Módulo 5 - Automação Industrial

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MATERIAL DIDÁTICO 
 
 
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 
 
 
 
 
CREDENCIADA JUNTO AO MEC PELA 
PORTARIA Nº 1.004 DO DIA 17/08/2017 
 
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Todos os direitos são reservados ao Grupo Prominas, de acordo com a convenção internacional de 
direitos autorais. Nenhuma parte deste material pode ser reproduzida ou utilizada, seja por meios 
eletrônicos ou mecânicos, inclusive fotocópias ou gravações, ou, por sistemas de armazenagem e 
recuperação de dados – sem o consentimento por escrito do Grupo Prominas. 
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SUMÁRIO 
 
UNIDADE 1 – INTRODUÇÃO ............................ .................................................... 3 
UNIDADE 2 – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL .................. ........................................ 5 
2.1 SURGIMENTO E EVOLUÇÃO ............................................................................... 5 
2.2 CONCEITOS BÁSICOS ....................................................................................... 7 
2.3 ÁREAS DE AUTOMAÇÃO .................................................................................. 10 
2.4 TERMOS E SIGLAS COMUNS À INFORMÁTICA E AUTOMAÇÃO ................................ 13 
UNIDADE 3 – SISTEMAS EMBARCADOS ................... ...................................... 16 
3.1 DEFINIÇÃO .................................................................................................... 18 
3.2 CARACTERÍSTICAS ......................................................................................... 19 
3.3 APLICAÇÃO NA INDÚSTRIA .............................................................................. 20 
3.4 SISTEMAS EMBARCADOS BASEADOS EM MICROCONTROLADOR, FPGA E 
PLATAFORMAS ..................................................................................................... 21 
UNIDADE 4 – AUTOMAÇÃO DE SUBESTAÇÃO DE POTÊNCIA ... .................. 26 
4.1 FUNÇÃO DO SISTEMA DE AUTOMAÇÃO .............................................................. 27 
4.2 ARQUITETURAS DOS SISTEMAS DE AUTOMAÇÃO............................................... 33 
UNIDADE 5 – CAMPOS DE USO DA AUTOMAÇÃO ............ ............................. 43 
5.1 PROCESSOS INDUSTRIAIS ............................................................................... 43 
5.2 GERENCIAMENTO DE ENERGIA ........................................................................ 48 
5.2.1 Funções de um Sistema de Gerência de Energia (SGE) ..................... 49 
REFERÊNCIAS .................................................................................................... 55 
 
 
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UNIDADE 1 – INTRODUÇÃO 
 
Ao pensarmos em automação industrial, seja filosófica ou 
sociologicamente, nos vem à mente uma preocupação: este é um tema polêmico! 
Afinal de contas estamos, numa maneira grosseira e direta, lidando com 
máquinas que substituem o homem. 
Do ponto de vista econômico e financeiro observa-se que são inúmeras 
as vantagens sobre o custo da obra. Enfim, é um processo irreversível e a 
verdade é que o conhecimento e domínio das novas tecnologias são realmente 
pré-requisitos para formação profissional em qualquer área. 
Outra observação inicial que vocês devem prestar atenção: serão 
necessárias atualizações periódicas, uma vez que essa área passa por constante 
evolução tecnológica. 
Automação pode ser definida como um processo onde são realizadas 
diversas operações industriais com o auxílio de diversos dispositivos eletrônicos 
e/ou mecânicos que controlam os seus próprios processos. 
Em outras palavras: modernizar os parques industriais, visando à 
competitividade de seus produtos, redução e custos e preços mais acessíveis dão 
origem a um conjunto de técnicas e procedimentos que denominamos 
automação. 
São inúmeros os usos da engenharia de automação, indo da aplicação 
em lavouras (por exemplo, usando controle lógico programável em pivô central) 
até as indústrias da construção pesada. 
Longe de esgotarmos o assunto, partiremos de definições, conceitos úteis 
e um pouco da história evolutiva da automação industrial. Áreas de automação; 
sistemas embarcados; a automação de subestação de potência; campos de 
aplicação da automação como os processos industriais e o gerenciamento de 
energia também serão contemplados ao longo do módulo. 
Ressaltamos em primeiro lugar que embora a escrita acadêmica tenha 
como premissa ser científica, baseada em normas e padrões da academia, 
fugiremos um pouco às regras para nos aproximarmos de vocês e para que os 
temas abordados cheguem de maneira clara e objetiva, mas não menos 
científicos. Em segundo lugar, deixamos claro que este módulo é uma compilação 
 
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das ideias de vários autores, incluindo aqueles que consideramos clássicos, não 
se tratando, portanto, de uma redação original e tendo em vista o caráter didático 
da obra, não serão expressas opiniões pessoais. 
Ao final do módulo, além da lista de referências básicas, encontram-se 
outras que foram ora utilizadas, ora somente consultadas, mas que, de todo 
modo, podem servir para sanar lacunas que por ventura venham a surgir ao longo 
dos estudos. 
 
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UNIDADE 2 – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 
 
2.1 Surgimento e evolução 
Até fins do século XIX, o homem e os animais somavam a força muscular 
para produção de bens. Mas, com o advento da Revolução Industrial e ao longo 
de todo século XX, vimos mudanças rápidas as quais podemos chamar 
inicialmente de produção mecanizada, mas ainda com o homem sendo o centro 
do processo, pois dele dependia o funcionamento das máquinas. No entanto, 
estas evoluíram e hoje podemos dizer que elas assumem tarefas e tomam 
decisões! 
Com o advento da eletrônica, esses dispositivos foram sendo 
substituídos, e no presente, a microinformática já assumiu o papel da produção 
automatizada, em que o homem, utilizando técnicas de inteligência artificial, 
materializadas pelos sistemas computadorizados, instrui um processador de 
informações a desenvolver tarefas complexas e tomar decisões rápidas para 
controle do processo. 
Todo o sistema de automação segue um princípio comum em que o 
gerenciador do processo é realimentado de informações resultantes da conclusão 
de cada tarefa, de forma a redimensionar ou reorientar a etapa seguinte, com o 
objetivo de alcançar o resultado final mais próximo possível daquele a que o 
dispositivo foi instruído a executar através de informações codificadas. 
O grau de complexidade de um sistema de automação pode variar 
enormemente. Os sistemas mais simples mantêm ainda uma forte participação do 
homem no processo. Os sistemas mais sofisticados, basicamente, dispensam a 
interferência do homem, a não ser como gerenciador do processo. De todo modo, 
podemos afirmar que a intenção é também substituir o homem em tarefas 
repetitivas, lógicas e sistemáticas. 
A introdução das primeiras formas de automaçãodeu-se nas indústrias de 
processo, por meio do desenvolvimento de equipamentos de controle e de 
medição elétrica e pneumática. Porém, a palavra automação ganhou relevância 
com o surgimento da máquina de comando numérico em 1949/50. Criada com 
capacidade para realizar certas operações previamente programadas sem a 
 
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intervenção direta de um operador, essa máquina abriu perspectivas para 
mudanças profundas na produção industrial (ROSÁRIO, 2009). 
As primeiras máquinas automáticas foram constituídas por sistemas de 
comando formados por circuitos com válvulas eletrônicas a vácuo e outros 
componentes, ligados por fios elétricos. A evolução tecnológica de materiais e de 
componentes agilizou o avanço das máquinas automáticas de controle numérico. 
Esses componentes e válvulas foram substituídos por transistores e, os fios, por 
placas de circuitos integrados. Entretanto, a ligação do sistema de comando 
continuava sendo feita de forma rígida, por meio de fiação com a máquina. O 
passo seguinte foi a substituição de todo esse sistema pelo computador, 
chegando-se ao CNC, versátil, sofisticado e revolucionário nas suas aplicações. 
Rosário (2009) define o Comando Numérico Computadorizado (CNC) 
como o uso do computador para comandar o caminho da ferramenta cortante de 
uma máquina operatriz, tendo com isso uma alta precisão no produto final e alta 
repetibilidade com um mesmo programa, podendo-se ainda associar o comando 
CNC diretamente com o CAD – Projeto Assistido por Computador – permitindo 
realizar o produto diretamente a partir do projeto. 
Essas máquinas não foram recebidas com entusiasmo, devido 
principalmente ao alto custo, à fragilidade das primeiras unidades, que exigiam 
permanente e custosa manutenção, e ao desempenho das máquinas universais, 
considerado satisfatório para a pequena e para a média empresa. 
Essa visão e esse comportamento não duraram, tendo em vista a 
evolução das máquinas CNC, que assumiram características próprias. O seu 
desempenho incluía possibilidade de mudanças de operações conforme o 
programa, troca automática de ferramenta e outros acessórios, capacidade de 
executar tarefas recebidas através de linhas de transmissão e armazenar as 
informações. A flexibilidade das máquinas e a comunicação estabelecida entre 
elas criaram um sistema de produção altamente integrado. Embora essas 
máquinas tenham as mesmas finalidades das máquinas universais, os 
procedimentos de trabalho da máquina CNC propiciaram ganho de produtividade 
por conta da redução de tempo e da melhoria da qualidade, suprimindo ou 
reduzindo trabalhos anteriormente necessários para a preparação e o 
 
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posicionamento da ferramenta e da peça, bem como paradas intermediárias para 
medições ou para comparações. 
 
2.2 Conceitos básicos 
Fialho (2011) nos lembra a importância de distinguir idiomaticamente os 
vocábulos automação e automatismo, uma vez que é grande o número de 
profissionais e leigos que os utilizam como se fosse sinônimos. 
Ele explica que automatismos são os meios, os instrumentos, máquinas, 
processos de trabalho, ferramentas ou recursos capazes de potencializar, reduzir 
ou até mesmo eliminar a ação humana dentro de um determinado processo 
produtivo, objetivando com isso, é claro, otimização, e consequente melhoria de 
produtividade. Neste ponto, é importante lembrar que há também uma diferença 
idiomática entre os vocábulos produção e produtividade. 
Já o vocábulo automação significa a dinâmica organizada dos 
automatismos, ou seja, suas associações de uma forma otimizada e direcionada à 
consecução dos objetivos do progresso humano. Portanto, não é, nunca foi e 
nunca será a mera substituição do elemento humano dentro do processo fabril, 
mas sim um meio de garantir alta produtividade com elevada eficiência e padrão 
de qualidade, permitindo redução no custo final do produto, bem como sua 
disponibilidade em tempo relativamente menor e em quantidades maiores 
(FIALHO, 2011). 
Em outras palavras, o conceito de automatização está ligado à realização 
de movimentos automáticos, repetitivos e mecânicos, sendo, portanto, sinônimo 
de mecanização, e mecanismo implica ação cega, sem correção. 
Já a automação possui um conceito de conjunto de técnicas por meio das 
quais se constroem sistemas ativos capazes de atuar com uma eficiência ótima 
pelo uso de informações recebidas do meio sobre o qual atuam. Com base nas 
informações recebidas, o sistema calcula a ação corretiva mais apropriada, ou 
seja, um sistema de automação comporta-se como o operador humano, utilizando 
as informações sensoriais. Ele pensa e executa a ação mais apropriada. 
Na automação existe uma autoadaptação a diferentes condições, de 
modo que as ações do sistema de maquinismos conduzam a resultados ótimos. A 
 
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automação está ligada à utilização de sistemas automáticos. Pode-se definir 
ainda a automação como sendo um sistema que tende a aumentar a eficiência de 
um determinado processo. 
A automação industrial na maioria das vezes processa-se da seguinte 
maneira: um computador recebe os sinais provenientes dos vários instrumentos 
de medidas da fábrica, compara tais medidas com os valores ideais e realiza 
operações matemáticas com a finalidade de gerar sinais de correção, que 
instruirão os dispositivos de controle acerca da alteração mais apropriada para 
cada instante, com o intuito de conduzir a uma produção ótima sob um 
determinado ponto de vista, seja ele qualitativo ou quantitativo (ROSÁRIO, 2009). 
Automação é, então, todo processo que realiza tarefas e atividades de 
forma autônoma ou que auxilia o homem em suas tarefas do dia-a-dia. As antigas 
rodas d’água, os pilões e os moinhos são considerados sistemas automatizados. 
Com o advento das máquinas, principalmente após a chegada da máquina a 
vapor, a automação estabeleceu-se dentro das indústrias e, como consequência 
imediata, a elevação da produtividade e da qualidade dos produtos e dos 
serviços. Ainda assim a automação era muito dependente do homem, pois havia 
máquinas automáticas espalhadas pelas fábricas, mas sem integração entre elas. 
Um conceito mais abrangente de automação pode ser definido como a 
integração de conhecimentos substituindo a observação, os esforços e as 
decisões humanas por dispositivos (mecânicos, elétricos e eletrônicos, entre 
outros) e softwares concebidos por meio de especificações funcionais e 
tecnológicas, com uso de metodologias. 
As duas figuras abaixo ilustram esse conceito por meio da 
interdisciplinaridade de áreas afins e baseando-se em cinco elementos-chave 
descritos como um pentágono da automação: Modelagem de Sistemas, 
Atuadores e Sensores, Sinais e Sistemas, Sistemas Lógicos, Computadores e 
Redes de Comunicação e finalmente Software e Sistemas de aquisição de dados. 
 
 
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Conceito abrangente de automação 
 
Fonte: Rosário (2009, p. 24). 
 
Extensão do conceito de automação 
 Modelagem de sistemas 
 
 Atuadores e sensores. Sinais e sistemas. 
 
 Software e Computadores, redes de 
Aquisição de Dados. comunicação e sistemas lógicos. 
 
Um conceito estendido de Automação está relacionado com seus 
diferentes níveis dentro de um processo automatizado. Esses níveis podem ser 
classificados em: 
• nível 1 – chão de fábrica, constituído de sensores e de atuadores 
industriais; 
• nível 2 – equipamentos e máquinas industriais; 
• nível 3 – gerenciamento – servidores e estações de trabalho; 
• nível 4 – células integradas de automação da manufatura; 
• nível 5 - controle de processos industriais; e, 
• nível 6 - gestão e gerenciamento da produção industrial. 
 
 
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2.3 Áreas de automação 
Nas atividades humanas, a automação foi criada para facilitar a realização 
das mais diversas atividades. Ela pode ser observada: 
� nas residências – nas lavadoras de roupas e de loucas automáticas; nos 
micro-ondas; nos controles remotos de portões de garagem, etc.; 
� na rua – nos caixas de bancos automáticos; nos controladores de 
velocidades de automóveis; 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 a 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. (MARTINS, 2012). 
Já no meio produtivo, entendendo que 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, a automação se faz sentir 
nos seguintes processos: 
� processo industrial contínuo – quando a maioria das variáveis de controle é 
manipulada na forma contínua ou analógica. (Indústria Química, 
farmacêutica, etc.); 
� processo industrial discreto – quando a maioria das variáveis de controle é 
manipulada na forma discreta ou digital (MARTINS, 2012). 
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: 
 
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1. A mecânica , através das maquinas 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, esta 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 relevância 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. 
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: 
 
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� sensoriamento; 
� comparação e controle; 
� atuação. 
Feitas estas considerações acerca da automação, uma verdadeira defesa 
de sua importância e praticidade para alavancar a competitividade e mesmo a 
sobrevivência das organizações produtoras de bens, daremos um exemplo 
interessante de processo de automação rudimentar antes de passarmos aos 
conceitos úteis na área. 
Processo de automação rudimentar 
 
Fonte: Mamede Filho (2012, p. 527). 
 
Através da ilustração acima, pode-se observar que no ponto ‘A’ fornecido 
ao sistema de produção, um certo volume (V) de água numa temperatura variável, 
a ser aquecida por uma determinada quantidade de gás (Qg) a uma dada pressão 
(P) fornecida através do ponto B. 
O gerenciador do processo, no presente caso, o homem, é instruído a 
manter constante o volume de saída de água quente a uma temperatura T, no 
ponto C. Ao perceber que a temperatura da água diminuiu (sensor óptico), o 
homem tem essa informação enviada a seu cérebro, que toma a decisão de fazer 
sua mão direita aumentar a quantidade de gás (Qg) na medida exata para manter 
constante a temperatura Tf. 
 
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Pode-se concluir que o gerenciador do processo através de sua visão 
(sensor óptico) está constantemente recebendo informação do termômetro T 
(sensor de temperatura) para comparação. A essa forma de aquisiçãode dados 
dá-se o nome de realimentação ou feedback. 
Num processo de automação mais evoluído, o homem é substituído por 
uma máquina (computador) dotada de inteligência artificial (software) que, além 
de aquisitar os dados on-line de temperatura T e quantidade de gás Qg, envia 
sinais digitais, que, por sua vez, são convertidos em sinais analógicos para um 
servomecanismo operar as válvulas reguladoras de forma a manter temperatura 
no valor instruído. 
 
2.4 Termos e siglas comuns à informática e automaçã o 
Abaixo estão termos e/ou siglas em português ou inglês que são comuns 
na linguagem de informática, notadamente na leitura de textos dedicados à 
automação. 
a) Memória RAM (Random Access Memory): 
São memórias que armazenam os dados variáveis e temporários, tais 
como correntes, tensão, alarmes, etc., que podem ser eliminados quando da 
perda da fonte de tensão auxiliar, sem que isto venha a comprometer o 
desempenho da máquina. 
b) Memória ROM (Read Only Memory): 
São memórias cujo processador só consegue ler seus dados, quando 
introduzidos pelo próprio fabricante do chip. 
c) Memória PROM: 
É uma memória ROM programável eletricamente. 
d) Memória EPROM: 
É uma memória ROM que pode ser programável eletricamente diversas 
vezes, e seu conteúdo pode ser apagado usando raios ultravioletas, porém os 
dados permanecem gravados quando há perda da fonte auxiliar de alimentação. 
e) Entrada e saída serial: 
São pontos de entrada e saída através dos quais os dados do sistema, 
tanto escritos como em forma de comando, podem ser recebidos ou transmitidos 
 
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para uso ou leitura remotos. São conhecidas as entradas e saídas seriais RS232, 
RS422 e RS485. 
f) Isolamento galvânico: 
É o isolamento entre o circuito elétrico, em geral a alimentação de energia 
do equipamento, e o circuito eletrônico, geralmente a saída do mesmo, agregado 
a uma proteção contra interferências e transientes da rede. 
g) Conversão analógica/digital: 
É o processo de conversão em que, após o condicionamento do sinal, 
este deve ser tratado eletronicamente para ser convertido da forma analógica 
para a forma digital. 
h) Condicionamento de sinal: 
Consiste na interface entre o processo elétrico e o ambiente eletrônico em 
ambientes galvanicamente isolados; os sinais devem ser reduzidos a valores 
compatíveis com os circuitos eletrônicos, na faixa de ±5 V a ± 15 V. 
i) Multiplexador: 
É um componente que possui vários canais de entrada de sinais e 
conecta ordenadamente cada um desses canais a um conversor analógico/digital. 
j) Conversor analógico/digital: 
É um componente que processa a conversão de uma grandeza analógica 
em uma sequência numérica e é conectado diretamente a um microprocessador. 
k) Protocolo TCP/IP (Transmission Control Protocol/lnternet Protocol): 
Significa um protocolo de comunicação de dados. Não é um software. O 
software de comunicação é que implementa o protocolo, como, por exemplo, o 
TCP/IP. 
l) LAN (Local Area Network): 
É uma rede de comunicação de dados em tempo real, obedecendo a um 
padrão internacional (IEEE 802-3 ou ISO/IEC 8802-3), dotada de uma velocidade 
de transmissão elevada, e constituída de um meio físico de transmissão através 
de cabos coaxiais, par telefônico, fibra óptica, etc., e com as seguintes 
características: 
� velocidade de transmissão – valor desejado; 
� modelo de transmissão – bit serial; 
 
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� meio de transporte – padrão Ethernet; 
� protocolo de transporte TCP/IP. 
m) Interface Homem-Máquina (IHM): 
É o enlace entre o usuário e os programas de supervisão e controle que 
compõem o sistema de automação. IHM é caracterizado pelos monitores de 
vídeo, painéis numéricos, teclados, impressoras e todo periférico que permita uma 
interação entre o operador e o sistema. 
n) SCADA (Supervisory, Control and Data Aquisition): 
É um software para tratamento de dados em tempo real. Ele também 
pode receber orientações do Sistema de Gestão da produção para determinar as 
operações de produção. Consequentemente deve dialogar com os sistemas 
localizados hierarquicamente acima e abaixo dele, proporcionando também 
recursos e um ambiente para a criação de aplicações de controle e para a 
definição de funções de rede de protocolos específicos. 
o) Bit (Binary Digit): 
É a menor unidade na notação numérica binária que pode ter o valor de O 
ou 1. 
p) Byte: 
É o grupo de bits ou dígitos binários (geralmente oito) que o computador 
opera como uma unidade simples. 
q) Gateway: 
É um dispositivo de tradução de protocolo em hardware ou software que 
permite que os usuários que trabalham em uma rede possam acessar outra rede. 
 
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UNIDADE 3 – SISTEMAS EMBARCADOS 
 
Germano (2011) nos conta que nos primeiros anos dos computadores 
digitais na década de 1940, os computadores eram por vezes dedicados a uma 
única tarefa. Eram, entretanto, muito grandes para serem considerados 
embarcados. O conceito de controlador programável foi desenvolvido algum 
tempo depois. 
O primeiro sistema embarcado reconhecido foi o Apollo Guidance 
Computer, desenvolvido por Charles Stark Draper no MIT. O computador de guia, 
que operava em tempo real, era considerado o item mais arriscado do projeto 
Apollo. O uso de circuitos integrados monolíticos para reduzir o tamanho e peso 
do equipamento aumentou tal risco. 
O primeiro sistema embarcado de produção em massa foi o computador 
guia do míssil nuclear LGM-30 Míssil Minuteman, lançado em 1961. Ele possuía 
um disco rígido para a memória principal. Quando a segunda versão do míssil 
entrou em produção, em 1966, o computador guia foi substituído por um novo, 
que constituiu o primeiro uso em grande volume de circuitos integrados. A 
tecnologia desse projeto reduziu o preço de circuitos integrados como o NAND de 
mil para três dólares americanos cada, permitindo seu uso em sistemas 
comerciais. 
Desde suas primeiras aplicações na década de 1960, os sistemas 
embarcados vêm reduzindo seu preço. Também tem havido um aumento no 
poder de processamento e funcionalidade. Em 1978, foi lançada pela National 
Engineering Manufacturers Association a norma para microcontroladores 
programáveis. 
Em meados da década de 1980, vários componentes externos foram 
integrados no mesmo chip do processador, o que resultou em circuitos integrados 
chamados microcontroladores e na difusão dos sistemas embarcados. 
Com o custo de microcontroladores menor que um dólar americano, 
tornou-se viável substituir componentes analógicos caros como potenciômetros e 
capacitores por eletrônica digital controlada por pequenos microcontroladores. No 
final da década de 1980, os sistemas embarcados já eram a norma ao invés da 
exceção em dispositivos eletrônicos (GERMANO, 2011). 
 
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direitos autorais. Nenhuma parte deste material pode ser reproduzida ou utilizada, seja por meios 
eletrônicos ou mecânicos, inclusive fotocópias ou gravações, ou, por sistemas de armazenagem e 
recuperação de dados – sem o consentimento por escrito do Grupo Prominas. 
17
 
E como relacionar os sistemas embarcados à automação ou vice-versa? 
Segundo Mikoielov (2007 apud RODRIGUES; PEDÓ; TEDESCO, 2013), 
a automação industrial é a área que tem como principal objetivo centralizar o 
monitoramento e o controle de um processo através de seus subsistemas 
controlados e independentes em cada localização. Além disto, visa também 
atingir a redução dos custos de manutenção de um dado sistema industrial. 
A automação industrial pode ser dividida nos seguintes níveis, conforme 
descrito abaixo e representado na ilustração a seguir: 
� nível de campo – é o nível mais baixo da hierarquia de automação 
industrial, ou seja, está mais próximo do processo produtivo. Este nível 
inclui dispositivos como atuadores e sensores, sendo responsáveis por 
transmitir dados entre o produto manufaturado e o processo. Os dados que 
são processados podem estar disponíveis por um determinado período de 
tempo, ou por um longo período de tempo; 
� nível de controle – neste nível o fluxo de informação consiste em carregar 
programas, parâmetros e dados; 
� nível de informação – este nível, o topo da estrutura hierárquica da 
automação industrial, é onde as informações oriundas dos outros níveis 
são monitoradas e servem para realizar o gerenciamento do sistema de 
automação. 
 
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18
 
Níveis de automação industrial 
 
 
Fonte: RODRIGUES; PEDÓ; TEDESCO (2013, p. 3). 
 
Feitas estas relações entre sistemas e automação, vamos definir um 
sistema embarcado? 
 
3.1 Definição 
Um sistema embarcado (ou sistema embutido) é um sistema 
microprocessado no qual o computador é completamente encapsulado ou 
dedicado ao dispositivo ou sistema que ele controla. Diferente de computadores 
de propósito geral, como o computador pessoal, um sistema embarcado realiza 
um conjunto de tarefas predefinidas, geralmente com requisitos específicos. Já 
que o sistema é dedicado a tarefas específicas, através da engenharia, pode-se 
otimizar o projeto reduzindo tamanho, recursos computacionais e custo do 
produto. 
 
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19
 
Sistemas como PDAs são geralmente considerados sistemas 
embarcados pela natureza de seu hardware, apesar de serem muito mais 
flexíveis em termos de software. Fisicamente, os sistemas embarcados passam 
desde MP3 players a semáforos (GERMANO, 2011). 
 
3.2 Características 
Sistemas embarcados são desenvolvidos para uma tarefa específica. Por 
questões como segurança e usabilidade, alguns inclusive possuem restrições 
para computação em tempo real. O software escrito para sistemas embarcados é 
muitas vezes chamado firmware, e armazenado em uma memória ROM ou 
memória flash ao invés de um disco rígido. Por vezes, o sistema também é 
executado com recursos computacionais limitados: sem teclado, sem tela e com 
pouca memória. 
E como seria a interface com usuários? 
Sistemas embarcados podem não necessariamente possuir interface para 
usuários (dedicados somente a uma tarefa) com também uma interface para 
usuários completa, similar a dos sistemas operacionais desktop (em sistemas 
como PDAs). Sistemas mais simples utilizam botões, LEDs ou telas bastante 
limitadas, geralmente mostrando somente números ou uma fila pequena de 
caracteres. 
Sistemas mais complexos utilizam uma tela gráfica completa, usando 
tecnologias como Touch Screen ou aquela em que o significado dos botões 
depende do contexto da tela. Computadores de mão também oferecem joysticks 
para apontar. O surgimento da World Wide Web forneceu aos desenvolvedores 
de sistemas embarcados a possibilidade de fornecer uma interface Web através 
de uma conexão por rede. Isso evita o custo de uma tela sofisticada, ainda que 
seja fornecida uma interface complexa e completa a ser acessada em outro 
computador. De modo geral, roteadores usam tal recurso. 
Outra característica dos sistemas embarcados está no processamento! 
Em geral, os sistemas embarcados possuem uma capacidade de 
processamento reduzida em comparação com computadores desktops. Ao invés 
de utilizar microprocessadores, os desenvolvedores preferem utilizar 
 
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eletrônicos ou mecânicos, inclusive fotocópias ou gravações, ou, por sistemas de armazenagem e 
recuperação de dados – sem o consentimento por escrito do Grupo Prominas. 
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microcontroladores, pois estes já possuem diversos periféricos integrados no 
mesmo chip. Outra diferença é a variedade de arquiteturas disponíveis, tais como 
ARM, MIPS, Coldfire/68k, PowerPC, x86, PIC, 8051, Atmel AVR, Renesas H8, 
SH, V850, FR-V, M32R, Z80 e Z8. 
Isso contrasta com o mercado de computadores pessoais, limitados a 
somente algumas arquiteturas. 
Os sistemas embarcados comunicam-se com o meio externo através de 
periféricos. Estes periféricos podem ser combinados com o processador (como no 
caso dos sistemas microcontrolados) ou associados no sistema. Entre os 
periféricos mais comuns temos: 
� entrada de dados através de teclas (geralmente através de teclados feitos 
com varredura matricial); 
� leds; 
� display’s de LCD (sendo os mais comuns os alfanuméricos, por exemplo, o 
HD44780); 
� interface serial – (Por exemplo: RS 232, I2C); 
� universal serial bus – (USB); 
� TCP/IP. 
Outra característica desses sistemas diz respeito à disponibilidade, pois 
sistemas embarcados residem em máquinas que, espera-se, possam trabalhar 
continuamente por anos ininterruptamente, e que possam por vezes recuperarem-
se sozinhas após erros. Portanto, o software é geralmente desenvolvido e testado 
mais cuidadosamente do que em computadores pessoais. A recuperação de erros 
pode ser atingida com técnicas como o watchdog timer, que reinicia o sistema a 
menos que o software notifique periodicamente que está funcionando 
corretamente (GERMANO, 2011). 
 
3.3 Aplicação na indústria 
Concordamos com Ogata (2011) ao inferir que o controle automático é 
considerado importante em qualquer campo da engenharia e da ciência, sendo 
um componente importante e intrínseco em sistemas robóticos, de manufatura, 
 
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21
 
veículos espaciais e em diversas operações industriais que envolvam o controle 
de pressão, umidade, vazão, temperatura, dentre outros. 
Em aplicações industriais, os sistemas embarcados podem ser utilizados, 
por exemplo, no controle e no monitoramento das variáveis de ambiente de 
controles em malha fechada com realimentação em tempo real. Neste caso, estes 
sistemas embarcados tendem aser mais robustos quanto à sua estrutura física, 
contendo também placas dedicadas e múltiplos sensores de entrada e saída. 
Também podem estar presentes em dispositivos como os key loggers (CHASE, 
2013). 
Desta forma, cada vez mais investe-se na miniaturização e no poder de 
processamento dos sistemas embarcados. Os sistemas embarcados se mostram 
presentes em diversas áreas da sociedade, com tendência de cada vez mais 
aumentar sua presença no dia-a-dia das pessoas, através dos celulares, 
smartphones e tablets, por exemplo. Além disto, pode-se observar também a 
presença de sistemas embarcados nas máquinas de lavar roupas, nos micro-
ondas, ou nos sistemas de automóveis, por exemplo (RODRIGUES; PEDÓ; 
TEDESCO, 2013). 
Em artigo elaborado recentemente, os autores acima buscaram descrever 
o emprego de sistemas embarcados na automação e controle de processos 
industriais, realizando comparativo entre os tipos usuais de sistemas embarcados, 
avaliando suas características distintas como flexibilidade, desempenho e custo. 
O próximo tópico explica esses sistemas embarcados. 
 
3.4 Sistemas embarcados baseados em microcontrolado r, FPGA e 
plataformas 
Microcontroladores podem ser caracterizados como processadores de 
software que incorporam diversas funções em um único chip. Diferentemente dos 
processadores embarcados (microprocessadores), os microcontroladores não 
derivam de processadores de propósito geral e, neste caso, possuem poder de 
processamento menor. Sendo projetados especificamente para sistemas 
embarcados, normalmente apresentam instruções direcionadas a este fim, como 
manipulação de bits ou acesso a pinos específicos do processador, visando 
 
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recuperação de dados – sem o consentimento por escrito do Grupo Prominas. 
22
 
facilitar a implementação de interfaces com dispositivos externos (BARROS; 
CAVALCANTI, 2013). 
Segundo Bolton (2010), um microcontrolador geral possui pinos para 
conexões externas de entradas e saídas, alimentação, clock e sinais de controle. 
Os pinos correspondentes às entradas e saídas são agrupados em unidades 
denominadas portas, geralmente com oito linhas para transferência de palavras 
de 8 bits. 
Conforme Denardin (2013), os microcontroladores são constituídos de: 
� unidade central de processamento; 
� sistema de clock para dar sequência às atividades da CPU; 
� memória para armazenamento de instruções e para manipulação de dados; 
� entradas para interiorizar na CPU informações do mundo externo; 
� saídas para exteriorizar informações processadas pela CPU para o mundo 
externo; 
� programa (firmware) para definir um objetivo ao sistema. 
Ainda segundo Bolton (2010), um exemplo de aplicação de 
microcontroladores na indústria é na medição de temperatura em um dado 
processo. Neste caso, o sensor de temperatura (como o LM35, por exemplo) 
fornece uma tensão que é proporcional à temperatura. A saída deste sensor está 
conectada na porta ADC do microcontrolador, programador para converter a 
temperatura em uma saída BCD a ser conectada em um display de sete 
segmentos e dois dígitos. Um dos exemplos mais tradicionais de 
microcontroladores é o PIC. Desenvolvido pela fabricante Microchip, o PIC utiliza 
dois tipos de arquitetura: RISC e Harvard. Na arquitetura RISC (Reduced 
Instruction Set Computer, ou Computador com Conjunto de Instruções Reduzido), 
o microcontrolador executa suas funcionalidades utilizando poucas instruções 
básicas, fazendo com que o microcontrolador seja muito rápido. Na arquitetura 
Harvard, os dados e o programa são armazenados em um mesmo espaço da 
memória do microcontrolador, o que tende a facilitar a operação dos circuitos de 
entrada e saída. Um microcontrolador PIC básico, o PIC16C84, possui memória 
de programa de 14Kb, 64 bytes para memória de dados, 13 pinos de entrada e 
saída, e temporizadores de 8 bits (BRAGA, 2013). 
 
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23
 
Placas FPGA (Field-Programable Gate Arrays) são dispositivos 
programáveis, compostos de blocos básicos, os quais possuem lógica 
combinacional que pode ser programada para implementação de qualquer função 
booleana de 4 ou 5 variáveis, variando de acordo com o modelo utilizado. Cada 
um destes blocos básicos do FPGA possui elementos de memória, conhecidos 
como flip-flops, responsáveis por armazenar resultados obtidos pela função 
booleana. Além disto, a conexão entre os blocos básicos podem também ser 
configuráveis, podendo assim formar estruturas combinacionais complexas 
possibilitando o armazenamento de estado nos blocos que sejam configurados 
como memória (BARROS; CAVALCANTI, 2013). Um exemplo de placa FPGA é o 
Spartan 3, da fabricante Xilinx, que possui sua arquitetura composta por cinco 
elementos programáveis fundamentais: 
� blocos lógicos configuráveis, que podem ser usados como flip-flops ou 
latches; 
� blocos de entrada e saída, controlar o fluxo de dados e a lógica interna do 
dispositivo; 
� bloco RAM que fornece o armazenamento de dados; 
� blocos que possuem como entrada dois números binários de 18 bits e 
como saída o produto destes números; 
� bloco de gerenciamento de clock. 
Este FPGA permite o desenvolvimento de poderosas ferramentas para 
aplicações em diversas áreas, como a de processamento de imagens. Vasicek e 
Sekanina (2007 apud RODRIGUES; PEDÓ; TEDESCO, 2013) propuseram a 
aplicação deste FPGA no desenvolvimento de uma ferramenta para filtro de 
imagens, obtendo bons resultados. 
Com relação ao desenvolvimento voltado à utilização de hardwares como 
estes, pode-se citar como linguagem para este desenvolvimento a linguagem C, 
sendo comumente aliada à utilização de uma IDE, geralmente do próprio 
fabricante do hardware adotado. A flexibilidade desta linguagem, aliada a IDE e a 
plataforma, disposta em formato de kit, possibilita o emprego de esforços 
diretamente na resolução de um determinado problema (desenvolvimento do 
 
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eletrônicos ou mecânicos, inclusive fotocópias ou gravações, ou, por sistemas de armazenagem e 
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24
 
software), sem a necessidade de determinadas etapas, como a elaboração da 
montagem dos componentes de hardware, por exemplo. 
O uso de plataformas, ou os kits de desenvolvimento, os quais dispõem 
de uma estrutura embarcada já desenvolvida, também são muito úteis de acordo 
com a necessidade de emprego e de desenvolvimento da solução, visto que 
possibilita ao projetista de sistema focar tão somente na aplicação, não 
despendendo tempo no projeto do hardware. São exemplos as plataformas: 
FriendlyARM, a BeagleBoard e o Raspberry PI. 
O FriendlyARM é compatível com os sistemas operacionais GNU/Linux, 
Android e Windows CE, possui CPU ARM9 de 400Mhz, 64MB de memória 
SDRAM, 64MB de memória NAND Flash e 2MB de NOR Flash. Possui já 
integrado ao kit um display touchscreen de 2”. A BeagleBoard, plataforma 
opensource desenvolvida pela Texas Instruments em conjunto com a DigiKey, 
possui um system-on-a-chip OMAP3530 baseado no microprocessador ARM 
Cortex-A8 a 720Mhz, com 256MB de memória DRAM e 256MB dememória 
NAND10. Já o Raspberry Pi é um computador que possui o tamanho reduzido, 
tendo sido desenvolvido no Reino Unido pela Fundação Raspberry Pi. O 
hardware deste dispositivo é integrado em uma única placa e o seu objetivo 
principal é o de estimular o ensino de ciência da computação em escolas. 
Mas como é feita a comunicação de dados em sistemas embarcados? 
Diferentes tecnologias, tais como RFID e WiFi são integradas aos 
sistemas embarcados para permitir que os mesmos possam interagir no ambiente 
em que estão aplicados. Para que haja a interconexão entre os diversos 
dispositivos embarcados existentes em um ambiente industrial, necessita-se que 
estes sistemas disponham de protocolos de comunicação. 
Essa comunicação pode se dar através de diferentes tecnologias como, 
por exemplo, RFID, WIFI, Bluetooth, conexão serial, I2C e ZigBee: 
� RFID – tecnologias que utilizam frequência de rádio para manipulação de 
dados; 
� WIFI – permite que dispositivos eletrônicos troquem dados sem a utilização 
de fios (através de ondas de rádio) em uma rede de computador, incluindo 
conexões de alta velocidade à Internet; 
 
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eletrônicos ou mecânicos, inclusive fotocópias ou gravações, ou, por sistemas de armazenagem e 
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� Bluetooth – realiza a comunicação sem fio, com baixo consumo de energia, 
entre dispositivos próximos um do outro, sendo que a transmissão de 
dados é feita por meio de radiofrequência; 
� conexão serial – tecnologia na qual se envia dados sequencialmente (um 
bit de cada vez) em um canal de comunicação ou barramento; 
� I2C – é um barramento usado para conectar periféricos de baixa 
velocidade a uma placa mãe, a um sistema embarcado, telefone celular, 
dentre outros dispositivos; 
� ZigBee – trata-se de um conjunto de especificações para a comunicação 
sem fio entre dispositivos diversos, visando uma baixa potência de 
operação, taxa de transmissão de dados e de custo na implantação 
(RODRIGUES; PEDÓ; TEDESCO, 2013). 
Podemos observar claramente que o aumento de capacidade de 
processamento juntamente com a compactação do tamanho dos sistemas 
embarcados tem possibilitado o seu emprego em diversas áreas da sociedade, 
tanto na esfera social quanto na automação industrial. 
Evidentemente que a definição do tipo de arquitetura a ser utilizado em 
determinado processo industrial irá variar de acordo com a necessidade e a 
aplicação da mesma. 
 
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eletrônicos ou mecânicos, inclusive fotocópias ou gravações, ou, por sistemas de armazenagem e 
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26
 
UNIDADE 4 – AUTOMAÇÃO DE SUBESTAÇÃO DE 
POTÊNCIA 
 
Voltemos à questão: automatizar, agora focando nas relações com 
digitalizar! 
No jargão dos profissionais de automação existe uma diferença clássica 
entre automatizar e digitalizar uma subestação de potência. Dessa forma: 
� automatizar uma subestação significa dotá-la de recursos de inteligência 
artificial utilizando os relés estáticos (relés burros) ou digitais; 
� digitalizar uma subestação significa aplicar o mesmo princípio, porém 
utilizando relés digitais gerenciados por um sistema que permite 
desenvolver desde simples atividades de comando, proteção e medição, 
até atividades mais complexas, tais como a recomposição operacional de 
uma subestação, após um evento de falta de tensão de alimentação 
(MAMEDE FILHO, 2012). 
No primeiro caso, os resultados obtidos são limitados. No segundo caso, 
podem-se obter facilidades operacionais extraordinárias, mas não focaremos 
nesta diferença. 
É bom lembrar que a entrada da microinformática na operação e 
comando das subestações não agregou novas funções; apenas substituiu as 
tarefas, muitas vezes monótonas, dos operadores. No entanto, a automação das 
subestações modificou as práticas operacionais, e isto fez a diferença. 
Normalmente, as subestações automatizadas não requerem operadores 
presentes à sala de operação. Apenas empregam operadores mais qualificados 
gerenciando-as remotamente. 
A ilustração a seguir mostra a topologia geral de um sistema de 
automação simplificado. 
Cada um dos PCs indicados na figura desempenha uma função. 
� O PC do ponto (A) é responsável pela interface entre os equipamentos de 
aquisição de dados com os PCs no nível hierárquico imediatamente 
superior, além de tratar adequadamente dos protocolos de comunicação. 
 
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� O PC do ponto (B) é responsável pelo arquivamento da massa de 
informações geradas, ou simplesmente Arquivo Histórico, e das variáveis 
do sistema. 
� O PC do ponto (C) serve de Interface Homem-Máquina entre o operador e 
o sistema de automação. 
Atualmente existem vários sistemas para controle e automação local e 
remota de subestações, sendo conhecidos os sistemas SINAUT LSA (sistemas 
centralizados e distribuídos) e SICAM SAS, ambos da Siemens. 
Topologia de uma subestação automatizada 
 
Fonte: Mamede Filho (2012, p. 538). 
 
4.1 Função do sistema de automação 
As principais funções de um sistema de automação de subestação são: 
 
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a) Monitoração: 
Possibilita que o operador do sistema tenha uma representação gráfica na 
tela do monitor de todos os esquemáticos da instalação, notadamente o diagrama 
unifilar mímico, indicando os valores de tensão, corrente, potência ativa, reativa e 
aparente correspondentes a cada circuito. As telas devem ser organizadas de 
acordo com o nível de informação desejado pelo cliente, disponibilizando-as na 
forma mais geral e, sucessivamente, detalhando-as até serem reveladas na sua 
forma mais analítica. 
b) Proteção: 
Os relés utilizados podem ser do tipo analógico ou digital. A monitoração 
com relés analógicos é feita somente através de contatos auxiliares nas posições 
aberta ou fechada. Já os relés digitais adicionam um maior número de recursos, 
tais como transferência de informações de estado ou de valores de corrente, 
tensão e potência para um Centro de Supervisão e Controle (CSC), via sistema 
de comunicação de dados. 
Os relés de proteção digitais, cuja comunicação é feita através de 
interface serial, são conectados por meio de cabos de cobre concêntricos, ou 
cabos de fibra óptica, permitindo que seus parâmetros sejam ajustados para obter 
registros durante os distúrbios, além de leituras de valores de medição. 
Se houver recursos no sistema de automação, é possível o ajuste remoto 
dos parâmetros do relé digital decorrentes de manobras ou de mudança na 
configuração da subestação. 
Os relés eletromecânicos ou estáticos necessitam ser ligados a 
dispositivos auxiliares, chamados de transdutores, que transformam toda e 
qualquer informação analógica em sinal digital. 
c) Alarme: 
A função alarme possibilita ao operador tomar conhecimento de quaisquer 
disfunçõesdo sistema elétrico, tais como alterações intempestivas da 
configuração na rede elétrica, transgressão dos limites de operação dos 
equipamentos ou qualquer irregularidade funcional. Deve existir uma lista de 
alarmes e eventos com a indicação precisa do nível de urgência para tomada de 
providências. Essa indicação deve ser representada por diferentes cores. 
 
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Os alarmes, em geral, são gerados em três diferentes níveis: 
i. no pátio da subestação, incluindo o cubículo dos disjuntores e o Quadro 
Geral de Força na Casa de Comando; 
ii. nas unidades digitais do sistema de automação autossupervisionadas; 
iii. no processador do sistema, se algum valor limite for ultrapassado. 
Os equipamentos tanto podem ser manobrados localmente através do 
Centro de Supervisão e Controle por meio de interface gráfica no console, 
representado pelo diagrama unifilar, atuando com a seta do mouse sobre o 
símbolo gráfico correspondente ao equipamento que se desejar comandar. 
d) Intertravamento: 
Possibilita o bloqueio ou liberação das ações de comando em chaves 
seccionadoras motorizadas ou disjuntores, de forma a prover segurança na 
operação desses equipamentos, em função de sua posição elétrica no sistema. 
O intertravamento se baseia num conjunto de regras aplicadas com base 
no diagrama unifilar da subestação. Essas regras podem ser divididas em três 
diferentes classes: 
d.1) Sequência de chaveamento: 
Possibilita a sequência correta durante a operação das chaves 
seccionadoras e dos disjuntores. 
d.2) Segurança durante a operação: 
Inibe e cancela a tentativa de energizar partes condutoras do sistema à 
terra e também a operação de chaves seccionadoras em condição de carga do 
sistema. 
d.3) Segurança em condição de serviço: 
Tem a finalidade de prover intertravamento entre chaves seccionadoras e 
disjuntores com as chaves de aterramento. O intertravamento pode ser realizado 
através de um processador dedicado que é supervisionado continuamente por 
meio de um programa específico denominado wath-dog. 
d.4) Religamento: 
Esta função faz registrar ordenadamente a atuação dos relés de proteção, 
abertura e fechamento de chaves seccionadoras motorizadas e disjuntores, além 
 
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30
 
de outras indicações de estado dos equipamentos envolvidos no evento, de forma 
que se possa conhecer a sequência correta desses eventos. 
d.5) Armazenamento de informações históricas: 
As medições de tensão, corrente, frequência, etc. e as indicações de 
estado dos equipamentos no estágio pré-operacional são armazenadas em meio 
magnético apropriado para permitir uma análise pós-operacional. 
d.6) Gráficos de tendência: 
É a função que permite ao operador observar a evolução de certos 
valores, tais como corrente, tensão e potência num determinado período de 
tempo. 
d.7) Osciloperturbografia: 
É a função que permite a aquisição de dados elétricos durante um evento 
perturbador que normalmente resulta em sobretensões, sobrecorrentes, sub e 
sobrefrequência, possibilitando sua representação gráfica na forma de onda, a fim 
de identificar e diagnosticar o evento de modo a implementar ações corretivas, 
tais como a alteração de ajuste dos relés e esquema de coordenação. 
d.8) Desligamento seletivo de carga: 
Nas instalações industriais, facilmente são identificadas as cargas 
prioritárias e não prioritárias. As cargas prioritárias são definidas como aquelas 
essenciais à produção e/ou segurança das pessoas ou do patrimônio e que 
devem permanecer em operação após um evento que ocasione uma redução de 
oferta de energia à instalação. A partir dessa informação, as cargas serão 
desligadas na ordem de prioridade, de forma a se manter o sistema operativo nos 
limites de sua capacidade reduzida. 
d.9) Controle de demanda máxima: 
A fim de evitar que se pague pela ultrapassagem da demanda contratada 
na hora de ponta, esta função seleciona as cargas prioritárias desligando-as 
sucessivamente, de forma a manter a demanda, naquele intervalo, no limite 
inferior dos valores contratados. 
d.10) Despacho de geração: 
Quando a indústria é dotada de geração própria, alternativa para 
suprimento da carga em hora de ponta, o operador dispõe da função despacho 
 
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31
 
para acionar o gerador ou geradores a fim de eliminar a demanda de 
ultrapassagem, sem reduzir a produção. 
d.11) Controle de tensão: 
Esta função faz acionar o comutador de tapes sob carga do transformador 
nos dois sentidos. O sistema de ventilação forçada, também controlado pela 
função de sobrecarga, pode ser acionado, compatibilizando a potência disponível 
do transformador com a demanda da carga. 
d.12) Controle de frequência: 
Esta função somente tem aplicação quando a indústria possui geração 
própria alternativa. Porém, pode ser utilizada para monitorar a frequência 
fornecida pela concessionária, podendo ordenar o desligamento da carga se 
forem ultrapassados os limites admitidos. 
d.13) Controle do fator de potência: 
Consiste em comandar o banco de capacitores, adequadamente dividido 
em blocos de potência reativa controláveis, de forma que se mantenha nos limites 
previstos pela legislação o valor do fator de potência. 
d.14) Reaceleração dos motores: 
Quando o sistema elétrico é acometido de um processo de subtensão, os 
motores são desconectados da rede através de seus respectivos sistemas de 
comando. Com o retorno da tensão à sua condição de serviço, o Sistema de 
Supervisão e Controle (SSC) inicia o processo de religamento dos motores, de 
forma a não permitir a reaceleração de um número de motores que provoque uma 
queda de tensão superior a um valor predefinido. O SSC é informado do limite de 
cada Centro de Controle de Motores (CCM) com referência à quantidade de 
potência aparente que pode ser drenada sem afetar o nível tolerável de tensão. 
Também o SSC tem informações do tipo de acionamento de cada unidade motriz 
relevante e do ajuste da tensão de partida, como, por exemplo, o tape ajustado da 
chave compensadora ou a tensão de pedestal das chaves de partida estáticas, 
além do número de partidas horárias tolerável para cada motor e o tempo máximo 
de partida. 
d.15) Medição: 
 
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eletrônicos ou mecânicos, inclusive fotocópias ou gravações, ou, por sistemas de armazenagem e 
recuperação de dados – sem o consentimento por escrito do Grupo Prominas. 
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Nas subestações digitalizadas, as medições são registradas nas unidades 
de medida dos alimentadores e transmitidas ao Centro de Supervisão e Controle, 
obedecendo à seguinte classificação: 
� as medições destinadas à apresentação no console são requisitadas 
somente quando a tela apropriada é chamada pelo operador;� as medições predefinidas para armazenamento na memória do sistema 
são requisitadas ciclicamente, de acordo com os requisitos estabelecidos; 
� as medições supervisionadas para comparação com limites impostos são 
transmitidas ao Centro de Supervisão e Controle somente se tais limites 
forem transgredidos. 
d.16) Supervisão: 
Todas as posições de chaves e disjuntores são representadas por duas 
diferentes indicações binárias: ligada e desligada. Se não há eventos a 
considerar, caracteriza-se uma situação normal e as duas indicações estão em 
oposição entre si. Se ambas as indicações se estabelecem na posição ligada, o 
sistema de automação emite um alarme; se as duas indicações se firmam na 
posição desligada, caracteriza-se o estado de operação, gerando, dessa forma, a 
ação da função de supervisão do tempo de operação, cuja duração depende do 
tipo de elemento que está sendo operado. O sistema de automação faz gerar um 
alarme se, decorrido o tempo de operação, a chave ou o disjuntor não alcançar o 
estado de operação normal. 
d.17) Comando: 
A fim de possibilitar a flexibilidade de comando da subestação no caso de 
uma falha parcial ou geral do sistema de automação, permite-se que o comando 
de chaves ou disjuntores seja operado no local e em ponto remoto, o que é 
possível pelo acionamento de uma chave localizada estrategicamente no gabinete 
do disjuntor. Como regra a seguir, antes de um comando ser executado, o 
sistema verifica se um outro comando está sendo executado e se a função de 
intertravamento permite sua execução, além da verificação da posição de 
bloqueio da chave ou disjuntor a serem operados (MAMEDE FILHO, 2012). 
 
 
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4.2 Arquiteturas dos Sistemas de Automação 
Antes de se tomar uma decisão de automatizar uma determinada 
subestação existente, devem-se analisar detalhadamente seus recursos 
operacionais, dispositivos de proteção e alarmes utilizados, histórico de falhas, 
confiabilidade e layout da instalação. Como resultado dessa análise, cabe 
selecionar a arquitetura adequada para aquela subestação em particular. 
Se se está diante de um novo projeto de subestação, a seleção da 
arquitetura do sistema fica facilitada devido à inexistência das restrições que 
caracterizam uma subestação em operação. 
De qualquer forma, há várias soluções a considerar, destacando-se, no 
entanto, dois tipos de arquiteturas clássicas; a cada uma delas podem-se agregar 
soluções derivadas. Esses tipos de arquitetura de sistemas de automação podem 
ser caracterizados por um sistema de supervisão e controle centralizado ou um 
sistema de supervisão e controle distribuído, sendo que ambos podem usar relés 
convencionais (no caso de existe subestação) ou relés digitais. 
a) Sistema de supervisão e controle (SSC) centraliz ado 
Também conhecido como sistema de processamento centralizado, 
consiste em concentrar física e funcionalmente todo Sistema de Supervisão e 
Controle (SSC) num determinado local onde fica instalado todo o hardware com 
os respectivos programas de supervisão e controle. O local escolhido é, de 
preferência, a Casa de Comando da subestação ou, alternativamente, uma 
construção agregada. 
Esse sistema pode ser desenvolvido com duas diferentes arquiteturas: 
• hardware centralizado e processamento centralizado; 
• hardware distribuído e processamento centralizado. 
O SSC centralizado é apropriado para subestações existentes nas quais 
foi instalado um Quadro Geral de Força (QGF), em que estão concentrados todos 
os relés de proteção convencionais (relés de indução ou estáticos, medição, etc.). 
Normalmente, o QGF é abrigado na Casa de Comando da subestação, 
juntamente com a unidade de retificação e banco de baterias instalados em uma 
construção agregada, específica. 
 
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eletrônicos ou mecânicos, inclusive fotocópias ou gravações, ou, por sistemas de armazenagem e 
recuperação de dados – sem o consentimento por escrito do Grupo Prominas. 
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Dessa forma, no pátio de manobra estão instalados todos os 
equipamentos de força, como disjuntores, religadores, chaves, transformadores, 
etc. Para ilustrar essa concepção de sistema, observe a figura “Arquitetura 
centralizada 1” que caracteriza uma arquitetura de hardware centralizado e 
processamento centralizado. 
 
Arquitetura centralizada 1 
 
Fonte: Mamede Filho (2012, p. 540). 
 
Nesta configuração, todos os condutores de proteção, medição e controle 
são levados até o QGF, junto ao qual devem-se instalar o hardware, a 
correspondente Unidade de Aquisição de Dados e Controle (UADC) e o Sistema 
de Supervisão e Controle. Neste caso, a Unidade de Aquisição de Dados e 
Controle (UADC) compreende o Centro de Aquisição de Dados da Proteção e o 
Centro de Aquisição de Dados Analógicos. Pode-se perceber a grande utilização 
de condutores interligando os equipamentos localizados no pátio da subestação e 
o QGF, tornando o sistema extremamente vulnerável e de baixa confiabilidade. 
Esta solução permite evitar custos com a mudança da configuração do sistema 
elétrico. 
 
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Ao lado do QGF está localizado o Centro de Aquisição de Dados 
Analógicos e no seu interior estão instalados os transdutores, responsáveis não 
só pela aquisição dos dados analógicos que chegam ao QGF, tais como tensão, 
corrente e frequência, mas também pela conversão dessas grandezas em sinais 
digitais que são enviados ao Centro de Supervisão e Controle que abriga o 
Sistema de Supervisão e Controle e ao qual estão conectados os equipamentos 
da Interface Homem-Máquina. 
Ao lado do mesmo QGF está localizado ainda o Centro de Aquisição de 
Dados da Proteção, ou seja, uma unidade que aquisita e concentra as 
informações relativas à atuação dos relés e atuadores, em geral, e as envia ao 
mesmo Centro de Supervisão e Controle responsável pelo processamento dessas 
informações, usando um sistema SCADA, aderente a um sistema especialista no 
qual está instalado. 
Dependendo do nível de recursos do SSC, são geradas diversas e 
complexas funções operacionais. São também geradas telas nos monitores ou 
painéis mímicos dinâmicos disponibilizando funções de comando ao operador que 
pode utilizá-las através de um teclado alfanumérico. Se há necessidade de que 
determinadas informações sejam registradas em papel, o SSC pode gerar 
relatórios através de uma impressora local. No entanto, se essas ou outras 
informações necessitam satisfazer às exigências de um nível hierárquico superior, 
podem ser enviadas através de um gateway. 
Como se percebe, a Estação Central concentra todos os recursos de 
hardware e de software. Apesar da aparente confiabilidade do sistema, em virtude 
de estar sob condições ambientais controladas, não tem sido uma solução 
desejada, já que, no presente caso, qualquer falha em quaisquer centros de 
supervisão ou aquisição de dados imobiliza todo o sistema de automação 
(MAMEDE FILHO, 2012). 
Esta mesma arquitetura de sistema de automação pode ser aplicada em 
outra situação de layout dos equipamentos elétricos da subestação,conforme 
pode ser observado na ilustração “Arquitetura centraliza 2”, que caracteriza um 
arquitetura de hardware parcialmente distribuída e processamento centralizado. 
Nesta configuração, os relés convencionais são instalados em cubículos 
 
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eletrônicos ou mecânicos, inclusive fotocópias ou gravações, ou, por sistemas de armazenagem e 
recuperação de dados – sem o consentimento por escrito do Grupo Prominas. 
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metálicos junto aos equipamentos aos quais dão proteção. Pode-se notar que o 
nível de confiabilidade do sistema não se alterou, a não ser com a introdução de 
um sistema dual de supervisão e controle. 
 
Arquitetura centralizada 2 
 
Fonte: Mamede Filho (2012, p. 541). 
 
Todas as observações relativas à concepção anterior continuam válidas. 
Observe que, apesar de os equipamentos de aquisição de dados (relés, 
medidores, etc.) apresentarem uma formação distribuída, as informações do 
sistema elétrico continuam concentradas no QGF instalado na Casa de Comando, 
guardando, portanto, as características de sistema centralizado. 
Atualmente, esta concepção de sistema de automação está praticamente 
em desuso, pois o uso de relés convencionais não permite sua manutenção 
corretiva, por falta de oferta de peças de reposição no mercado, já que a 
 
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eletrônicos ou mecânicos, inclusive fotocópias ou gravações, ou, por sistemas de armazenagem e 
recuperação de dados – sem o consentimento por escrito do Grupo Prominas. 
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fabricação desses relés foi totalmente abolida. Assim, em todos os projetos atuais 
de automação de subestações existentes são aplicados relés digitais em 
substituição aos relés de indução ou estáticos nelas instalados (MAMEDE FILHO, 
2012). 
O Sistema de Supervisão e Controle centralizado admite outra concepção 
quando se adota como solução uma alternativa àquela representada na 
“Arquitetura centralizada 1”, e que consiste na substituição dos relés 
convencionais, instalados no QGF, por relés digitais. Neste caso, a comunicação 
entre o QGF e o Centro de Supervisão e Controle é direta, sem necessidade do 
uso do Centro de Aquisição de Dados da Proteção, parte integrante da Unidade 
de Aquisição de Dados e Controle (UADC). No entanto, a conversão dos dados 
analógicos continua de responsabilidade do Centro de Aquisição de Dados 
Analógicos, parte integrante da Unidade de Aquisição de Dados e Controle que 
exerce a mesma função anterior. 
A figura “Arquitetura centralizada 3” mostra esse tipo de configuração, que 
caracteriza um sistema de arquitetura de hardware centralizado e processamento 
centralizado. 
 
Arquitetura centralizada 3 
 
Fonte: Mamede Filho (2012, p. 542). 
 
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Como já comentado anteriormente, em praticamente todos os atuais 
projetos de automação de subestações são utilizados os relés digitais substituindo 
os relés de indução ou estáticos existentes. 
b) Sistema de supervisão e controle (SSC) distribuí do 
Também conhecido como sistema de processamento distribuído, consiste 
em instalar no pátio de manobra da subestação Unidades Terminais Remotas 
(UTRs) ou, no sentido mais amplo, Unidades de Aquisição de Dados e Controle 
(UADC), que compreendem o Centro de Aquisição de Dados Analógicos e o 
Centro de Aquisição de Dados da Proteção com capacidade de aquisitar dados 
de cada ponto do sistema, comumente chamado de ilha, exercer funções de 
comando e enviar informações ao Centro de Supervisão e Controle montado na 
Casa de Comando da subestação. 
Usando relés convencionais: 
Esse tipo de arquitetura de sistema de automação é apropriado para 
subestações existentes nas quais foram utilizados módulos de proteção, comando 
e sinalização juntos a cada bay no pátio de manobra da subestação. Neste caso, 
são utilizadas Unidades de Aquisição de Dados e Controle, ou simplesmente 
UTRs, localizadas nos respectivos bays que aquisitam tanto os dados analógicos 
como os digitais, processam essas informações, tomam as decisões definidas 
pelo software e exercem suas funções localizadas (ilhas) de manobra sobre os 
equipamentos sob sua supervisão e controle. Neste caso, o Centro de Supervisão 
e Controle assume o papel de supervisor geral do sistema e de interface com 
sistemas hierarquicamente superiores. Esse tipo de arquitetura é conhecido como 
sistema de hardware distribuído e processamento distribuído, conforme mostrado 
a seguir. 
 
Todos os direitos são reservados ao Grupo Prominas, de acordo com a convenção internacional de 
direitos autorais. Nenhuma parte deste material pode ser reproduzida ou utilizada, seja por meios 
eletrônicos ou mecânicos, inclusive fotocópias ou gravações, ou, por sistemas de armazenagem e 
recuperação de dados – sem o consentimento por escrito do Grupo Prominas. 
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Arquitetura distribuída 1 
 
Fonte: Mamede Filho (2012, p. 543). 
 
A comunicação entre as UTRs e o Centro de Supervisão e Controle pode 
ser feita através de cabos de cobre concêntricos e blindados, ou por meio de 
cabos de fibra óptica, utilizando acopladores ópticos nas extremidades. Pode-se 
observar que o número de condutores reduz-se drasticamente aumentando o 
nível de confiabilidade do sistema, particularmente do sistema de comunicação. 
A aquisição de dados de proteção pelas UTRs é feita com a utilização de 
relés auxiliares nelas instalados e interligados com os respectivos relés 
convencionais (relés de indução ou estáticos). 
Já a aquisição de dados analógicos é feita por meio de transdutores 
instalados, de preferência, nos cubículos dos equipamentos analógicos ou no 
interior dos gabinetes das UTRs. 
 
Todos os direitos são reservados ao Grupo Prominas, de acordo com a convenção internacional de 
direitos autorais. Nenhuma parte deste material pode ser reproduzida ou utilizada, seja por meios 
eletrônicos ou mecânicos, inclusive fotocópias ou gravações, ou, por sistemas de armazenagem e 
recuperação de dados – sem o consentimento por escrito do Grupo Prominas. 
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Usando relés digitais: 
O Sistema de Supervisão e Controle distribuído com uso de relés digitais 
tem sido a arquitetura mais aplicada atualmente. É utilizado, na maioria dos 
casos, em subestações novas ou em subestações existentes, mas que o cliente 
esteja preparado para arcar com os custos adicionais de substituição dos relés 
convencionais por unidades numéricas e com outras alterações normalmente 
necessárias de se implementar em casos dessa natureza. 
Esta solução se caracteriza pela instalação de gabinetes distribuídos em 
cada bay da subestação nos quais estão instalados os relés de proteção digitais, 
os relés auxiliares para aquisição de dados digitais das chaves e disjuntores, os 
transdutores para aquisição de dados analógicos (corrente, tensão etc.) e, 
finalmente, os componentes da Unidade Terminal Remota que assume a função 
da Unidade de Aquisição de Dados e Controle (Centro de Aquisição de Dados da 
Proteção e Centro de Aquisição de Dados Analógicos), a qual é conectada com o 
Centro de Supervisão e Controle instalado na Casa de Comando da subestação. 
Tal como ocorre na configuração anterior, o Centro de Supervisão e 
Controle assume o papel de supervisor geral do sistema e de interface com 
sistemas hierarquicamente