automação Industrial - UFSM 2012

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA
Centro de Tecnologia
 Departamento de Eletromecânica e Sistemas de Potência
Geomar Machado Martins
Agosto de 2007
Revisado em Março de 2012 
Princípios de Automação
Industrial 
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ESP1009 – Princípios de Automação Industrial
Prof. Geomar M. Martins2
APRESENTAÇÃO
A disciplina Princípios de Automação Industrial, ofertada especificamente para o
curso de Engenharia Elétrica da Universidade Federal de Santa Maria, tem por objetivos:
- Compreender e aplicar um tratamento introdutório da teoria da automação aplicada à
transmissão de sinais de informação, com atenção à comunicação de sinais analógicos e
digitais.
O texto que segue foi elaborado com a finalidade de servir de suporte para esta
disciplina e surgiu da pesquisa de uma série de fontes, entre elas: a literatura técnica
especializada, materiais coletados na internet, de diversas fontes e autores, aos quais
agradecemos a iniciativa de compartilhamento e universalização do conhecimento sem fins
lucrativos, de notas de cursos realizados e de pesquisas em artigos da área, conforme
indicados nas referências bibliográficas de cada unidade.
Este é um material que sofrerá frequentes atualizações, em função da constante
evolução tecnológica na área da Automação Industrial, além do que, o próprio texto pode
conter eventuais erros, para os quais pedimos a colaboração dos estudantes e profissionais
que eventualmente fizerem uso do mesmo, enviando ao autor uma comunicação sobre as
falhas detectadas.
Alguns projetos experimentais incluídos no texto referem-se a trabalhos executados
 pelo autor, juntamente com os estudantes nos laboratórios do curso de engenharia elétrica
da Universidade Federal de Santa Maria.
Gostaria de agradecer a colaboração das mais diversas pessoas e organismos que de
alguma forma contribuem para a o desenvolvimento desta disciplina, entre elas destacando-
se os técnicos Zulmar, Fernando Martins, Anacleto Brondani, Marcus Molina, que se
empenharam no desenvolvimento e finalização dos módulos didáticos. Aos alunos Adriane
Dutra, João Victor Baghetti Fuchs, Fernando Konzen, Diogo de Vargas, Thiago Doleski,
Leandro Neis, Luis Gustavo Braun, pela tutoria da disciplina. A coordenação do curso de
Engenharia Elétrica e a chefia do Depto de Eletromecânica e Sistemas de Potência, aos
funcionários do laboratório “Nupedee”, aos grupo de pesquisa, entre outros, que colaboram
 para a melhoria desta disciplina.
Santa Maria, 05 de Março de 2012.
Geomar Machado Martins
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SUMÁRIO
1. Introdução à Engenharia de Automação
1.1 Histórico e definição da automação 5
1.2 A automação nas atividades humanas 5
1.3 A automação no meio produtivo 5
1.4 Características e conceitos da automação industrial 6
1.5 Componentes básicos da automação 6
1.6 Tipos de sistemas de sistemas de processos industriais 10
1.7 Tipos de controle na automação 10
1.8 Aspectos gerais da automação 11
1.9 Arquitetura da automação industrial 12
1.10 A visão crítica ao automatizar processos 15
1.11 Tendências da automação 16 1.12 O mercado atual da automação no Brasil 16
2. Controlador Lógico Programável - CLP 
2.1 Introdução 18
2.2 Histórico 18
2.3 Características e vantagens 21
2.4 Aplicações 22
2.5 Constituição de um CLP 23
2.6 Estrutura de programação 28
2.7 Aspectos de software 29
2.8 Linguagens de programação 30
2.9 Terminologia 30
2.10 O micro-CLP 35
2.11 Considerações de projeto 35
3. Lógica e Linguagem de Programação 
3.1 Introdução 37
3.2 Programação de CLPs 39
3.3 Análise das linguagens de programação 41
3.4 Normalização 42
3.5 Linguagem de Relés e Blocos (Ladder) 43
3.6 Desenvolvimento do Programa Ladder  47
3.7  Associação de Contatos no Ladder e Lógica Combinacional 51
3.8.  Sistemas Combinatórios 59
3.9 Minimização por Mapa de Karnaugh 66
3.10 Outros circuitos combinacionais 68
4. Sistemas Sequenciais 
4.1 Circuitos biestáveis, “Flip-Flops” e “Latches” 75
4.2 Contadores 81
4.3 Temporizadores 86
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4.4 Instruções Booleanas de comparação 94
4.5 Instrução Positive Differential  101
4.6 Registrador de deslocamento 101
4.7 Instruções Aritméticas 104
4.8 Outras instruções da linguagem Ladder  104
5. Entradas e Saídas Analógicas
5.1 Introdução 106
5.2 Entradas analógicas 106
5.3 Saídas analógicas 116
5.4 Sensores e Atuadores 119
6. Controle Contínuo
6.1 Introdução 123
6.2 Controle de sistemas com atuadores lógicos 123
6.3 Controle de sistemas com atuadores contínuos 124
6.4 Aplicação da função PID em lógica Ladder  127
7. Interface Homem-Máquina
7.1 Introdução 129
7.2 IHM via www com CLP 132
7.3 Especificação da IHM 133
7.4 Aplicação da Interface Homem-Máquina OP05/06 133
8. Noções de Sistemas Supervisórios
8.1 Introdução 136
8.2 Características do software supervisório 137
8.4 Sistemas SCADA 138
8.4 Componentes físicos de um sistema supervisório 139
8.5 Componentes lógicos de um sistema SCADA 141
8.6 Camadas físicas de um sistemas de supervisão 141
8.7 Planejamento do sistema supervisório 145
8.8 Modos de comunicação 145
8.9 Aplicação do supervisório Elipse E3 147
9. Noções de Redes Locais
9.1 Introdução 150
9.2 Meio físico 150
9.3 Protocolos de comunicação 151
9.4 Estrutura das redes de comunicação 152
9.5 Métodos de acesso ao meio 154 
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UNIDADE I – Introdução à Engenharia de Automação
1.1 Histórico e definição da automação 
Etimologia:
Da palavra Automation (1960), buscava enfatizar a participação do computador no
controle automático industrial.
Definição atual:
“Qualquer sistema, apoiado em computadores, que substitui o trabalho humano, em
favor da segurança das pessoas, da qualidade dos produtos, rapidez da produção ou da
redução de custos, assim aperfeiçoando os complexos objetivos das indústrias, dos serviços
ou bem estar” (Moraes e Castrucci, 2007).
1.2 A automação nas atividades humanas 
Criada para facilitar a realização das mais diversas atividades humanas, a automação
 pode ser observada:
Nas residências : nas lavadoras de roupas e de louças automáticas; nos microondas; nos
controles remotos de portões de garagem, etc.
Na rua: nos caixas de bancos automáticos; nos controladores de velocidades de
automovóeis; nos trens do metrô; nos cartões de crédito, etc.
No trabalho: nos registradores de ponto automático; nos robôs industriais; no recebimento
de matéria-prima através de um sistema automático de transporte de carga; na
armazenagem do produto final num depósito automatizado; no controle de qualidade
através de sistemas de medição e aferição; no controle de temperatura ambiente ou de uma
coluna de fracionamento de petróleo; nos sistemas de combate à incêndios, etc.
No lazer: em máquinas automáticas de refrigerantes ; em esteiras automáticas de academia;
nos aparelhos de reprodução de vídeo ou DVD players; nos videogames, etc.
1.3 A automação no meio produtivo
“O processo industrial constitui-se na aplicação do trabalho e do capital para transformar a matéria-prima em bens de produção e consumo, por meios e técnicas de controle,
obtendo valor agregado ao produto, atingindo o objetivo do negócio”. 
Processo Industrial Contínuo: Quando a maioria das variáveis de controle é manipulada são
na forma contínua, ou analógica. (Indústria Química, farmacêutica...)Processo Industrial Discreto: Quando a maioria das variáveis de controle é manipulada na
forma discreta ou digital.
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1.4 Características e conceitos da automação industrial 
“A Automação é um conceito e um conjunto de técnicas por meio das quais se
constroem sistemas ativos capazes de atuar com eficiência ótima pelo uso de informações
recebidas do meio sobre o qual atuam.”
 Na Automação Industrial se reúnem três grandes áreas da engenharia:
1. A mecânica, através das máquinas que possibilitam transformar matérias primas em
 produtos “acabados”.
2. A engenharia elétrica que disponibiliza os motores, seus acionamentos e a eletrônica
indispensável para o controle e automação das malhas de produção;
3. A informática que através das arquiteturas de bancos de dados e redes de comunicação
 permitem disponibilizar as informações a todos os níveis de uma empresa.  
Assim, a automação, tão presente nas atividades humanas, está presente também nos processos industriais, com o mesmo objetivo básico, que é facilitar os processos produtivos,
 permitindo produzir bens com :
•  menor custo;
•  maior quantidade;
•  menor tempo;
•  maior qualidade.
Olhando por este aspecto, vemos que a automação está intimamente ligada aos
sistemas de qualidade, pois é ela que garante a manutenção de uma produção sempre com
as mesmas características e com alta produtividade, visando atender o cliente num menor  prazo, com preço competitivo e com um produto de qualidade.
Pensando no meio ambiente, observa-se também que a automação pode garantir o
cumprimento das novas normas ambientais, através de sistemas de controle de efluentes
(líquidos que sobram de um processo industrial), emissão de gases, possibilidade de uso de
materiais limpos, reciclagem, etc.
Portanto, a automação tem papel de muita importância na sobrevivência das
indústrias, pois garante a melhoria do processo produtivo e possibilita a competição nesse
mercado globalizado, onde o concorrente mais próximo pode estar do outro lado do mundo.
1.5 Componentes básicos da automação 
Sistemas automatizados são, algumas vezes, extremamente complexos, porém, ao
observar suas partes nota-se que seus subsistemas possuem características comuns e de
simples entendimento. Assim, formalmente, um sistema automatizado possui os seguintes
componentes básicos:
•  sensoriamento;
•  comparação e controle;
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•  atuação.
Exemplo 1 - Um aquário e a temperatura de sua água. 
 Num aquário deve-se manter a água em torno da temperatura ambiente (25°C). Não
é necessário ser muito rigoroso sendo que a temperatura pode variar de 23 a 28°C.
 Nota-se que a temperatura da água pode variar e deve ser ajustada de acordo com a
necessidade.
Considere o esquema a seguir: 
Figura 1.1 – Controle de temperatura automatizado em um aquário.
 Neste exemplo podem ser identificados os componentes básicos da automação
(processo, sensor, atuador, controle e distúrbio):
-  O processo (aquário), que requer o controle da temperatura.
-  O sensor de temperatura, constituído pelo termômetro de mercúrio;
-  O controlador, estabelecido pelo acoplamento de um sistema mecânico de ajuste ao
termômetro. Este sistema mecânico movimenta um contato metálico ao longo do
corpo do termômetro. Ele permite ao controlador, fazer uma comparação com um
valor pré-ajustado (ponto de ajuste) e tomar a decisão de ligar ou desligar o atuador (resistência), mantendo a temperatura dentro de um limite considerado aceitável.
-  O distúrbio é representado pelas condições externas que podem influenciar na
temperatura da água. A temperatura do ambiente externo influencia diretamente no
controle, determinando uma condição diferente de atuação no processo.
-  O atuador formado pelo relé elétrico e a resistência. Quando o deslocamento do
mercúrio alcança o ponto de ajuste, um contato elétrico é fechado, sendo ele ligado
ao relé que, usando a alimentação da rede, desliga a resistência responsável pelo
aquecimento da água. Então, em forma de diagrama, nesse sistema temos:
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Figura 1.2 – Diagrama em blocos do controle do processo. 
Observa-se que existe uma influência da ação de aquecimento da água no valor 
medido pelo sensor de temperatura. Este ciclo fechado é chamado de malha fechada de
controle, ou sistema de realimentação, no qual a saída do sistema influencia diretamente na
situação de sua entrada.
Em alguns processos, não existe a realimentação, isto é, a ação do atuador 
comandada pelo controlador não é observada por um sensor que realimenta o sistema. Um
exemplo típico é o de uma máquina de lavar roupa, que por não possuir um sensor de roupa
limpa, funciona em um ciclo aberto de controle, chamado de malha aberta.
O controle apresentado neste exemplo não possui precisão, isto é, nada garante que
a temperatura permaneça exatamente no ponto ajustado, ou que fique oscilando em torno
do valor ajustado. Este tipo de controle é chamado de Liga/Desliga (ou ON/OFF). O
atuador (resistência) permanece em dois estados bem definidos (nenhuma corrente =
desligado e máxima corrente = ligado). É considerado então um controle descontínuo.
A quantidade de informações e conceitos que podem ser retirados de um sistema tão
simples como esse é muito grande, sendo que elas resumem os conhecimentos necessários
 para o entendimento de um sistema automatizado.
Exemplo 2 - Um tanque de combustível e seu nível.
 Neste caso, pode-se abordar duas situações de controle automatizado:
Medição descontínua: para garantir segurança evitando o transbordamento ou
esvaziamento abaixo de determinada posição mínima.
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A medição descontínua normalmente é feita por sensores do tipo chave com dois
estados, ativo ou não ativo. Considerando um contato elétrico, esse poderá estar aberto
(possibilitando passagem de corrente) ou fechado (impedindo a passagem de corrente). 
Figura 1.3 – Controle de nível de líquido em um tanque.
Medição contínua: para determinar a quantidade de combustível armazenado.
Além do sistema de segurança mostrado anteriormente, tem-se a necessidade de
determinar a quantidade armazenada de um certo combustível dentro deste tanque. Nesse
caso é necessário empregar um medidor que "observe" continuamente as variações da
altura da coluna líquida no interior do tanque. Este medidor deve fornecer um sinal de saída
contínuo, proporcional à altura do tanque.
Tendo o valor da altura dada pelo medidor e conhecendo a capacidade do tanque
dada pelo formato do próprio tanque, é possível calcular a quantidade de combustível do
tanque para cada condição de nível. 
Figura 1.4 – Controle com transmissor de nível
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Observando os exemplos acima, conclui-se que é possível ter sensores descontínuos
(Liga/Desliga) e contínuos (chamados analógicos). A escolha do tipo de medição vai
depender do que se pretende na automação. No caso do tanque, os dois controles podem
estar presentes, cada um cuidando de sua parte no controle do sistema como um todo.
1.6 Tipos de sistemas de sistemas de processos industriais 
Em automação tem se tornado necessário classificar os sistemasem função de suas
ocorrências mais comuns e importância. Além dos sistemas dinâmicos acionados pelo
tempo, exemplo típico dos fenômenos químicos, físicos, térmicos, regidos por equações
diferenciais, também aparecem em grande quantidade os sistemas de chaveamento manual,
automático, as manufaturas, as filas de serviços, etc, que são acionados por eventos, e não
são regidos por equações diferenciais. Estes últimos são conhecidos como sistemas
dinâmicos a eventos discretos (SED’s) e são sistemas cuja evolução decorre unicamente
de eventos instantâneos, repetitivos ou esporádicos.
1.7 Tipos de controle na automação 
Pode-se classificar o controle em dois grandes grupos:
1.7.1 Controle Dinâmico
O controle dinâmico procura estabelecer o comportamento estático e dinâmico dos
sistemas físicos, tornando-os mais obedientes aos operadores e mais imunes às perturbações
dentro de certos limites.
Utiliza medidas das saídas do sistema a fim de melhorar o seu desempenho
operacional, através de realimentação.
Possui um incalculável poder tecnológico, permitindo o aperfeiçoamento de
 processos, aumento de velocidade e precisão.
É característico da automação industrial de controle de processos (automação
contínua), sendo tradicionalmente empregado o controle do tipo P + I + D (proporcional +
integral + derivativo), entre outras escolhas. Este será visto em detalhes na seção 6.1.
Exemplo de aplicação: controle de temperatura de um aquário.
1.7.2 Controle Lógico ou Controle de Eventos
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O Controle lógico complementa os sistemas lógicos permitindo que eles respondam
a eventos externos ou internos de acordo com novas regras que são desejáveis de um ponto
de vista utilitário.
Utiliza sinais sempre discretos em amplitude, geralmente binários e operações não-
lineares e se apresenta na forma de circuitos (elétricos, hidráulicos, pneumáticos, etc) de
redes lógicas combinatórias (sem memórias ou temporizações) cujos projetos são
construídos com álgebra booleana (descreve, analisa e simplifica as redes com auxílio de
Tabelas da Verdade e Diagramas de relés) ou em redes seqüenciais (com memória,
temporizadores e entrada de sinais em instantes aleatórios) cujo projeto utiliza a teoria dos
autômatos finitos, redes de Petri, cadeias de Markov ou em simulações por computador.
É característico da automação industrial de manufatura (automação discreta).
Exemplo de aplicação: botões de segurança de uma prensa de alavanca. 
Figura 1.5 – Exemplo de aplicação de controle lógico
Os dois tipos de controle (dinâmico e lógico) são empregados em proporções
extremamente variáveis, conforme o processo, e misturam-se nos controladores lógicos
 programáveis (CLPs) e PCs.
 No entanto, as teorias do controle dinâmico e do controle lógico desenvolvem-seindependentes uma da outra. O controle dinâmico busca evitar a instabilidade do sistema,
enquanto o controle lógico procura evitar o conflito ou a parada total da evolução dos
sinais.
1.8 Aspectos gerais da automação 
A automação resulta de diversas necessidades da industria: maior nível de qualidade
dos produtos, maior flexibilidade de modelos para o mercado, menores custos e perdas de
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materiais e de energia, mais disponibilidade e qualidade da informação sobre o processo e
melhor planejamento e controle da produção.
Segundo o grau de complexidade e meios de realização física, a automação
industrial pode ser classificada em:
•  Automações especializadas (menor complexidade)
•  Grandes sistemas de automação (maior complexidade)
•  Automações Industriais de âmbito local (média complexidade)
Automações especializadas (menor complexidade)
Emprega microprocessadores com programação normalmente em linguagem de
máquina e memórias do tipo ROM.
Ex.: automação interna aos aparelhos eletrônicos, telefones, eletrodomésticos,
automóveis.
Grandes sistemas de automação (maior complexidade)
Utiliza programação comercial e científica em software de tempo real.
Ex.: Controladores de vôos nos aeroportos, controle metroviário, sistemas militares.
Automações Industriais e de serviços de âmbito local (média complexidade)
Baseia-se no uso dos CLP’s isolados ou em redes. 
Ex.: Transportadores, processos químicos, térmicos, gerenciadores de energia e de
edifícios.
Corresponde à grande maioria das aplicações existentes, sendo este o foco da
disciplina.
1.9 Arquitetura da automação industrial
A Figura 1.6 mostra os níveis hierárquicos de um processo de automação industrial,
representado pela conhecida Pirâmide de Automação.
Para cada nível está associado um formato de comunicação dados que pode ser 
diferir daquele adotado para a comunicação entre níveis.
 Na base da pirâmide aparece o Controlador Lógico Programável, responsável por 
acionar as máquinas, motores e outros processos produtivos. No topo da pirâmide, destaca-se a informatização ligada ao setor corporativo da
empresa.
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Figura 1.6 - Divisão Hierárquica de um Processo de Automação Industrial
Nível 1: Chão de fábrica (Máquinas, dispositivos e componentes)
 Na base da pirâmide tem-se o nível responsável pelas ligações físicas da rede ou o
nível de E/S. Neste nível encontram-se os sensores discretos, as bombas, as válvulas, os
contatores, os CLPs e os blocos de E/S. O principal objetivo é o de transferir dados entre o processo e o sistema de controle. Estes dados podem ser binários ou analógicos e a
comunicação pode ser feita horizontalmente (entre os dispositivos de campo) e
verticalmente, em direção ao nível superior. É neste nível, comumente referenciado como
chão de fábrica, que as redes industriais têm provocado grandes revoluções.
Ex.: linha de montagem e máquina de embalagens.
Figura 1.7 - Nivel chão de fábrica.
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Nível 2: Supervisão e Controle (IHMs)
É o nível dos controladores digitais, dinâmicos e lógicos e de algum tipo de
supervisão associada ao processo.
Concentra as informações sobre o nível 1.
Ex.: Sala de supervisão.
Figura 1.8 – Nível do controle.
Nível 3: Controle do Processo Produtivo
Permite o controle da planta, sendo constituído por bancos de dados com
informações dos índices de qualidade da produção, relatórios e estatísticas de processo,
índices de produtividade e etc.
Ex.: avaliação e controle da qualidade em processo alimentício e supervisão de
laminadores.
Nível 4: Controle e Logística dos Suprimentos 
É o nível responsável pela programação e pelo planejamento da produção.
Ex.: controle de suprimentos e estoques em função da sazonalidade.
Nível 5: Gerenciamento Corporativo 
É o nível responsável pela administração dos recursos da empresa.
Do ponto de vista da comunicação das informações, no topo da pirâmide encontra-
se o nível de informação da rede (gerenciamento). Este nível é gerenciado por um
computador central que processa o escalonamento da produção da planta e permite
operações de monitoramento estatístico da planta sendo implementado, na sua maioria, por 
softwares gerenciais/corporativos.
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 No nível imediatamente abaixo, localiza-se a rede central, a qual incorpora os DCSs
(Sistemas deControle Discreto) e PCs. A informação trafega em tempo real para garantir a
atualização dos dados nos softwares que realizam a supervisão da aplicação.
Uma das dificuldades dos primeiros processos de automação industrial baseava-se
no “ilhamento” das informações dentro do seu respectivo nível da pirâmide. Poucas
informações fluíam do nível de supervisão e controle para o nível de controle discreto e
 praticamente nenhuma informação fluía para o topo da pirâmide, onde se encontram os
softwares de gerenciamento da empresa. Nos projetos de automação modernos as
informações fluem entre todas as camadas. Esta característica é tão importante para as
indústrias, hoje em dia, que muitas delas estão atualizando suas plantas industriais, ou
incorporando novas tecnologias em sistemas antigos (conhecido por  RETROFIT ).
1.10 A visão crítica ao automatizar processos 
As principais motivações para a automação de um processo industrial são a redução
do custo, a melhoria da qualidade do produto e a realização de tarefas que são danosas ao
ser humano (tarefas repetitivas ou que exigem grande esforço físico, ambientes perigosos
ou insalubres). Quase sempre os dois primeiros motivos são os que movem os processos de
automação.
A automação é capaz de manter o homem no domínio da situação no que se refere à
 produção industrial, porém numa posição mais confortável.
O homem, nessa situação, necessita cada vez mais usar o seu cérebro e cada vez
menos seus músculos. Porém essa mudança faz com que os profissionais necessitem cada
vez mais se especializar, buscando competências para o desenvolvimento de suas
atividades. A reconversão, isto é, a adaptação a novos postos de trabalho e a qualificação
 profissional são condições primordiais.
Embora a automação seja um processo irreversível na sociedade e o fator custo X
 benefício, calcado no aumento do lucro das empresas, o grande definidor do emprego da
tecnologia, é fundamental que empresários e engenheiros tenham uma visão das
conseqüências sociais que um processo de automação pode trazer:
•  A automação quase sempre gera desemprego;
•  A automação requer um profissional cada vez mais qualificado;
Em países em desenvolvimento o governo não possui uma infra-estrutura para
atender a população desfavorecida;
O “sonho” propalado da automação era que ela traria melhor qualidade de vida para
toda a sociedade, reduzindo a carga horária de trabalho para possibilitar ao ser humano um
convívio mais harmonioso entre si e a natureza. Este sonho tem se esbarrado na boca voraz
do capitalismo selvagem que infelizmente, sem a força de um governo forte, é incapaz de
dividir as riquezas acumuladas para o bem de toda a sociedade.
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O papel de preparar esse novo profissional é das escolas que deve contar com o
apoio das indústrias, porém com a velocidade que ocorrem as mudanças tecnológicas, não é
 permitido ao profissional estar sempre num ambiente escolar para sua preparação. Então, o
que fazer?
A conclusão que se chega é que o profissional cada vez mais terá que se auto-
desenvolver, provendo o seu próprio conhecimento, não só na área tecnológica, mas
também em outras áreas, de modo mais amplo, como: economia, sociologia, comércio
exterior, qualidade, relações humanas, meio ambiente, etc.
Cabe ao engenheiro e aos empresários a visão crítica diante dos processos de
automação. Mais importante do que retardar um processo inevitável talvez seja criar 
condições para que o bem final possa ser melhor repartido entre todos.
1.11 Tendências da automação 
Tecnologia Wireless: de lenta, cara e insegura tornou-se mais rápida e econômica.
Chips de menor capacidade residirão inteligência diretamente em sensores e atuadores
 – softwares serão parte do produto.
Controles baseados em PLC ou PC serão obsoletos e caros.
A propriedade da solução tecnológica será medida em meses em vez de anos
Sistemas microeletromecânicos serão usados para miniaturizar sensores, atuadores,
motores, engrenagens displays para equipamentos digitais.
1.12 O mercado atual da automação no Brasil 
Conforme dados da ABINEE, vistos nas tabelas abaixo, o faturamento da área daautomação industrial cresceu cerca de 25% no período entre o primeiro semestre de 2006 e
o de 2007. As exportações neste período chegaram a US$ 132 milhões e é um mercado em
expansão, ao contrário de outros, como é o caso das telecomunicações que retrai cerca de
21% no período pesquisado.
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Fonte: Revista Abinee – Agosto/2007 
Fonte: Revista Abinee – Agosto/2007 
Bibliografia do Capítulo 
Moraes e Castrucci, Engenharia de Automação Industrial, livro. Editora LTC, São Paulo,
2007.
WEB: http://www.senaiformadores.com.br/Cursos/01/
WEB: http://www.amarcato.ufjf.br/eletrica/automacao/arquivos/Automacaocapitulo1.pdf  
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UNIDADE II – Controlador Lógico Programável - CLP 
2.1 Introdução
Antes do surgimento dos Controladores Lógicos Programáveis (CLP’s), as tarefas
de comando e controle de máquinas e processos industriais eram feitas por relés
eletromagnéticos, especialmente projetados para este fim. O controle baseado em relés
exigia modificações na fiação, no caso de alterações no processo automatizado, e em
muitos casos isso se tornava inviável, sendo mais barato substituir todo o painel por um
novo.
O CLP revolucionou os comandos e controles industriais desde seu surgimento na
década de 70.
2.2 Histórico 
O primeiro CLP surgiu na indústria automobilística americana até então um usuário
em potencial dos relés eletromagnéticos utilizados para controlar operações seqüenciadas e
repetitivas numa linha de montagem, especificamente na  Hydromic Division da General 
 Motors, em 1968, devido a grande dificuldade existente para alterar-se a lógica de controle
de painéis de comando a cada mudança na linha de montagem. Estas mudanças implicavam
altos gastos de tempo e dinheiro.
Sob a liderança do engenheiro Richard Morley, foi preparada uma especificação que
refletia os sentimentos de muitos usuários de relés, não só da indústria automobilística
como de toda a indústria manufatureira. Os primeiros controladores surgiram baseados
numa especificação resumida a seguir:
•  Facilidade de programação;
•  Facilidade de manutenção com conceito plug-in;
•  Alta confiabilidade;
•  Dimensões menores que painéis de Relês, para redução de custos;
•  Envio de dados para processamento centralizado;
•  Preço competitivo;
•  Expansão em módulos;
•  Mínimo de 4000 palavras na memória.
A grande vantagem dos controladores programáveis era a possibilidade de
reprogramação, permitindo transferir as modificações de hardware em modificações de
 software.
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 Nascia, assim, a indústria de controladores programáveis, hoje com um mercado
mundial estimado em 4 bilhões de dólares anuais, e que no Brasil é estimado em 50
milhões de dólares anuais (dados de 2005).
Com o sucesso do uso dos CLPs na indústria, a demanda por novas funções e maior 
capacidade aumentou consideravelmente.
Evolução 
A primeira geração de CLP’s utilizava componentes discretos como transistores e
circuitos integrados (CI’s) com baixa escala de integração.
A partir da década de 70, os equipamentos cresceram em poder de processamento,
número de entradas e saídas (I/O), e novas funções foram incorporadas.Ainda usavam
lógica discreta e só eram empregados na indústria, pois eram caros para outras aplicações
(p. ex. automação predial).
O advento do microprocessador (ainda na década de 70) permitiu a diminuição nos
custos e tamanho dos controladores e eles passaram a se chamar Controladores Lógicos
Programáveis (CLPs), com o aumento do poder de processamento e confiabilidade.
 Na década de 80, surgiram as redes locais para comunicação de dados entre CLPs e
entre estes e os computadores (Morais e Castrucci, 2001).
A tendência atual é a utilização de pequenos CLPs controlando processos locais e
comunicando-se com outros CLPs e outros sistemas supervisórios descentralizando-se o
 processo industrial. Assim, evita-se que uma pane interrompa toda a planta.
Com a diminuição dos custos, os CLPs passaram a ser empregados em outros
campos como a automação predial (controle de iluminação, alarme, ambiência: ventilação,
temperatura e umidade, etc.). Nos países desenvolvidos, a automação residencial desponta
como uma aplicação para pequenos CLPs, esbarrando nos custos e na previsão de fiação e
tubulação adequada. Neste caso, a comunicação pode ser feita via rádio ou usando a própria
rede elétrica (que é uma tendência forte para os próximos anos).
Conclui-se que desde o seu aparecimento até hoje, muita coisa evoluiu nos
controladores lógicos. Esta evolução está ligada diretamente ao desenvolvimento
tecnológico da informática em suas características de software e de hardware.
O que no seu surgimento era executado com componentes discretos, hoje utiliza
microprocessadores e microcontroladores de última geração, usando técnicas de
 processamento paralelo, inteligência artificial, redes de comunicação, fieldbus, etc.
Até recentemente não havia nenhuma padronização entre fabricantes, apesar da
maioria utilizar as mesmas normas construtivas. Porém, pelo menos no nível de software
aplicativo, os controladores programáveis podem se tornar compatíveis com a adoção da
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norma IEC 1131-3, que prevê a padronização da linguagem de programação e sua
 portabilidade.
Outra novidade que está sendo incorporada pelos controladores programáveis é o
 fieldbus (barramento de campo), que surgiu como uma proposta de padronização de sinais
ao nível de chão-de-fábrica. Este barramento diminui sensivelmente o número de
condutores usados para interligar os sistemas de controle aos sensores e atuadores, além de
 propiciar a distribuição da inteligência por todo o processo.
Hoje os CLP’s oferecem um considerável número de benefícios para aplicações
industriais, que podem resultar em economia que excede o custo do CLP e devem ser 
considerados na seleção de um dispositivo de controle industrial.
Linha do Tempo 
  Década de 60 - aumento de competitividade na industria, melhoria das linhas de
 produção.
  1968 – Divisão Hydramatic (GM) define especificações de projeto para um PLC.
  1969 – Bedford Associates (Modicon) desenvolve primeiro PLC, chamado
MODICON 084. Dick Morley é considerado o pai do PLC.
Figura 2.1 – O CLP Modicon 084 e Dick Morley
  1972 - PLCs incorporam funções de Temporização e Contagem.
  1973- The "084" é melhorado e re-introduzido como "184". A força de trabalho
aumentou de 80 para 170 empregados e as vendas atingem US$5 million. São
introduzidas: Operações Aritméticas, manipulação de dados e comunicação com
computadores.
  1974 - Comunicação com Interfaces Homem-Máquina.
  1975 - Modicon lança o "284", o primeiro controlador com um microprocessador e
controle distribuído e o "384, o primeiro PLC com algoritmos digitais para controle
contínuo (PID). Maior capacidade de memória.
  1979 - Companhia introduz Modbus, a primeira rede de comunicações industrial,
 permitindo o interfaceamento de computadores e controladores. Graças a sua
confiabilidade, Modbus se torna um padrão industrial.
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  1979/1980 Módulos de I/O remotos, módulos inteligentes e controle de
 posicionamento.
  1981 Comunicação em rede.
  1982 Aparecimento dos primeiros minis e micros PLCs.
  Anos 90s ocorre uma gradual redução em novos protocolos e a modernização das
camadas fisicas dos protocolos mais populares dos anos 80.
  1993 – É introduzido o padrão internacional IEC 1131-3 com a finalidade de
unificar as linguagens de programação dos PLCs.
  2000 - É criada a Automação Web para supervisão remota de processos com
 produção automatizada. A solução integra PLCs e outros componentes em uma
arquitetura aberta usando a Ethernet e os protocolos Internet para conectar via Web.
2.3 Características e vantagens 
Basicamente, um Controlador Lógico Programável apresenta as seguintes
características:
•  hardware e/ou dispositivo de controle de fácil e rápida programação ou
reprogramação, com a mínima interrupção da produção;
•  capacidade de operação em ambiente industrial;
•  sinalizadores de estado e módulos tipo plug-in de fácil manutenção e substituição;
•  hardware ocupando espaço reduzido e apresentando baixo consumo de energia;
•   possibilidade de monitoração do estado e operação do processo ou sistema, através
da comunicação com computadores;
•  compatibilidade com diferentes tipos de sinais de entrada e saída;
•  capacidade de alimentar, de forma contínua ou chaveada, cargas que consomem
correntes de até 2 A;
•  hardware de controle que permite a expansão dos diversos tipos de módulos, de
acordo com a necessidade;
•  custo de compra e instalação competitivo em relação aos sistemas de controle
convencionais;
•   possibilidade de expansão da capacidade de memória;
•  conexão com outros CLP’s através de rede de comunicação.
De acordo com (Natale, 2003, p.11), o CLP “É um computador com as mesmas
características conhecidas do computador pessoal, porém, [é utilizado] em uma aplicação
dedicada [...]” na automação de processos em geral, e no comando numérico
computadorizado (CNC) realiza a automação da manufatura.
 Definição segundo a ABNT 
O CLP é um equipamento eletrônico digital com hardware e  software compatíveis
com aplicações industriais.
 Definição segundo a Nema (National Electrical Manufactures Association) 
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Aparelho eletrônico digital que utiliza uma memória programável para
armazenamento interno de instruções para implementações específicas, como lógica,
seqüenciamento, temporização, contagem e aritmética, para controlar, através de módulos
de entradas e saídas, vários tipos de máquinas ou processos.
Um CLP é um equipamento eletrônico digital que tem por objetivo implementar 
funções específicas de controle e monitoração sobre variáveis de uma máquina ou processo.
De forma geral, os controladores lógicos programáveis (CLPs) são equipamentos
eletrônicos de última geração, utilizados em sistemas de automação flexível. Estes
 permitem desenvolver e alterar facilmente a lógica para acionamento das saídas em função
das entradas. Desta forma, pode-se utilizar inúmeros pontos de entrada de sinal para
controlar pontos de saída de sinal (cargas).
As vantagens da utilização dos CLP's, comparados aos outros dispositivos de
controle industrial, são:
•  menor espaço ocupado;
•  menor Potência elétrica requerida;
•  reutilização;
•   programável:
•  maior confiabilidade;
•  fácil manutenção;
•  maior flexibilidade;
•   permite interface através de rede de comunicação com outros CLP’s e
microcomputadores;
•   projeto mais rápido.
Todos estes aspectos mostram a evolução da tecnologia, tanto de hardware quantode software, o que permite acesso a um maior número de pessoas nos projetos de aplicação
de controladores programáveis e na sua programação. Porém, conforme Georgini (2000):
“Constantes atualizações dos produtos agregam valores e reduzem o custo das soluções
baseadas em PLCs, o que exige do profissional uma atualização contínua por intermédio
de contato com fabricantes e fornecedores, sendo a internet uma ótima opção.”
2.4 Aplicações 
O controlador programável automatiza processos industriais, de seqüenciamento,
intertravamento, controle de processos, batelada, etc.
Este equipamento tem seu uso na área de automação da manufatura e de processos
contínuos.
Praticamente não existem ramos de aplicações industriais onde não se possa aplicar 
os CP’s. Por exemplo:
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•  máquinas industriais (operatrizes, injetoras de plástico, têxteis, calçados);
•  equipamentos industriais para processos ( siderurgia, papel e celulose, petroquímica,
química, alimentação, mineração, etc);
•  equipamentos para controle de energia (demanda, fator de carga);
•  controle de processos com realização de sinalização, intertravamento e controle
PID;
•  aquisição de dados de supervisão em: fábricas, prédios inteligentes, etc;
•   bancadas de teste automático de componentes industriais.
Com a tendência dos CLP’s terem baixo custo, muita inteligência, facilidade de uso
e massificação das aplicações, este equipamento pode ser utilizado nos processos e nos
 produtos. Poderemos encontrá-lo em produtos eletrodomésticos, eletrônicos, residenciais e
veículos.
2.5  Constituição de um CLP
Um CLP é constituído por módulos de entrada e de saída (hardware) onde as
funções disponíveis podem ser programadas em uma memória interna ( software), através
de uma linguagem de programação que possui um padrão internacional chamado IEC 1131-
3, uma fonte de alimentação e uma CPU (Unidade Central de Processamento). Cada
unidade que compõe um CLP é responsável pelo seu funcionamento.
Figura 2.2 – Constituição de um CLP
As configurações oferecidas pelos diversos fabricantes de CLPs podem ser 
divididas em duas formas básicas:
a) Compacta – onde a CPU e todos os módulos de entrada e saída (E/S) estão no mesmo
rack . Um CLP deste tipo pode atender cerca de 80% das aplicações de automação mais
comuns.
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b) Modular – onde a CPU e cada um dos módulos de E/S se encontram separados e são
montados de acordo com a configuração exigida.
Figura 2.3 – Aspecto físico de um CLP modular 
O diagrama de blocos abaixo representa a estrutura básica de um controlador 
 programável com todos os seus componentes. São estes componentes que irão definir a
configuração do CLP.
2.5.1 CPU
Segundo Moraes e Castrucci (p.31, 2001), a CPU é “responsável pela execução do
 programa do usuário, atualização da memória de dados e memória-imagem das entradas e
saídas”. Inicialmente com a segunda geração de CLP (barramento de dados, endereço e
controle), a CPU era constituída por um microcontrolador. A opção por microcontroladores
 baseava-se pelo custo-benefício, facilidade de manuseio, e também pela baixa
complexidade dos  softwares. Com exceção dos CLPs de pequeno porte, em geral, eles
apresentam um microprocessador na forma de um CI dedicado.
A CPU é o cérebro do sistema. Atualmente, é constituída por microprocessador ou
microcontrolador de 8, 16 ou 32 bits e, em CP´s maiores, um co-processador adicional para
aumentar a capacidade de processamento em cálculos complexos com aritmética de ponto
flutuante, uma memória RAM e uma memória  Flash EPROM ou E2PROM (para backup 
do programa).
A maioria dos fabricantes de CP´s especificam os tempos de varredura como função
do tamanho do programa (p.ex. 10 ms/1k de programa), e situam-se na faixa de 0,3 à 10
ms/k, caracterizando a existência de CP´s rápidos e lentos.
2.5.2  Memórias
As memórias podem ser divididas em dois grupos conforme a função:
Memória de Dados: também conhecida como memória de rascunho. Serve para armazenar 
temporariamente os estados de E/S, marcadores de presets de temporizadores/contadores e
valores digitais para que a CPU possa processa-los. A cada ciclo de varredura a memória de
dados é atualizada. Geralmente é uma memória do tipo RAM.
Memória de Usuário: serve para armazenar as instruções do  software aplicativo e do
usuário (programas que controlam a máquina ou a operação do processo), que são
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continuamente executados pela CPU. Pode ser memória RAM, EPROM, NVRAM ou
FLASH-EPROM.
2.5.3 Terminal de Programação (TP)
Pode ser outro computador dedicado usado para elaborar os programas que serão
usados no CLP.
Em geral, usa-se um computador pessoal (PC) com um  software emulador do TP
dedicado.
2.5.4 Interface Homem-Máquina (IHM)
É responsável pela comunicação do operador com o sistema para atuar em variáveis
do processo (tais como temperatura, pressão, etc.) sem que se interfira com o programa ouque se entenda ele.
Existe uma enorme gama de IHMs: displays de uma ou dezenas de linhas ou
gráficos, de acordo com a aplicação e necessidade.
2.5.5 Portas de Comunicação (TER e AUX)
Permitem a comunicação da CPU com o TP (TER) e da CPU com a IHM (AUX).
2.5.6 Interface para Comunicação em Rede
Permite a comunicação do CLP com outros CLPs e com um PC. É colocada nolugar de um dos módulos de E/S ou em uma parte específica da CPU.
O tipo de interface e o cabo utilizado irão definir o padrão físico e o protocolo de
rede. Ex.: MPI ou PPI ( point to point ), MODEBUS, FIELDBUS, PROFIBUS.
Comunicação Serial: é a mais comumente utilizada e é feita utilizando-se simples
cabos de par trançado. Os padrões mais utilizados são o RS232C, loop de corrente 20 mA e
o RS-422/RS-485 em alguns casos.
RS-232C: é empregada para velocidades de transmissão de até 20k baud (bits/s) e distância
máxima de 15 metros, que se utilizada com modems, pode ser aumentada.
RS-422/RS-485: é uma versão melhorada do padrão RS-232C. Ela possibilita o emprego
de velocidades de transmissão de até 100k baud para distâncias de até 1200 m, podendo
alcançar velocidades da ordem de Mbaud para distâncias menores. Loop de Corrente 20 mA: é idêntica à RS232C, e como é baseada em níveis de correntes
ao invés de tensões, permite o emprego de distâncias bem maiores.
Muitos CLP´s oferecem ambos os padrões: RS-232C e loop de corrente.
2.5.7 Blocos de Entrada/Saída
São responsáveis pela aquisição de dados de variáveis do processo e acionamento
de dispositivos físicos como relés, sinalizadores, etc.
O acesso a esta interface pode ocorrer por bornes, blocos de bornes ou cabos e
conectores.
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As entradas e saídas de um CLP podem ser divididas em duas categorias: as
analógicas e digitais. Na figura abaixo são ilustrados estes dois modelos de interfaces I/O
(Daher, 2003).
Figura 2.4 - Interfaces de I/O digitais e analógicas.
 Na entrada, o módulo aceita as tensões usuais de comando (24 Vcc, 110/220 Vca)
que chegam e as transforma em tensões de nível lógico aceitos pela CPU.
As entradas analógicas são referentes aos dispositivos que trabalham com grandezas
analógicas, como por exemplo, temperatura, umidade relativa, pressão, entre outras. Para
que a CPU trabalhe com esses valores analógicos é necessário que essas entradas sejam
convertidas usando conversoresA/D (analógico para digital).
O módulo de saída comuta as tensões de controle fornecidas, necessárias para
acionar vários dispositivos conectados.
O isolamento é feito através de opto-acopladores ou transformadores (isolamento
galvânico).
As entradas e saídas são organizadas por tipos e funções, e agrupadas em grupos de
2, 4, 8, 16 e até 32 “pontos” (ou circuitos) por interface (cartão eletrônico) de E/S. Os
cartões são normalmente do tipo de encaixe e, configuráveis, de forma a possibilitar uma
combinação adequada de pontos de E/S, digitais e analógicas.
A quantidade máxima de pontos de E/S, disponíveis no mercado de CP´s, pode
variar de 16 a 8192 pontos normalmente, o que caracteriza a existência de pequenos,
médios e grandes CP´s.
2.5.8 Fonte de alimentação
A alimentação de energia do CLP utiliza uma fonte chaveada e uma única tensão de
saída de 24 V. Esse valor já é utilizado com a finalidade de alimentar os módulos de
entrada e saída de dados e a CPU ao mesmo tempo. Outra característica importante é que
normalmente as máquinas industriais, funcionam com essa tensão por ser bem menos
suscetível a ruídos. Outro ponto destacável, é que essa tensão já é compatível com o
sistema de comunicação RS-232.
Como foi visto, o CLP é formado por uma fonte de alimentação, uma CPU, e
interfaces de I/O, porém pode-se considerá-lo como uma pequena caixa contendo centenas
ou milhares de relês separados, tais como contadores, temporizadores e locais de
armazenamento de dados, conforme o diagrama da figura 2.5 (Silva Filho, 2000). Na
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verdade o que ocorre é que o CLP simula essas funcionalidades, utilizando os registradores
internos da CPU,
Figura 2.5 - Funcionalidades de um CLP.
onde:
•  Relês de entrada (contatos): Conectados com o mundo externo. Existem fisicamente
e recebem sinais de interruptores, sensores etc. Normalmente não são relês e sim
transistores munidos de isolamento óptico. No caso do CLP TP-02 da WEG
Automação, o símbolo na linguagem LADDER que representa este tipo de relé é a
letra “X”;
•  Relês de utilidade interna (contatos): Não recebem sinais do mundo externo e não
existem fisicamente. São relês simulados que permitem eliminar relês de entrada
externos (físicos). Também há alguns relês especiais que servem para executar só
uma tarefa, como relês de pulso, temporizadores etc. Outros são acionados somente
uma vez durante o tempo no qual o CLP permanece ligado e tipicamente são usados
 para inicializar dados que foram armazenados. No caso do CLP TP-02 o símbolo na
linguagem LADDER que representa este tipo de relê é a letra “C”;
•  Contadores (Counters): Estes não existem fisicamente. São contadores simulados e
 podem ser programados para contar pulsos. Normalmente, estes contadores podem
contar para cima (incrementar), ou abaixo (decrementar), ou ambos. Considerando
que são simulados, os contadores estão limitados na velocidade de contagem.
Alguns fabricantes também incluem contadores de alta velocidade baseados em
hardware, podendo ser considerados como fisicamente existentes.
•  Temporizadores (Timers): Estes também não existem fisicamente. O mais comum é
o tipo com “Retardo no Ligamento”. Outros incluem “Retardo no desligamento” e
tipos retentivos e não-retentivos. Os incrementos variam de um mili-segundo até um
segundo;
•  Relês de saída: Estes possuem conexão com o mundo externo e existem
fisicamente. Enviam sinais de ON/OFF a solenóides, luzes, etc., podem ser 
transistores, Relês ou Triacs, dependendo do modelo de CLP. No caso do CLP TP-
02, o símbolo na linguagem LADDER que representa este tipo de relé é a letra “Y”;
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•  Armazenamento de dados: Normalmente há registros designados simplesmente para
armazenar dados. Eles são usados como armazenamento temporário para
manipulação matemática ou de dados. Podem ser usados quando houver ausência de
energia no CLP.
2.5.9  Classificação
Embora uma classificação de CLP´s devesse levar em conta a combinação de vários
aspectos tais como número de pontos de E/S, capacidade de memória, comunicação,
recursos de software e programação, etc., para propósitos práticos, pode-se considerar a
seguinte classificação: Micro e Mini CLP´s, CLP´s de pequeno porte, CLP´s de médio
 porte e CLP´s de grande porte.
Uma classificação, em função do número de E/S, aceita, é apresentada na tabela 2.1.
Tabela 2.1 – Classificação dos CLPs
PORTE No. de PONTOS
Micro +/- 20
Mini +/- 180
Pequeno +/- 400
Médio Até 3000
Grande Acima de 3000
Considerando um CLP do tipo compacto, uma configuração mínima para o
equipamento poderia ser a seguinte: 16 entradas digitais, 12 a 16 saídas digitais, 8 entradasanalógicas, 1 a 2 saídas analógicas, 4 entradas de contagem de baixa velocidade (500 Hz), 2
contadores de 10 a 40 kHz, centenas de memórias ( flags), contadores e temporizadores.
2.5.10  Especificação
A especificação de um CLP pode ser feita em função do número de sensores e
atuadores necessários. Ainda deve-se conhecer o nível elétrico dos sinais envolvidos, tanto
na entrada como na saída.
2.6  Estrutura de Programação
O princípio de funcionamento de um CLP é semelhante ao de todo sistema
microprocessado, baseando-se em três passos:
Com a partida, o CLP executa as seguintes tarefas:
1ª.) Transfere os sinais existentes na interface de entrada para a memória de dados (RAM).
2ª.) Inicia a varredura do software aplicativo armazenando-o na memória de dados. Dentro
deste ciclo, executará todas as operações que estavam programadas no  sofware aplicativo,
como intertravamentos, habilitação de temporizadores/contadores, armazenagem de dados
 processados na memória de dados, etc...
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3ª.) Concluída a varredura do software aplicativo, o CP transfere os dados processados
(resultados das operações lógicas) para a interface de saída.
Paralelamente, novos dados provenientes da interface de entrada irão alimentar a memória
de dados.
A figura 2.6 ilustra o ciclo de operação de um CLP (Silva Filho, 2000).
Figura 2.6 – Ciclo de processamento
O programa completo para o controle do sistema é armazenado em uma área de
memória denominada Programa do Usuário. Divide-se o programa em partes chamadas
Blocos. Os Blocos podem ser identificados por letras e números.
Usa-se uma linguagem de programação regulamentada pela norma IEC 1131-3, que
 permite escrever o programa em cinco representações diferentes, que serão vistos a seguir.
2.7 Aspectos de Software 
Além do número de pontos de E/S, o que determina a utilização de um CLP são os
recursos de software disponíveis, ou seja, quais funções podem ser executadas. Todos os
CLP´s possuem as seguintes funções básicas de software:
- Lógica E, OU e XOR;
- SET e RESET;
- Temporização e contagem;
- Cálculos com aritmética básica (+, -, x, %);
- Parênteses (para associação de lógicas);
- Comparação de valores;
- Registrador de deslocamento;
- Salto.
Estas funções são detalhadas no capítulo 4.
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A medida que os CLP´s tem sua capacidade de processamento aumentada, surge a
necessidade de funções de software mais avançadas, tais como:
- Cálculos com ponto flutuante;
- Cálculos integrais e trigonométricos;
- Malha de controle PID;
- Posicionamento;
- Contagem rápida;
- Leitura de sinais analógicos;
- Linearização de sinais analógicos;
- Lógicafuzzy;
- Outros.
Algumas destas funções são abordadas no capítulo 5.
2.8  Linguagens de Programação
A programação traduz as funções a serem executadas. Para isso, ela deve ser a mais
simples possível. A linguagem de programação é baseada na memotécnica, e através de
uma linguagem específica, que usa abreviações, figuras e números, se torna acessível a
todos os níveis tecnológicos, principalmente aos técnicos e engenheiros (lógica de relés).
Hoje, a linguagem de programação é padronizada segundo a norma IEC 1131-3
(estabelecida em 1993) e visa atender tanto os conhecimentos da época do relé, ditos
comandos elétricos, onde os sistemas eram automatizados fazendo-se uso destes, como os
conhecimentos da era digital, onde os sistemas são automatizados usando-se CLPs. No
 primeiro caso, adequa-se a representação da linguagem pelos diagramas de contatos, e no
segundo, a representação pelos diagramas lógicos da tecnologia digital, ou ainda a
representação matemática.
Existem diferentes formas de representação para a mesma linguagem e que são
detalhadas na seção 3.2, desta apostila:
2.9 Terminologia 
A linguagem de programação dos CLP´s consiste de um conjunto de termos
comumente usados, cujo entendimento se faz necessário e que são descritos a seguir.
Sensor 
Um sensor é um dispositivo que converte uma condição física em um sinal elétrico
 para uso pelo CLP. Os sensores são conectados na entrada de um CP. Ex.: um botão tipo
 pushbutton conectado na entrada do CLP envia um sinal elétrico indicando a condição
(aberto/fechado) de seus contatos.
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Figura 2.7 – Exemplo de um sensor lógico.
Atuador 
O atuador converte um sinal elétrico proveniente do CLP em uma condição física.
Os atuadores são conectados na saída do CLP. Ex.: uma chave de partida de motor elétrico
conectada na saída do CLP irá partir ou parar o motor, conforme o sinal enviado para a
saída do CLP.
Figura 2.8 – Exemplo de um atuador.
Entrada Discreta
Também referida como entrada digital, é uma entrada que possui duas condições:
ligada ou desligada.
Exemplos:  pushbuttons, chaves fim-de-curso, chaves seletoras, pressostatos, chave
de nível, contatos de relés, chaves limitadoras e chaves de proximidade podem ser conectadas às entradas discretas do CLP. Na condição fechada ou ligada, a entrada pode ser 
referida como nível lógico 1 (um) ou alto. Na situação aberta ou desligada, esta entrada
 pode ser referida como nível lógico 0 (zero) ou baixo.
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Figura 2.9 – Representação de diversos tipos de contato nas entradas do CLP.
 No exemplo da figura 2.10 usa-se uma chave tipo  pushbutton com os contatos
normalmente abertos - NA (ou em inglês Normally Open – NO). Um dos lados da chave é
conectado na primeira entrada do CLP e o outro lado é conectado em uma fonte de 24 Vcc.
 No estado aberto, não existe tensão presente na entrada do CLP, caracterizando a condição
desligado. Quando a chave é pressionada, aplica-se 24 Vcc na entrada do CLP,
caracterizando a condição ligado.
Figura 2.10 – Funcionamento de uma chave tipo pushbutton.
Entrada Analógica
Caracteriza-se por um sinal contínuo aplicado na entrada. Valores típicos podem
variar de 0 a 20 mA ou 0 a 10 V. Ex.: um transmissor de nível monitora o nível de líquido
em um tanque. Dependendo de sua condição, o nível deve ser informado ao CLP através de
um sinal proporcional à variação do líquido.
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Figura 2.11 – Exemplo de Entrada Analógica
Entre os sensores que podem ser aplicados estão os transdutores de tensão e
corrente, temperatura, pressão, potenciômetros e etc. Normalmente, os CLPs do tipo compacto possuem um ou dois circuitos conversores
Analógico/Digital, A/D, e um determinado número de canais de entrada (4, 8 ou 16)
multiplexado. Deve-se configurar a entrada, informando qual o canal a ser lido e que tipo
de sinal elétrico que é usado na entrada. Os sinais elétricos padronizados apresentam um
dos formatos, vistos na tabela 2.2.
Tabela 2.2 – Formato dos sinais analógicos padronizados
Tipo de Sinal Valor mínimo Valor máximo
Tensão 0 10 V
Corrente 0 20 mA
Corrente 4 20 mA
Em ambiente industrial, prefere-se o terceiro padrão, em função da possibilidade de
rompimento do cabo que conduz o sinal desde o ponto onde está instalado o sensor até o
CLP.
Figura 2.12 – Aplicação de entrada analógica
Saída Discreta
É uma saída que pode assumir duas condições: ligada ou desligada. Solenóides,
 bobinas contatoras, alarmes, sinaleiros, bobinas de relés, contactoras e lâmpadas são
exemplos de atuadores conectados a uma saída discreta ou digital. No exemplo abaixo, uma
lâmpada pode ser ligada ou desligada pela saída do CLP à qual está conectada.
Grandeza Fisica
Sensor Transdutor EA
C
L
Pd = 50 m
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Figura 2.13 – Exemplo de uma saída discreta
As saídas digitais dos CLPs podem se apresentar sob duas formas: saídas à relé e
saídas à transistor.
 Nas saídas à relés deve-se limitar a corrente e instalar fusíveis para a proteção do
circuito, considerando o nível máximo de tensão aplicada. Podem ser usadas para acionar 
diretamente atuadores, desde que respeitado o limite de corrente.
 No CLP TP02 da WEG tem-se saídas agrupadas de 2 A, 250 V. Já, no micro-CLP
CLIC da WEG, as saídas são individuais de 10 A, 250 V.
As saídas à transistor possuem baixos limites de corrente e tensão (da ordem de 300
mA, 24 V, para os CLPs TP02). Deve ser observada a polaridade dos componentes no
circuito.
Comparativamente, as saídas à transistor possuem uma vida útil e velocidade muito
maiores do que as saídas à relé e ocupam espaços menores. Cartões com relés possuem no
máximo 8 saídas, enquanto nos cartões com transistor, chega-se a 32 saídas.
Para compensar os pequenos sinais de saída a transistor, pode-se acoplar cartões
com micro-relés, conforme a figura 2.14.
Figura 2.14 – Esquema de um micro-relé.
Saída Analógica
Uma saída analógica possui um sinal que pode variar continuamente. A saída pode
ser tão simples como um nível de 0 a 10 Vcc para acionar um medidor analógico (de
velocidade, peso ou temperatura), como em situações mais complexas, tais como um
24 V
+
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transdutor pneumático de corrente que controla uma válvula de controle de fluxo operada à
ar, válvulas proporcionais ou até mesmo o acionamento de motores.
Figura 2.15 – Exemplo de uma saída analógica.
Da mesma forma que ocorre com as entradas analógicas, a saída também exige a
configuração do canal, em função do CLP compacto possuir normalmente um conversor 
Digital/Analógico (D/A) e vários canais de saída multiplexados.
2.10 – O micro–CLP
Outra tendência de mercado atual é o uso de pequenos CLPs para controlar 
 processos locais ou tarefas simples, os quais se comunicam com outros CLPs e Sistemas
Supervisórios formando uma rede de automação. Isto é, em aplicações nas quais é
necessário automatizar um processo com poucos passos de programação, bem como com
 poucas entradas e saídas. Diversos fabricantes entraram nesse mercado através do
lançamento de CLPs de pequeno porte, de programação simples e baixo custo.
A figura 2.16 ilustra o Micro-CLPCLIC, da WEG, o qual constitui um exemplo
clássico desse equipamento.
Figura 2.16 – O Clic - Microcontrolador Programável.
2.11 - Considerações de projeto
Para adequar um Controlador Lógico Programável (CLP) a um sistema ou a uma
máquina é necessário verificar o número de pontos de entrada, o número de pontos de
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saída, a velocidade de processamento e os tipos de entradas e saídas (sensores e atuadores)
necessários à aplicação.
De fato, os Controladores Lógicos Programáveis, como todas as ferramentas de
automação, estão em constante desenvolvimento, no sentido da redução de custos, da
dimensão física, do aumento da velocidade, da facilidade de comunicação, e também no
aperfeiçoamento interfaces mais amigáveis.
A flexibilidade dos CLPs indica que, as alterações lógicas podem ocorrer com
grande facilidade, sem que sejam necessárias alterações do  Hardware ou inclusão de
componentes eletrônicos ou elétricos. Esta é a principal característica dos sistemas de
automação flexíveis e o que faz dos CLPs ferramentas de grande aplicação nas estruturas de
automação.
Além da linguagem de contatos, existem outras formas de programação
características de cada fabricante. Pode-se concluir então que os projetos de automação e
controle envolvendo CLPs reduzem o trabalho de desenvolvimento de  Hardware dos
circuitos lógicos do acionamento, bem como os dispositivos e potência para acionamento
de cargas e dos atuadores, uma vez que é possível escolher módulos de saída já prontos,
adequados ao tipo de carga que se deseja acionar.
A utilização do CLP contempla, por conseguinte, alguns passos genéricos:
•  Definição da função lógica a ser programada;
•  Transformação desta função em programa assimilável pelo CLP;
•  Implementação física do controlador e de suas interfaces com o processo.
Bibliografia do Capítulo 
WEG Indústrias, “Automação de Processos Industriais”. Apostila do Curso módulo III.
Jaraguá do Sul, SC, 2006.
Georgini, Marcelo, “Automação Aplicada – Descrição e Implementação de Sistemas
Seqüenciais com PLCs”, Livro. Editora Érica, São Paulo, 2000.
 Natale, Ferdinando, “Automação Industrial”. Livro, Ed. Érica, São Paulo, 2003.
Moraes e Castrucci, Engenharia de Automação Industrial, livro. Editora LTC, São Paulo,2007.
Revista ABINEE - Nº 42 - Agosto/2007.
DEXTER, “Curso de Automação Industrial”. Apostila do Curso, 2001.
WEB: http://www.amarcato.ufjf.br/eletrica/automacao/arquivos/Automacaocapitulo1.pdf 
acessada em outubro de 2006.
Carrilho, Eduardo, “Material de aula da disciplina Automação de Sistemas e
Instrumentação Industrial”, Curso de engenharia elétrica no IME, São Paulo. Web:
http://aquarius.ime.eb.br/~aecc/Automacao/index.html, acessada em maio de 2007.
SENAIFORMADORES, 2005. Fundamentos de Automação Industrial – TUTORIAL, url:
WEB: http://www.senaiformadores.com.br/Cursos/01/, acessada em outubro de 2006.
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UNIDADE III – Lógica e Linguagem de Programação
3.1 Introdução 
 Na execução de tarefas ou resolução de problemas com dispositivos
microprocessados se faz necessária a utilização de uma linguagem de programação, através
da qual o usuário se comunica com a máquina.
A linguagem de programação é uma ferramenta necessária para gerar o programa,
que vai coordenar e sequenciar as operações que o microprocessador deve executar.
CLASSIFICAÇÃO
⇒  Linguagem de baixo nível⇒  Linguagem de alto nível
A - LINGUAGEM DE BAIXO NÍVEL
Linguagem de Máquina
É a linguagem corrente de um microprocessador ou microcontrolador, onde as
instruções são escritas em código binário (bits 0 e 1). Para minimizar as dificuldades de
 programação usando este código, pode-se utilizar também o código hexadecimal , como
vistos nos exemplos abaixo.
Código Binário Código Hexadecimal
 
 Endereço Conteúdo
0000000000000000 00111110
0000000000000001 10000000
0000000000000010 11010011
0000000000000011 00011111
0000000000000100 00100001
0000000000000101 00000000
0000000000000111 01111110
0000000000001000 001000110000000000001001 10000110
0000000000001010 00111111
0000000000001011 00000001
0000000000001111 11011010
0000000000010000 00000000
0000000000010001 11011010
 Endereço Conteúdo
0000 3E
0001 80
0002 D3
0003 1F
0004 21
0005 00
0006 10
0007 7E0008 23
0009 86
000A 27
000B D3
000C 17
000D 3F
Cada item do programa chama-se linha ou passo e representa uma instrução ou dado
a ser operacionalizado.
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Linguagem Assembler  
 Na linguagem assembler o programa é escrito com instruções abreviadas, chamadas
mnemônicos.
 
 Endereço Conteúdo
0000 MVI A,80H
0002 OUT 1FH
0004 LXI ,1000H
0007 MOV A,M
0008 INX H
0009 ADD M
000A DAA
000B OUT 17H000D MVI A,1H
000F JC 0031H
0012 XRA A
0013 OUT 0FH
0015 HLT
Cada microprocessador ou microcontrolador possui estruturas internas diferentes,
 portanto seus conjuntos de registros e instruções também são diferentes.
B - LINGUAGEM DE ALTO NÍVEL
É uma linguagem próxima da linguagem corrente utilizada na comunicação de
 pessoas.
Compiladores e Interpretadores
Quando um microcomputador utiliza uma linguagem de alto nível, é necessária a
utilização de compiladores e interpretadores para traduzirem este programa para a
linguagem de máquina.
Vantagem: Elaboração de programa em tempo menor, não necessitando conhecimento da
arquitetura do microprocessador.
COMPILADOR 
OU
INTERPRETADOR 
 
PROGRAMA
1111
0000
0101
0100
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Desvantagem: Tempo de processamento maior do que em sistemas desenvolvidos em
linguagens de baixo nível.
Exemplos de linguagens de alto nível: Pascal, C, Fortran, Cobol, etc.
3.2 Programação de CLPs
De maneira geral, o programa do CLP é um conjunto de expressões booleanas.
As expressões são avaliadas uma a uma seqüencialmente a cada ciclo de varredura,
e o resultado correspondente é armazenado na memória intermediária do CLP.
Ao terminar a avaliação, a parte da memória intermediária correspondente às saídas
é copiada nas saídas.
 Normalmente programa-se um controlador através de um software que possibilita asua apresentação ao usuário em diferentes formas:
A norma IEC 1131-3 define as seguintes linguagens de programação:
• Linguagens Gráficas 
- Diagramas de Funções Seqüenciais (Sequential Function Chart  – SFC) - evolução
do graphcet francês.
- Diagramas de Contatos ( Ladder Diagram – LD) - programação como esquemas de
relés.
- Diagramas de Blocos de Funções ( Function Block Diagram  – FBD) - blocos
lógicos representando portas “E”, “OU”, “Negação”, “Ou exclusivo”, etc.
• Linguagens Textuais 
- Lista de Instruções ( Instruction List  – IL)
- Texto Estruturado (Structured Text  – ST) - linguagem que vem substituir todas as
linguagens declarativas tais como linguagem de instruções, BASIC estruturado e inglês
estruturado. Esta linguagem é novidade no mercado internacional e é baseada no Pascal.
A linguagem mais difundida é o diagrama de contatos ( Ladder ), devido à
semelhança com os esquemas elétricos usados para o comando convencional e a facilidade
de visualização nas telas de vídeo dos programadores (CRT).
O software pode apresentar-se de forma linear, onde o programa é varrido desde a primeira até a última instrução, não importando-se com a necessidade ou não de ser 
executada uma parte do programa. É uma característica dos processadores mais simples
(BitProcessor).
Por outro lado, na programação estruturada, um programa principal é lido, e
conforme a sequência de eventos, os blocos de programa e funções são executados. Uma
grande vantagem está na otimização do software, que oferece a possibilidade de utilização
de subrotinas e subprogramas.
Alguns CLPs possibilitam a apresentação do programa do usuário em uma ou mais
formas, enquanto alguns  softwares de programação permitem migrar de uma linguagem
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 para outra, como, p. ex., de  Ladder  para Lista de Instrução, de  Ladder  para Diagrama
Lógico e vice-versa. Cabe ressaltar que cada um dos métodos de representação tem suas
 propriedades e limitações não sendo universal a intercambialidade entre eles. Por ex., um
 programa escrito em IL nem sempre pode ser escrito em LAD ou FBD.
As vantagens e desvantagens de cada uma das formas de linguagem de programação
são dependentes dos conhecimentos do programador.
A - Diagramas de Contatos
Segundo Moraes e Castrucci, (2001), a Linguagem  Ladder  ou a “Linguagem de
Diagrama de Contatos ( LADDER Diagram)” ou Diagrama de Relés ou Diagrama Escada,
originou-se dos diagramas elétricos em LADDER (Escada), cuja origem provém da Lógica
de Relês. Esta forma gráfica de apresentação está muito próxima à normalmente usada em
diagramas elétricos, como visto abaixo.
Exemplo:
------| |------| |--------------------------( )------
------| |--------------
A linguagem Ladder será detalhadamente estudada na seção 3.5.
B - Diagrama de Blocos Lógicos 
Mesma linguagem utilizada em lógica digital, onde sua representação gráfica é feita
através das chamadas portas lógicas.
Exemplo:
>=1
&
&
>=1
I 0.0
0.0
0.2
I 0.6
I 0.2
I 0.4
0.0
0.2
 
E1 E2
E3
S1
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C - Lista de Instrução
Linguagem semelhante à utilizada na elaboração de programas para computadores.
Exemplo :
: A I 1.5
: A I 1.6
: O
: A I 1.4
: A I 1.3
: = Q 3.0
( I 1.5 . I 1.6 ) + ( I 1.4 . I 1.3 ) = Q 3.0
3.3 Análise das Linguagens de Programação
A análise das linguagens tem por objetivo contribuir na escolha de um sistema que
melhor se adapte as necessidades de cada usuário. Esta análise se deterá nos seguintes
 pontos:
- Quanto à forma de programação;
- Quanto à forma de representação;
- Documentação;
- Conjunto de Instruções.
Quanto à Forma de Programação 
Programação Linear - programa escrito escrita em único bloco.
Programação Estruturada - Estrutura de programação que permite:
- Organização;
- Desenvolvimento de bibliotecas de rotinas utilitárias para utilização em vários programas;
- Facilidade de manutenção;
- Simplicidade de documentação e entendimento por outras pessoas além do autor do
software.
Permite dividir o programa segundo critérios funcionais, operacionais ou geográficos.
Quanto à Forma de Representação
•  Diagrama de Contatos;
•  Diagrama de Blocos;
•  Lista de Instruções.
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Documentação
A documentação é mais um recurso do editor de programa que de linguagem de
 programação. De qualquer forma, uma abordagem neste sentido torna-se cada vez mais
importante, tendo em vista que um grande número de profissionais estão envolvidos no
 projeto de um sistema de automação que se utiliza de CLPs, desde sua concepção até a
manutenção.
Quanto mais rica em comentários, melhor a documentação que normalmente se
divide em vários níveis.
Conjunto de Instruções
É o conjunto de funções que definem o funcionamento e aplicações de um CLP.
Podem servir para mera substituição de comandos a relés:
- Funções Lógicas;
- Memorização;
- Temporização;
- Contagem.
como também manipulação de variáveis analógicas:
- Movimentação de dados;
- Funções aritméticas.
Se funções complexas de algoritmos, comunicação de dados, interfaces homem-máquina,
 podem ser necessárias:
- Saltos controlados;
- Indexação de instruções;
- Conversão de dados;
- PID;
- sequenciadores;
- aritmética com ponto flutuante; etc.
3.4  Normalização
Existe a tendência de utilização de um padrão de linguagem de programação onde
será possível a intercambiabilidade de programas entre modelos de CLPs e até de
fabricantes diferentes.
Esta padronização está de acordo com a norma IEC 1131-3 e se torna possível
utilizando-se o conceito de linguagem de alto nível onde, através de um compilador, pode-
se adaptar um programa para a linguagem de máquina de qualquer tipo de
microprocessador, ou seja, um programa padrão pode servir tanto para o CLP de um
fabricante A como de um fabricante B.
A grande vantagem de se ter o software normalizado é que em se conhecendo um,
conhece-se todos, economizando em treinamento e garantindo que, por mais que um
fornecedor deixe o mercado, nunca se ficará sem condições de crescer ou repor 
equipamentos.
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3.5 Linguagem de Relés e Blocos (Ladder)
Os diagramas de contato são uma forma de programação de CLPs por meio de
símbolos gráficos, representando contatos (contacts) e bobinas (coils). Pelo fato de utilizar 
a lógica de relé é a linguagem de programação de CLP mais simples de ser assimilada por 
quem já tenha conhecimento de circuitos de comando elétrico.
Compõe-se de vários circuitos dispostos horizontalmente, com a bobina na
extremidade direita, alimentados por duas barras verticais laterais. Por esse formato é que
recebe o nome de ladder (ou escada, em português).
Existe uma linha vertical de energização a esquerda e outra linha a direita. Entre
estas duas linhas existe a matriz de programação formada por xy células, dispostas em x
linhas e y colunas. No exemplo abaixo tem-se um caso de 32 células, dispostas em 4 linhas
e 8 colunas.
 No exemplo acima, cada conjunto de 32 células é chamado de uma lógica do
 programa aplicativo. As duas linhas laterais da lógica representam barras de energia entre
as quais são colocadas as instruções a serem executadas. As instruções podem ser contatos,
 bobinas, temporizadores, etc.
A lógica deve ser programada de forma que as instruções sejam “energizadas” a
 partir de um “caminho de corrente” entre as duas barras, através de contatos ou blocos de
funções interligados. Entretanto, o fluxo de “corrente elétrica” simulado em uma lógica flui
somente no sentido da barra de energia esquerda para a direita, diferentemente dos
esquemas elétricos reais. As células são processadas em colunas, iniciando pela célulaesquerda superior e terminando pela célula direita inferior.
Cada célula pode ser ocupada por uma conexão (“fio”), por um bloco (relé de
tempo, operação aritmética,etc), ou ainda por um contato ou bobina.
Cada uma das linhas horizontais é uma sentença lógica onde os contatos são as
entradas das sentenças, as bobinas são as saídas e a associação dos contatos é a lógica.
Os contatos e bobinas são conectados por ligações (links) em ramos (rungs) como
num diagrama de lógica a relé.
As ligações são os “fios” de interconexão entre as células da lógica Ladder 
(contatos, bobinas e blocos de funções). Podemos ter ligações na horizontal, na vertical, e
Barra de energiadireitaBarra deenergia esquerda 
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ainda uma ligação negada (inversora). As ligações horizontais