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CAPÍTULO 4
Componentes de Hardware e Software
A partir da perspectiva do saber fazer, neste capítulo você terá os seguintes 
objetivos de aprendizagem:
 3 Pesquisar técnicas de Hardware e de Software para o gerenciamento de 
conhecimento de configuração de componentes utilizados na manufatura. 
 3 Conhecer técnicas de Hardware e Software para a configuração de sistemas 
flexíveis, projetados com a metodologia de Sistemas Orientados à Aplicação na 
manufatura. 
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 Automação industrial
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Componentes de Hardware e Software
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 Capítulo 4 
Contextualização 
A utilização de recursos inteligentes e a tecnologia de informação são 
facilidades apresentadas nos dias atuais para a inserção dos indivíduos/
empresa na era da informação, exigindo das organizações uma gestão 
estratégica eficiente.
A tecnologia de informação oferece recursos tecnológicos e computacionais 
para a geração de informações e os sistemas de informação estão cada vez 
mais sofisticados, propondo mudanças nos processos, estrutura e estratégia 
de negócios.
Não se admite hoje uma empresa que queira competir com vantagem, 
sem a utilização dessas ferramentas. Estes fatos abrem lacunas para que os 
novos gestores, com novas visões, busquem o aperfeiçoamento contínuo para 
suas empresas. O desenvolvimento e a crescente evolução das organizações 
é fruto da evolução do conhecimento e da informação.
As transformações decorrentes do desenvolvimento tecnológico nas áreas 
de informação e comunicação afetaram significativamente a sociedade. Para 
acompanhar essas transformações tanto as pessoas quanto as organizações 
têm procurado formas mais rápidas para inserir-se nesse modelo atual de 
mercado.
Tal modelo é chamado “Era da informação”, a qual tem em mente 
a tecnologia de informação e os sistemas de informação como grandes 
precursores e responsáveis pelo valor adicional às tomadas de decisões.
Nesse sentido, o presente capítulo tem por objetivo avaliar a importância 
dos sistemas de Arquiteturas básicas de computadores para controle em tempo 
real; unidades de entrada, saída e interfaces, controladores programáveis; 
engenharia de programas e desenvolvimento de software; sistemas 
operacionais para controle em tempo real; aspectos básicos de programação 
em tempo real; fundamentos da comunicação industrial; modelos OSI, 
interfaces homem-máquina e integração de sistemas de informação gerencial 
na gestão empresarial para a tomada de decisões.
arquiteturas BásiCas de Computadores para 
Controle em tempo real
Nesta seção vamos conhecer as arquiteturas de computadores para 
controle em tempo real. 
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 Automação industrial
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a) Classificação de arquiteturas
Segundo Ricarte (1999), no projeto de sistemas computacionais no nível de 
processador (trabalhando com grupos de palavras), os tipos de componentes 
considerados são processadores, memórias, dispositivos de entrada e saída e 
meios de interconexão.
• Processadores
Contemplam componentes, tais como, CPU, controladores e co-
processadores. Têm um conjunto de instruções (de propósito geral para a 
CPU, especializado para co-processadores) operando sobre instruções e 
dados (obtidos e armazenados externamente) organizados em palavras.
• Memórias
Inclui dois subsistemas principais, memória principal e memória 
secundária. O custo associado à memória está diretamente relacionado à sua 
capacidade de armazenamento e à sua velocidade de operação.
• Dispositivos de entrada e saída
São conversores de representação física de dados. Em geral, são lentos 
quando comparados com o processador.
• Meios de interconexão
Estabelecem a comunicação entre componentes através de barramentos 
sob seu controle. Um problema crítico na utilização dos meios de interconexão 
é a contenção, a disputa pelo uso simultâneo de recursos compartilhados.
Segundo Seixas (2009), o primeiro passo ao se conceber uma solução 
qualquer de automação é desenhar a arquitetura do sistema, organizado seus 
elementos vitais:
• Aquisição de dados.
• Sistemas de Supervisão. 
• A escolha da arquitetura que irá determinar o sucesso de um sistema 
em termos de alcançar os objetivos de desempenho, modularidade, 
expansibilidade, etc.
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Componentes de Hardware e Software
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 Capítulo 4 
As soluções dependerão das limitações de cada projeto em particular.
Existem vários pontos que o projetista deve verificar ao 
iniciar o projeto.O melhor é estabelecer um check list de pontos 
importantes a serem verificados:
• Quantas são as áreas de processo? Quais as distâncias entre as 
áreas? Qual o layout da instalação industrial?
• Haverá uma sala de controle centralizada ou apenas púlpitos de 
comando locais?
• Existe necessidade de um sistema de backup? A que nível?
• Quais são as condições ambientais? 
• Existe campo magnético intenso nas proximidades? 
• Existe interferência eletromagnética?
• O cliente está familiarizado com novas tecnologias de redes de 
campo para instrumentação, sensores e acionamentos?
• Existem sites fora da área industrial que devam ser conectados à 
planta?
• Escritório central, centros de distribuição, unidades remotas, 
como britagens móveis, instalações portuárias, etc.?
• Quais as necessidades dos dispositivos em termos da velocidade 
de transmissão de dados?
• Qual a capacidade de expansão dos módulos prevista para os 
próximos anos?
• Existe preferência quanto ao atendimento aos padrões 
internacionais ou preferência por redes proprietárias?
A seguir iremos estudar sobre as redes de informação e redes de controle, 
assim como serão apresentadas as definições e sua utilidade. 
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 Automação industrial
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b) Rede de informação
De acordo com Seixas (2009), o nível mais alto dentro de uma arquitetura 
é representado pela rede de informação. Em grandes corporações é natural a 
escolha de um backbone de grande capacidade para interligação dos sistemas 
de ERP (Enterprise Resource Planning), Supply Chain (gerenciamento 
da cadeia de suprimentos) e EPS (Enterprise Production Systems). Este 
backbone pode ser representado pela rede ATM ou GigaEthernet ou mesmo 
por uma Ethernet 100-BaseT, utilizando como meio de transmissão cabo par 
trançado nível 5. Esta última rede vem assegurando uma conquista de espaço 
crescente no segmento industrial, devido à sua simplicidade e baixo custo. 
c) Rede de controle
Interliga os sistemas industriais de nível 2 ou sistemas SCADA 
(Supervisory Control and Data Aquisition) aos sistemas de nível 1 
representados por CLPs e remotas de aquisição de dados. Também 
alguns equipamentos de nível 3 como sistemas PIMS (Plant Information 
Management System) e MES (Manufacturing execution Systems) podem 
estar ligados a este barramento. Até poucos anos o padrão mais utilizado 
era o Ethernet 10Base-T (figura 33). Hoje o padrão mais recomendado é o 
Ethernet 100 Base-T. Quase todos os grandes fabricantes de equipamentos 
de automação já possuem este padrão implementado.
 
Figura 33 - Arquitetura de uma rede de duas camadas – Unifilar
Fonte: Seixas (2009).
O nível mais alto 
dentro de uma 
arquitetura é 
representado pela 
rede de informação. 
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Componentes de Hardware e Software
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 Capítulo 4 
Segundo Seixas (2009) as estações clientes se comunicam com 
seus servidores através da rede de informação. As estações Servidoras se 
comunicam com os CLPs através da rede de controle.
Do ponto de vista de segurança, é interessante isolar o tráfego de controle 
de informação através de equipamentos de rede. O equipamento utilizado para 
este fim é o switch Ethernet e o padrão mais utilizado é o 100 Base-T. Além de 
evitar os problemas de divisão de banda, típicos da arquitetura barramento, oswitch segmenta a rede. O switch assegura a criação de uma rede Ethernet 
livre de colisões. Esta nova concepção de rede é denominada de rede Ethernet 
Industrial (Figura 34).
Figura 34 - Arquitetura de uma rede de duas camadas 
(figura incluindo equipamentos de rede)
 
Fonte: Seixas (2009).
A seguir iremos estudar os equipamentos de integração de redes, que são: 
o repetidor, distribuidores de conexão, ponte, roteador e a comporta, assim 
como compreenderemos a função de cada um desses equipamentos. 
EQUIPAMENTOS DE INTEGRAÇÃO DE REDES
Repetidor (Repeater): Dispositivo não inteligente que 
simplesmente copia dados de uma rede para outra, fazendo com que 
as duas redes se comportem logicamente como uma rede única. 
Distribuidores de conexão (Hubs): Servem para conectar 
os equipamentos que compõem uma LAN (local área network). 
Os equipamentos interligados a um hub pertencem a um 
As estações clientes 
se comunicam com 
seus servidores 
através da rede 
de informação. As 
estações Servidoras 
se comunicam com os 
CLPs através da rede 
de controle.
O switch assegura 
a criação de uma 
rede Ethernet livre de 
colisões.
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mesmo segmento de rede, isto é, os usuários do hub dividem a 
largura da banda. Se tivermos 10 usuários em um segmento de 
100Mbps, cada usuário usufruirá em média de 10Mbps de banda 
de passagem. Cada hub possui de 4 a 24 portas 10Base-T com 
conectores RJ-45 (MORAES; CASTRUCCI, 2007).
Ponte (Bridge): Segmenta uma rede local em sub-redes com 
o objetivo de reduzir tráfego ou converter diferentes padrões de 
camadas de enlace (Ethernet para Token Ring).
Roteador (Router): Usado para interligar duas redes que 
possuem a mesma camada de transporte, mas camadas de rede 
diferentes. Os roteadores decidem sobre qual caminho o tráfego 
de informações (controle e dados) deve seguir.
Comporta (Gateway): Permite a ligação inter-rede acima 
da camada 4 (transporte). São componentes indispensáveis 
para alcançar as comunicações entre terminais ligados a redes 
heterogêneas que usam protocolos diferentes.
Switch são os dispositivos de mais amplo espectro de 
utilização para segmentar a rede a baixo custo, sem necessidade 
de roteamento. Sua maior limitação está em não permitir 
broadcasting entre segmentos.
Broadcast (do Inglês, “transmitir”) ou Radiodifusão é o processo 
pelo qual se transmite ou difunde determinada informação, tendo 
como principal característica que a mesma informação está sendo 
enviada para muitos receptores simultaneamente. Este termo é 
utilizado em rádio, telecomunicações e em informática. Em Redes 
de computadores, um endereço de broadcast é um endereço IP (e 
o seu endereço é sempre o último possível na rede) que permite 
que a informação seja enviada para todas as máquinas de uma 
LAN, MAN, WAN e TANS, redes de computadores e sub-redes. 
A RFC (Request for comments), RFC 919 é a RFC padrão que 
trata deste assunto. Essas redes podem ser divididas em quatro 
categorias: estáticas, dinâmicas, centralizadas e descentralizadas. 
Fonte: Disponível em:<http://www.qualid.com.br/?cat=35>. 
Acesso em: 20 jan. 2011.
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 Capítulo 4 
d) Arquitetura de rede única
As redes de controle e informação também podem estar fundidas em 
uma rede única, conforme a figura 35. Esta topologia apresenta os seguintes 
inconvenientes:
• O tráfego na rede de controle é de natureza diversa do tráfego na rede de 
informação, caracterizando-se por mensagens curtas e muito frequentes. 
• O tráfego da rede de informação é em geral representado por arquivos 
maiores transmitidos com baixa frequência. 
• Os requisitos de performance e segurança das duas redes também são 
diferentes.
Embora este tipo de topologia seja muito utilizado, a topologia anterior é 
mais recomendada por segmentar cada tipo de tráfego. (SEIXAS, 2009).
Figura 35 - Barramento único
 
Fonte: Seixas (2009).
e) Sistemas híbridos
Atualmente os SDCDs (Sistema Digital de Controle Distribuído) têm um 
sucesso peso leve. Conhecido como sistema híbrido, este novo sistema alia a 
versatilidade e performance de um SDCD com o baixo custo de uma solução 
SCADA + CLP (Figura 36).
 
O tráfego da rede 
de informação é em 
geral representado 
por arquivos maiores 
transmitidos com baixa 
frequência. 
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 Automação industrial
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Figura 36 - Esquema Básico de um SDCD
Fonte: Adaptado Seixas (2009).
f) Middleware
Softwares que são executados entre as aplicações e os sistemas 
operacionais. Facilitam o desenvolvimento de aplicações distribuídas, sendo 
utilizados para trocar informações entre programas, ocultando diferenças de 
protocolos de comunicação, plataformas e sistema operacional.
Middleware ou mediador, no campo da computação distribuída, é um 
programa de computador o qual faz a mediação entre software e demais 
aplicações. É utilizado para mover ou transportar informações e dados 
entre programas de diferentes protocolos de comunicação, plataformas e 
dependências do sistema operacional. 
É geralmente constituído por módulos dotados com APIs de alto nível, que 
proporcionam a sua integração com aplicações desenvolvidas em diversas 
linguagens de programação, e interfaces de baixo nível, que permitem a 
sua independência relativamente ao dispositivo. Seu objetivo é mascarar a 
heterogeneidade e fornecer um modelo de programação mais produtivo para 
os programadores de aplicativos.
O mediador é composto por um conjunto de processos ou objetos em 
um grupo de computadores que interage entre si de forma a implementar 
comunicação e oferecer suporte para compartilhamento de recursos e 
aplicativos distribuídos.
O mediador é 
composto por 
um conjunto de 
processos ou objetos 
em um grupo de 
computadores que 
interage entre si de 
forma a implementar 
comunicação e 
oferecer suporte para 
compartilhamento de 
recursos e aplicativos 
distribuídos.
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Componentes de Hardware e Software
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 Capítulo 4 
g) O Protocolo OPC
Um dos grandes problemas de se interfacear equipamentos e sistemas 
no chão de fábrica reside em se compatibilizar os protocolos da camada de 
aplicação. O MMS - Manufacturing Message Specification foi uma tentativa de 
padronização que, entretanto, fracassou por falta de adeptos. O padrão OPC 
foi inicialmente liderado pela Microsoft e especificado pela OPC Foundation. 
Este protocolo é hoje o padrão de fato da indústria (SILVA et al., 2007). 
Algumas são as consequências do uso do OPC como Interface na 
indústria, dentre as principais podemos citar: 
• Padronização das interfaces de comunicação entre os servidores e clientes 
de dados de tempo real, facilitando a integração e manutenção dos 
sistemas.
• Eliminação da necessidade de drivers de comunicação específicos 
(proprietários).
• Melhoria do desempenho e otimização da comunicação entre dispositivos 
de automação.
• Interoperabilidade entre sistemas de gestão empresarial (Enterprise 
Resource Planning - ERP), de execução de manufatura (Manufacturing 
Execution System - MES) e aplicações Windows (Excel, etc.).
• Redução dos custos e tempo para desenvolvimento de interfaces e drivers 
de comunicação, com consequente redução do custo de integração de 
sistemas.
• Facilidade de desenvolvimento e manutenção de sistemas e produtos para 
comunicação em tempo real.
• Facilidade de treinamento.
 Na prática, nós teríamos que utilizar ou desenvolver um drive que 
atendesse perfeitamente à combinação: Sistema SCADA (existem dezenas) 
/ sistema operacional (várias opções), cartão de comunicação PC/CLP (várias 
fontes e possibilidade de rede). Isto implica a existência de centenas de drives 
de comunicação, que só atendem a versõesespecíficas da combinação de 
fatores apresentada anteriormente. 
O protocolo OPC elimina esta situação. Um fabricante de CLP sempre 
fornecerá com o seu equipamento um servidor OPC. O fabricante de SCADA 
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 Automação industrial
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também fornecerá ao cliente o OPC. O mesmo acontece com um fornecedor 
de inversores, de relés inteligentes ou de qualquer outro dispositivo industrial 
inteligente. Um sistema SCADA também pode oferecer um servidor OPC para 
comunicação com outro sistema de aquisição de dados, por exemplo, um 
PIMS (Process Information Management Systems) (SILVA, et al., 2007).
PIMS é um software que contém um repositório no qual são concentradas 
todas as informações relevantes das células de produção, diretamente ligadas 
aos sistemas de supervisão e controle. O PIMS coleta informações dos 
sistemas de supervisão, CLPs, SDCDs e sistemas legados e os armazena 
em uma base de dados real time. Tal base tem características não 
encontradas nos bancos de dados convencionais, como: grande capacidade 
de compactação (tipicamente de 10:1) e alta velocidade de resposta a 
consulta em sua base histórica. Devido a isto, é capaz de armazenar um 
grande volume de dados com recursos mínimos se comparado às soluções 
convencionais. SDCD - Sistemas de Supervisão e Aquisição de Dados ou 
abreviadamente SCADA (proveniente do seu nome em inglês Supervisory 
Control and Data Aquisition) são sistemas que utilizam software para 
monitorar e supervisionar as variáveis e os dispositivos de sistemas de 
controle conectados através de drivers específicos.
Como as aplicações precisam apenas saber como buscar dados de 
um servidor OPC, ignorando a implementação do dispositivo, e o servidor 
precisa fornecer dados em um formato único: servidor OPC, a tarefa de 
escrever drives de comunicação fica muito facilitada (ALBURQUERQUE; 
ALEXANDRIA, 2007).
O OPC é um padrão de comunicação aberto que tem por principal 
objetivo permitir a interoperabilidade vertical entre sistemas dentro de uma 
organização. A primeira versão funcional do OPC foi desenvolvida por volta 
de 1996, resultado do trabalho conjunto entre fornecedores de sistemas 
para automação industrial. Deste esforço conjunto surgiu a OPC Foundation, 
organização que define os padrões do OPC e que busca constantemente 
sua melhoria e evolução. Desde seu surgimento as novas especificações são 
elaboradas com o objetivo de agregar mais funcionalidades ao padrão OPC.
A sigla OPC significa OLE for Process Control ou OLE para Controle de 
Processos. Baseado nas tecnologias Microsoft OLE COM (Component Objetc 
Model) e DCOM (Distributed Component Object Model), o OPC é um conjunto 
comum de interfaces, métodos e propriedades de comunicação, agregados 
dentro de uma especificação padronizada e aberta para acesso público. 
Teoricamente qualquer pessoa com conhecimentos de programação pode 
desenvolver seus aplicativos OPC, basta acessar as especificações contidas 
na web site da OPC Foundation e desenvolver uma interface compatível.
PIMS é um software 
que contém um 
repositório no qual são 
concentradas todas as 
informações relevantes 
das células de 
produção, diretamente 
ligadas aos sistemas 
de supervisão e 
controle. 
A primeira versão 
funcional do OPC foi 
desenvolvida por volta 
de 1996, resultado 
do trabalho conjunto 
entre fornecedores 
de sistemas para 
automação industrial.
OPC é um conjunto 
comum de 
interfaces, métodos 
e propriedades 
de comunicação, 
agregados dentro de 
uma especificação 
padronizada e aberta 
para acesso público.
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Componentes de Hardware e Software
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 Capítulo 4 
Para ficar mais claro o que é o OPC, podemos fazer uma analogia com 
um driver comum de impressora. Na época do MS-DOS, o desenvolvedor de 
um software, como um editor de textos, precisava desenvolver um driver de 
comunicação para cada uma das impressoras existentes no mercado: um para 
a Epson-FX, um para a HP LaserJet, entre outras impressoras. 
No mercado de automação industrial isso fica evidente até hoje. Se 
tomarmos como exemplo um software de supervisão, veremos que ele 
tem seus próprios drivers para cada um dos CLPs (Controladores Lógico 
Programáveis) existentes no mercado. No entanto, estes drivers não podem 
ser utilizados em outro software de supervisão: este outro deve possuir seus 
próprios drivers para os mesmos CLPs.
PIMS ou Process Information Management Systems são sistemas que 
adquirem dados de processo de diversas fontes, os armazenam num banco 
de dados relacional/temporal e os disponibilizam através de diversas formas 
de representação. O PIMS nasceu na indústria de processos contínuos mais 
propriamente na indústria química e petroquímica para resolver o problema 
da fragmentação de dados e proporcionar uma visão unificada do processo. 
Numa primeira fase, o PIMS passa a se constituir na ferramenta fundamental 
para o engenheiro de processos. A partir de uma estação ele pode visualizar 
tanto os dados de tempo real como históricos da planta. 
Segundo Silva e colaboradores (2007), pode-se mostrar tabelas, gráficos 
de tendência e sinópticos e eliminar as ilhas de informação, concentrando 
em uma única base de dados informação sobre todos os aspectos de uma 
planta. A implantação de um PIMS facilita a implantação de outros módulos 
de software, como reconciliador de dados, sistema especialista, Supply Chain 
Manager e facilita a integração de sistemas ERP com o chão de fábrica. 
A capacidade de gerar outros dados através de cálculos e de armazená-los 
por longos períodos de tempo sem ter que enviá-los a um mainframe constitui 
um grande ganho para o analista de processos. Ele deixa de depender do 
pessoal do departamento de informática e passa a gerar relatórios sem ter que 
se preocupar se o dado se origina num CLP, num sistema SCADA ou SDCD.
Segundo Seixas (2009), as indústrias químicas e petroquímicas constituem 
o principal nicho para o PIMS, mas outros mercados foram rapidamente 
conquistados: papel e celulose, siderurgia, cimento, mineração, enfim todos 
os processos contínuos. Hoje existem novas ferramentas que farão com que o 
PIMS seja uma ferramenta indispensável também nos mercados de processos 
por batelada e até manufatura, mas a trajetória do PIMS se confunde com 
a trajetória do SDCD e podemos dizer que os dois formam um par perfeito 
(Figura 37) .
PIMS são sistemas 
que adquirem dados 
de processo de 
diversas fontes, os 
armazenam num 
banco de dados 
relacional/temporal 
e os disponibilizam 
através de 
diversas formas de 
representação.
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 Automação industrial
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 Figura 37 - Sistemas PIMS
Fonte: Seixas (2009).
h) PIMS e MES
Seixas (2009) comenta que existe uma grande confusão no mercado 
sobre o real papel dos PIMS. PIMS são ferramentas de gerenciamento de 
informações. Embora seja possível definir gráficos sinópticos e de tendência 
com uma ferramenta PIMS, PIMS não substituem sistemas SCADA, isto é, 
podem desempenhar esta função na ausência de um supervisório, mas não 
foram projetados com este propósito. Também não substituem um MES, já que 
não possuem as principais funções destes sistemas. 
É normal que algumas funções típicas de MES venham a ser incorporadas 
a alguns sistemas PIMS, dando-lhes maior versatilidade, como tracking, 
genealogia, interfaceamento com sistemas de ERP e outras. Isto, entretanto, 
não torna estes sistemas especialistas nestas atividades. 
A grande máxima do MES e que vem dificultando a produção de 
ferramentas de alto grau de generalidade, é que MES é específico para um 
tipo de processo. Um MES de manufatura de semicondutores não é apropriado 
para a manufatura de bens de consumo ou de alimentos, por exemplo.
Atividade de Estudos: 
1) Porque a empresa precisa de um sistema de supervisão?_________________________________________________
 _________________________________________________
 _________________________________________________
 _________________________________________________
 _________________________________________________
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 Capítulo 4 
2) Descreva com suas palavras o que você entendeu sobre PIMS 
(Process Information Management Systems).
 ___________________________________________________
 ___________________________________________________
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 ___________________________________________________
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unidades de entrada, saída e interfaCes, 
Controladores programáveis
Os Controladores Lógicos Programáveis ou CLPs são equipamentos 
eletrônicos utilizados em sistemas de automação flexível. São ferramentas de 
trabalho muito úteis e versáteis para aplicações em sistemas de acionamento 
e controle e, por isso, são utilizados em grande escala no mercado industrial. 
Permitem desenvolver e alterar facilmente a lógica para acionamento das 
saídas em função das entradas. Dessa forma, podemos associar diversos 
sinais de entrada para controlar diversos atuadores ligados nos pontos de 
saída (SILVA FILHO, 2008).
Segundo Moraes e Castrucci (2007), atualmente existe uma preocupação 
em padronizar protocolos de comunicação para os CLPs, de modo a 
proporcionar que o equipamento de um fabricante “converse” com o 
equipamento de outro fabricante, não só CLPs, como Controladores de 
Processos, Sistemas Supervisórios, Redes Internas de Comunicação, etc., 
proporcionando uma integração a fim de facilitar a automação, gerenciamento 
e desenvolvimento de plantas industriais mais flexíveis e normalizadas, fruto 
da chamada Globalização. 
Cada fabricante estabelece um protocolo para fazer com que seus 
equipamentos troquem informações entre si. Os protocolos mais comuns 
são Modbus (Modicon - Schneider Eletric), EtherCAT (Beckhoff), Profibus 
(Siemens), Unitelway (Telemecanique - Schneider Eletric) e DeviceNet (Allen 
Bradley), entre muitos outros.
Os Controladores 
Lógicos Programáveis 
ou CLPs são 
equipamentos 
eletrônicos utilizados 
em sistemas de 
automação flexível.
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 Automação industrial
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Redes de campo abertas como PROFIBUS-DP são de uso muito comum 
com CLPs permitindo aplicações complexas na indústria automobilística, 
siderúrgica, de papel e celulose, e outras.
Vantagens do uso de controladores lógicos programáveis:
• Ocupam menor espaço.
• Requerem menor potência elétrica.
• Podem ser reutilizados.
• São programáveis, permitindo alterar os parâmetros de controle.
• Apresentam maior confiabilidade.
• Manutenção mais fácil e rápida.
• Oferecem maior flexibilidade.
• Apresentam interface de comunicação com outros CLPs e 
computadores de controle.
• Permitem maior rapidez na elaboração do projeto do sistema.
a) Estrutura interna do CLP
Segundo Moraes e Castrucci (2007), o CLP é um sistema microprocessado, 
ou seja, constitui-se de um microprocessador (ou micro controlador), um 
Programa Monitor, uma Memória de Programa, uma Memória de Dados, uma 
ou mais Interfaces de Entrada, uma ou mais Interfaces de Saída e Circuitos 
Auxiliares (Figura 38).
 
O CLP é um sistema 
microprocessado, ou 
seja, constitui-se de 
um microprocessador 
(ou micro controlador), 
um Programa Monitor, 
uma Memória de 
Programa, uma 
Memória de Dados, 
uma ou mais Interfaces 
de Entrada, uma ou 
mais Interfaces de 
Saída e Circuitos 
Auxiliares.
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Componentes de Hardware e Software
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 Capítulo 4 
Figura 38 - Composição de um CLP
Fonte: Prizon (2009).
Para compreender a figura 38, na sequência você encontra a descrição 
dos principais itens da composição de CLP, dentre os quais serão explicados 
e exemplificados a fonte de alimentação, a unidade de processamento, a 
bateria, a memória do programa monitor, a memória do usuário, a memória de 
dados, a memória de imagens das entradas e saídas, os circuitos auxiliares e 
os módulos ou interfaces de entrada. 
b) Fonte de alimentação
A Fonte de Alimentação tem normalmente as seguintes funções básicas: 
• Converter a tensão da rede elétrica (110 ou 220 VCA) para a tensão de 
alimentação dos circuitos eletrônicos (+ 5VCC para o microprocessador, 
memórias e circuitos auxiliares e +/- 12 VCC para a comunicação com o 
programador ou computador).
• Manter a carga da bateria nos sistemas que utilizam relógio em tempo real 
e Memória do tipo RAM (Random Access Memory).
• Fornecer tensão para alimentação das entradas e saídas (12 ou 24 VCC).
c) Unidade de processamento
Também chamada de CPU é responsável pelo funcionamento lógico de 
todos os circuitos. Nos CLPs modulares a CPU está em uma placa (ou módulo) 
separada das demais, podendo-se achar combinações de CPU e Fonte de 
110
 Automação industrial
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Alimentação. Nos CLPs de menor porte, a CPU e os demais circuitos estão 
todos em único módulo. As características mais comuns são:
• Microprocessadores ou Microcontroladores de 8, 16 bits ou mais (INTEL 
80xx, MOTOROLA 68xx, ZILOG Z80xx, PIC 16xx).
• Endereçamento de memória de até 1 Mega Byte.
• Velocidades de CLOCK variando de 4 a 30 MHZ.
• Manipulação de dados decimais, octais e hexadecimais.
d) Bateria
As baterias são usadas nos CLPs para manter o circuito do Relógio em 
Tempo Real, reter parâmetros ou programas (em memórias do tipo RAM), 
mesmo em caso de corte de energia, guardar configurações de equipamentos, 
etc. Normalmente são utilizadas baterias recarregáveis do tipo Ni-Ca ou Li. 
Nestes casos, incorporam-se circuitos carregadores.
e) Memória do programa monitor
O Programa Monitor é o responsável pelo funcionamento geral do CLP. 
Ele é o responsável pelo gerenciamento de todas as atividades do CLP. 
Não pode ser alterado pelo usuário e fica armazenado em memórias do tipo 
PROM (programmable read-only memory), EPROM (erasable programmable 
read-only memory) ou EEPROM (Electrically-Erasable Programmable Read-
Only Memory). Ele funciona de maneira similar ao Sistema Operacional dos 
microcomputadores. É o Programa Monitor que permite a transferência de 
programas entre um microcomputador ou Terminal de Programação e o CLP, 
o gerenciamento do estado da bateria do sistema, o controle dos diversos 
opcionais, etc (MORAES; CASTRUCCI, 2007).
Uma EPROM (sigla do inglês erasable programmable read-only memory, 
significando “memória programável apagável somente de leitura”) é um tipo de 
chip de memória de computador que mantém seus dados quando a energia 
é desligada. Em outras palavras, é não-volátil. Uma EPROM é programada 
por um dispositivo eletrônico que dá voltagens maiores do que os usados 
normalmente em circuitos elétricos. Uma vez programada, uma EPROM pode 
ser apagada apenas por exposição a uma forte luz ultravioleta. 
O Programa Monitor 
é o responsável 
pelo funcionamento 
geral do CLP. Ele é 
o responsável pelo 
gerenciamento de 
todas as atividades 
do CLP. 
Uma EPROM é 
um tipo de chip 
de memória de 
computador que 
mantém seus dados 
quando a energia é 
desligada.
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Componentes de Hardware e Software
111
 Capítulo 4 
Uma EEPROM (Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory) 
é um chip de armazenamento não-volátil usado em computadores e outros 
aparelhos. Ao contrário de uma EPROM, uma EEPROM pode ser programadae apagada várias vezes, eletricamente. Pode ser lida um número ilimitado de 
vezes, mas só pode ser apagada e programada um número limitado de vezes, 
que variam entre as 100.000 e 1 milhão. 
Esse limite é causado pela contínua deterioração interna do chip durante o 
processo de apagamento que requer uma tensão elétrica mais elevada. Como 
cada novo dado gravado no chip requer o apagamento do anterior, considera-
se apagamento e gravação como uma só operação, porém seria possível 
gravar o mesmo endereço de memória um bit de cada vez, fazendo, então, 
oito gravações com um só prévio apagamento. 
Entretanto, a maioria das memórias EEPROM faz o apagamento do 
conteúdo do endereço automaticamente antes da gravação. A memória flash é 
uma variação moderna da EEPROM, mas existe na indústria uma convenção 
para reservar o termo EEPROM para as memórias de escrita bit a bit, não 
incluindo as memórias de escrita bloco a bloco, como as memórias flash. As 
EEPROM necessitam de maior área que as memórias flash porque cada célula 
geralmente necessita de um transistor de leitura e outro de escrita, ao passo 
que as células da memória flash só necessitam de um.
f) Memória do usuário
É onde se armazena o programa da aplicação desenvolvido pelo usuário. 
Pode ser alterada por ele, já que uma das vantagens do uso de CLPs é a 
flexibilidade de programação. Inicialmente era constituída de memórias do 
tipo EPROM , sendo hoje utilizadas memórias do tipo RAM (cujo programa é 
mantido pelo uso de baterias), EEPROM e FLASH-EPROM, sendo também 
comum o uso de cartuchos de memória, que permitem a troca do programa com 
a troca do cartucho de memória. A capacidade desta memória varia bastante 
de acordo com marca/modelo do CLP, sendo normalmente dimensionadas em 
Passos de Programa (PRUDENTE, 2007).
g) Memória de dados
É a região de memória destinada a armazenar os dados do programa do 
usuário. Estes dados são valores de temporizadores, valores de contadores, 
códigos de erro, senhas de acesso, etc. São normalmente partes da memória 
RAM do CLP. São valores armazenados que serão consultados e ou alterados 
durante a execução do programa do usuário. 
É a região de memória 
destinada a armazenar 
os dados do programa 
do usuário.
112
 Automação industrial
112
Em alguns CLPs, utiliza-se a bateria para reter os valores desta memória 
no caso de uma queda de energia (PRUDENTE, 2007).
h) Memória imagem das entradas/saídas
Sempre que a CPU executa um ciclo de leitura das entradas ou executa 
uma modificação nas saídas, ela armazena os estados de cada uma das 
entradas ou saídas em uma região de memória denominada Memória Imagem 
das Entradas/Saídas. Essa região de memória funciona como uma espécie de 
“tabela” onde a CPU irá obter informações das entradas ou saídas para tomar 
as decisões durante o processamento do programa do usuário (MORAES; 
CASTRUCCI, 2007).
i) Circuitos auxiliares
São circuitos responsáveis para atuar em casos de falha do CLP. Alguns 
deles são:
POWER ON RESET: Quando se energiza um equipamento eletrônico 
digital não é possível prever o estado lógico dos circuitos internos. Para 
que não ocorra um acionamento indevido de uma saída, que pode causar um 
acidente, existe um circuito encarregado de desligar as saídas no instante em que 
se energiza o equipamento. Assim que o microprocessador assume o controle 
do equipamento esse circuito é desabilitado (MORAES; CASTRUCCI, 2007).
POWER-DOWN: O caso inverso ocorre quando um equipamento é 
subitamente desenergizado. O conteúdo das memórias pode ser perdido. Existe 
um circuito responsável por monitorar a tensão de alimentação e, em caso 
do valor desta cair abaixo de um limite predeterminado, o circuito é acionado, 
interrompendo o processamento para avisar o microprocessador e armazenar 
o conteúdo das memórias em tempo hábil (MORAES; CASTRUCCI, 2007).
WATCHDOG TIMER: Para garantir, no caso de falha do microprocessador, 
que o programa não entre em “loop”, o que seria um desastre, existe um 
circuito denominado “Cão de Guarda“, que deve ser acionado em intervalos 
de tempo predeterminados. Caso não seja acionado, ele assume o controle do 
circuito, sinalizando uma falha geral (MORAES; CASTRUCCI, 2007).
j) Módulos ou interfaces de entrada
São circuitos utilizados para adequar eletricamente os sinais de entrada 
para que possam ser processados pela CPU (ou microprocessador) do CLP. 
Temos dois tipos básicos de entrada: as digitais e as analógicas.
POWER ON RESET: 
Quando se energiza 
um equipamento 
eletrônico digital não 
é possível prever o 
estado lógico dos 
circuitos internos.
POWER-DOWN: 
O caso inverso 
ocorre quando 
um equipamento 
é subitamente 
desenergizado. 
WATCHDOG TIMER: 
Para garantir, no 
caso de falha do 
microprocessador.
113
Componentes de Hardware e Software
113
 Capítulo 4 
• Entradas digitais
São aquelas que possuem apenas dois estados possíveis, ligado ou 
desligado, e alguns dos exemplos de dispositivos que podem ser ligados a 
elas são: 
 – Botoeiras.
 – Chaves (ou micro) fim de curso.
 – Sensores de proximidade indutivos ou capacitivos.
 – Chaves comutadoras.
 – Termostatos.
 – Pressostatos.
 – Controle de nível (boia), etc.
As entradas digitais podem ser construídas para operarem em corrente 
contínua (24 VCC) ou em corrente alternada (110 ou 220 VCA). Podem ser, 
também, do tipo N (NPN) ou do tipo P (PNP). No caso do tipo N, é necessário 
fornecer o potencial negativo (terra ou neutro) da fonte de alimentação ao 
borne de entrada para que ela seja ativada. No caso do tipo P, é necessário 
fornecer o potencial positivo (fase) ao borne de entrada. Em qualquer dos tipos 
é de praxe existir uma isolação galvânica entre o circuito de entrada e a CPU 
(MORAES; CASTRUCCI, 2007). Esta isolação é feita normalmente através de 
oito acopladores.
As entradas de 24 VCC são utilizadas quando a distância entre os 
dispositivos de entrada e o CLP não excedam 50m. Caso contrário, o nível de 
ruído pode provocar disparos acidentais.
• Entradas analógicas
As entradas analógicas, permitem que o CLP possa manipular grandezas 
analógicas, enviadas normalmente por sensores eletrônicos. As grandezas 
analógicas elétricas tratadas por estes módulos são normalmente tensão e 
corrente. No caso de tensão as faixas de utilização são: 0 à 10 VCC, 0 à 5 VCC, 
1 à 5 VCC, -5 à +5 VCC, -10 à +10 VCC ( no caso as interfaces que permitem 
entradas positivas e negativas são chamadas de Entradas Diferenciais ), e no 
caso de corrente, as faixas utilizadas são : 0 à 20 mA , 4 à 20 mA.
114
 Automação industrial
114
Uma informação importante a respeito das entradas analógicas é a sua 
resolução. Esta é normalmente medida em Bits. Uma entrada analógica com 
um maior número de bits permite uma melhor representação da grandeza 
analógica. Por exemplo: Uma placa de entrada analógica de 0 á 10 VCC com 
uma resolução de 8 bits permite uma sensibilidade de 39,2 mV , enquanto que 
a mesma faixa em uma entrada de 12 bits permite uma sensibilidade de 2,4 
mV e uma de 16 bits permite uma sensibilidade de 0,2 mV.
Atividade de Estudos: 
1) O CLP nasceu praticamente dentro da indústria automobilística, 
especificamente na Hydronic Division da General Motors, em 
1968, sob o comando do engenheiro Richard Morley e seguindo 
uma especificação que refletia as necessidades de muitas 
indústrias manufatureiras. Descreva resumidamente as suas 
características:
 _________________________________________________
 _________________________________________________
 _________________________________________________
 _________________________________________________
2) Automação industrial é a aplicação de técnicas, softwares e/ou 
equipamentos específicos em uma determinada máquina ou 
processoindustrial, com o objetivo de aumentar a sua eficiência, 
maximizar a produção com o menor consumo de energia e/
ou matérias primas, menor emissão de resíduos de qualquer 
espécie, melhores condições de segurança, seja material, 
humana ou das informações referentes a esse processo ou, 
ainda, de reduzir o esforço ou a interferência humana sobre 
esse processo ou máquina. É um passo além da mecanização, 
onde operadores humanos são providos de maquinaria para 
auxiliá-los em seus trabalhos. Entre os dispositivos eletro-
eletrônicos que podem ser aplicados estão os:
 _________________________________________________
 _________________________________________________
 _________________________________________________
 _________________________________________________
 _________________________________________________
 _________________________________________________
 _________________________________________________
 _________________________________________________
115
Componentes de Hardware e Software
115
 Capítulo 4 
engenharia de programas e 
desenvolvimento de Software
O desenvolvimento de software para automação industrial foi 
impulsionado pela adoção dos protocolos digitais, tanto sob a forma de 
software embarcado, dada a necessidade de drivers de comunicação 
para os dispositivos, quanto de ferramentas de software para supervisão, 
controle, calibração e configuração remota de instrumentos de campo. 
Surgiu, também, a oportunidade de criação de programas para tratamento 
da grande quantidade de dados que passou a ser transmitida do campo 
para a sala de controle, bem como para geração de informações úteis para 
outros setores da empresa (MORAES; CASTRUCCI, 2007).
Os tipos de software mais comumente empregados no controle e na 
automação industrial são listados abaixo e brevemente descritos.
Supervisório ou software de supervisão: Software que se presta a fazer 
a comunicação entre um computador e uma rede de automação, trazendo 
ferramentas padronizadas para a construção de interfaces entre o operador 
e o processo. Sua função básica é permitir a visualização e a operação do 
processo de forma centralizada.
O supervisório mais conhecido é o SCADA (Supervisory Control And 
Data Acquisition). Proporciona os recursos e o ambiente para a criação de 
aplicações de controle e para a definição de funções de rede de protocolos 
específicos. Trata-se de ferramentas voltadas à criação de aplicativos de 
controle baseados na lógica PID, sistemas especialistas para controle de 
processos e aplicativos de execução de lógicas fuzzy e neuro fuzzy. Voltadas 
também à configuração de redes para aplicação de protocolos industriais, 
como o FeildBus Fundation ou o Profibus.
MES (Manufacturing Execution System): Controlam todo o fluxo produtivo, 
incluindo estoques de matérias-primas, produtos em processamento e 
disponibilidade de máquinas. Através do MES podem ser calculados os KPI 
(Key Performance Indicators), que contribuem para a melhoria do desempenho 
da planta. (SEIXAS, 2009).
PIMS (Plant Information Management System). Software utilizado para 
armazenamento de todas as informações relevantes do processo. Coleta 
informações dos sistemas de supervisão, sistemas de controle e sistemas 
legados (já existentes) e os armazena em uma base de dados, que se 
distingue dos bancos de dados convencionais por ter grande capacidade de 
compactação e alta velocidade de resposta à consulta (SEIXAS, 2009).
O desenvolvimento 
de software para 
automação industrial 
foi impulsionado pela 
adoção dos protocolos 
digitais, tanto sob a 
forma de software 
embarcado, dada a 
necessidade de drivers 
de comunicação 
para os dispositivos, 
quanto de ferramentas 
de software para 
supervisão, controle, 
calibração e 
configuração remota 
de instrumentos de 
campo. 
Supervisório 
ou software de 
supervisão: Software 
que se presta a fazer 
a comunicação entre 
um computador e uma 
rede de automação
MES (Manufacturing 
Execution System): 
Controlam todo o fluxo 
produtivo, incluindo 
estoques de matérias-
primas, produtos 
em processamento 
e disponibilidade de 
máquinas
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 Automação industrial
116
EAM (Enterprise Asset Management): Software empregado no 
gerenciamento dos equipamentos de uma planta. EAM - Gestão Ativos 
Empresariais - permite a gestão otimizada durante toda a vida útil dos ativos 
físicos de uma organização para maximizar o valor. O sistema oferece 
gestão dos dados de ativos, manutenção preventiva, controle de ordens de 
serviço, gestão de diagnósticos e análises estatísticas, que podem aprimorar 
significativamente a gestão dos ativos operacionais.
CMMS (Computerized Maintenance Management System): Software de 
gerenciamento da manutenção que aproveita os dados e sinais transmitidos 
pela rede de automação e controle para registrar anomalias de funcionamento 
de equipamentos e agilizar a atuação das equipes de manutenção.
Existe a utilização também de outros tipos de software para, por exemplo, 
monitoramento e avaliação de desempenho das malhas de controle, tais 
como variabilidade da qualidade da produção, desgaste de atuadores e 
maior consumo de utilidades e matérias-primas. Podem ser incluídas nessa 
relação ainda as ferramentas de programação de CLPs e IHMs, bem como os 
softwares de auxílio ao projeto, à engenharia e à manufatura CAD/CAE/CAM 
(GROOVER, 2008).
sistemas operaCionais para Controle em 
tempo real
Os sistemas operacionais de tempo real foram projetados para resposta 
a eventos e sistemas de controle de malha fechada. Aplicações de resposta a 
eventos, como um sistema de airbag automotivo, necessitam de uma resposta 
a um estímulo em um determinado espaço de tempo. Sistemas de controle 
de malha fechada, como um sistema de controle de velocidade automotiva, 
processam continuamente o feedback do sistema para ajustar uma saída. 
Ambos os sistemas exigem a realização de uma operação dentro de um 
tempo determinado. Esse tipo de desempenho é chamado de determinístico 
(ALBUQUERQUE; ALEXANDRIA, 2007).
Sistemas de tempo real podem ser classificados como “soft” ou “hard”. 
Para sistemas de tempo real do tipo soft, a utilidade de um sistema geralmente 
é inversamente proporcional ao tempo de resposta após um determinado 
prazo ter sido perdido. Por exemplo, quando pressionamos um botão do 
telefone para atender uma chamada, a conexão deve ser estabelecida logo 
após o botão ter sido apertado. Contudo, o prazo não é tão crítico e pequenos 
atrasos podem ser tolerados. 
EAM - Gestão Ativos 
Empresariais - permite 
a gestão otimizada 
durante toda a vida útil 
dos ativos físicos de 
uma organização para 
maximizar o valor.
117
Componentes de Hardware e Software
117
 Capítulo 4 
Sistemas de tempo real do tipo “hard” são aqueles em que a utilidade do 
sistema se torna zero em caso de perda do prazo. Uma unidade de controle de 
motores automotivos (ECU - automotive engine control unit) deve processar 
sinais de entrada e calcular a temporização da faísca da vela dentro de um 
prazo. Se houver perda desse prazo o motor não irá operar corretamente. A 
utilidade de uma tarefa após a perda de prazo depende se o sistema de tempo 
real é do tipo “soft” (amaciado) ou do tipo “hard” (rígido), como mostrado na 
figura 39. (NATIONAL, 2010).
Figura 39 - Diferença entre tecnologia de tempo real Hard e Soft
 
Fonte: National (2010).
Sistemas operacionais como o Microsoft Windows e o MAC OS fornecem 
uma excelente plataforma para desenvolvimento e execução de aplicações 
não críticas de medição e controle. Contudo, por serem sistemas operacionais 
projetados para um propósito geral, eles não são ideais para executar 
aplicações que necessitem de um desempenho determinístico ou de um maiortempo sem falhas.
Sistemas operacionais de propósito gerais são otimizados para executar 
uma variedade de aplicações simultaneamente, assegurando que todas 
as aplicações recebam um tempo de processamento. Esses sistemas 
operacionais também devem responder a interrupções de periféricos como 
mouse e teclado. O usuário tem controle limitado sobre o modo como essas 
tarefas são manipuladas pelo processador. Como resultado, tarefas de alta 
prioridade podem ser interrompidas para que tarefas de baixa prioridade sejam 
executadas, fazendo com que seja impossível garantir um tempo de resposta 
constante para suas aplicações críticas.
Sistemas operacionais 
de propósito gerais 
são otimizados 
para executar 
uma variedade 
de aplicações 
simultaneamente, 
assegurando que 
todas as aplicações 
recebam um tempo de 
processamento. 
118
 Automação industrial
118
Em contraste, sistemas operacionais de tempo real proporcionam a 
capacidade de priorizar tarefas para que as mais críticas possam sempre ter 
controle do processador quando necessário. Essa propriedade possibilita a 
criação de aplicações com resultados que podem ser previstos.
Sistemas operacionais de tempo real são necessários quando o 
processador está envolvido em operações como controle de malha fechada 
e tomada de decisão em tempo crítico. Essas aplicações necessitam que 
decisões temporizadas sejam feitas baseadas em dados recebidos. Por 
exemplo, um equipamento de entradas e saídas amostra um sinal de entrada 
e o envia diretamente para a memória. 
Então, o processador deve analisar o sinal e enviar a resposta adequada 
ao equipamento de entradas e saídas. Nessa aplicação, o software deve 
estar envolvido na malha. Portanto, você precisa de um sistema operacional 
de tempo real para garantir resposta dentro de um espaço de tempo fixo. 
Além disso, aplicações que necessitam de tempo de execução entendido 
ou operações autônomas são geralmente implementadas com sistemas 
operacionais de tempo real (NATIONAL, 2010).
a) Desempenho em Tempo Real 
O equívoco mais comum associado ao desempenho em tempo real 
é dizer que ele aumenta a velocidade de execução do programa. Apesar 
de ser verdade em alguns casos, a aplicação é melhorada proporcionando 
temporização precisa e previsível. Com essas melhorias, você pode determinar 
o tempo exato em que certo evento ocorrerá.
b) Controle em Tempo Real
Com controle em tempo real, é possível monitorar e simular continuamente 
um sistema físico. Aplicações de controle em tempo real executam repetidamente 
uma tarefa definida pelo usuário com um intervalo de tempo específico entre cada 
execução. A maioria dos sistemas de controle em tempo real monitora um sistema 
físico, compara o estado atual com o estado desejado e, então, simula o sistema 
físico, baseando-se nessa comparação. O tempo que leva para que essa malha 
execute é considerado o tempo de ciclo da malha. O tempo de ciclo da malha de 
controle varia baseado na complexidade do sistema.
O determinismo mede a consistência do intervalo de tempo especificado 
entre os eventos. Muitos algoritmos de controle, como o PID, requerem um 
comportamento muito determinístico. Por exemplo, um elevador se move 
A maioria dos sistemas 
de controle em 
tempo real monitora 
um sistema físico, 
compara o estado 
atual com o estado 
desejado e, então, 
simula o sistema físico, 
baseando-se nessa 
comparação. 
119
Componentes de Hardware e Software
119
 Capítulo 4 
gradualmente para o andar correto por causa do comportamento determinístico 
da malha de controle. Sem o determinismo, o elevador chega ao andar correto, 
porém sem estabilidade.
Em todos os sistemas de tempo real há uma quantidade de erro chamada 
jitter (variação de latência). O jitter é outra maneira de medir o determinismo 
de um sistema de tempo real. Você pode calculá-lo como a diferença máxima 
entre qualquer atraso individual de tempo e o atraso de tempo desejado em 
um sistema, como mostrado na figura 40.
Figura 40 - Um Exemplo de Diagrama de Jitter
 
Fonte: National (2010).
c) Resposta a eventos em Tempo Real
Com resposta a eventos em tempo real é possível responder a um simples 
evento dentro de um dado espaço de tempo. O sistema de tempo real garante 
algum tempo máximo de resposta a um evento único. O evento pode ser tanto 
periódico quanto aleatório. Um exemplo de uma aplicação de resposta a um 
evento em tempo real é um sistema de monitoração de segurança. Se uma 
planta entra em um estado de perigo, o sistema de tempo real deve responder 
a este evento dentro de um espaço de tempo garantido (NATIONAL, 2010).
A latência é usada para descrever o tempo que leva para se responder 
a um evento. É similar ao determinismo em aplicações de controle em tempo 
real. Com resposta a eventos em tempo real, é garantido o pior caso de latência.
Atualmente nos deparamos com uma quantidade crescente de aplicações, 
de importância na sociedade, que apresentam comportamentos definidos 
segundo restrições temporais. Alguns exemplos dessas aplicações se 
encontram no controle de plantas industriais, de tráfego aéreo ou ferroviário, 
O jitter é outra 
maneira de medir o 
determinismo de um 
sistema de tempo real.
120
 Automação industrial
120
de aquisição de dados, nas telecomunicações, na eletrônica embarcada em 
carros e aviões, na robótica, em equipamentos médicos, em sistemas de 
multimídia, etc. Aplicações que apresentam tal característica, de estarem 
sujeitas a restrições temporais, são comumente identificadas como Sistemas 
de Tempo Real (NATIONAL, 2010).
As necessidades de segurança num número cada vez maior de aplicações 
com restrições temporais colocam à prova as metodologias e ferramentas 
convencionais, sob pena de perdas em termos financeiros, ambiental ou 
humano. Nesse sentido, surge toda uma demanda por algoritmos de suporte 
computacional e por metodologias para o desenvolvimento de tais aplicações.
d) Sistemas e aplicações de tempo real
Um sistema computacional de tempo real é um sistema cuja correção 
depende não somente do resultado lógico dos processamentos, mas também 
do instante em que os resultados são produzidos. Os sistemas de tempo real, 
portanto, devem ter a habilidade de executar um comando ou instrução e 
disponibilizar a resposta em um tempo previsível, ou seja, é possível estimar o 
tempo de processamento necessário.
e) Aplicações típicas de tempo real
Muitos sistemas de computadores possuem requisitos de tempo real, 
pelo menos de soft real-time. Isto significa que existem restrições temporais 
associadas à operação de tais sistemas. Alguns exemplos de aplicações que 
possuem requisitos de tempo real são:
• Controle automobilístico.
• Equipamentos médicos.
• Aplicações militares, controle aéreo e espacial.
• Jogos.
• Automação industrial.
• Aquisição de Dados.
• Robótica.
Um sistema 
computacional de 
tempo real é um 
sistema cuja correção 
depende não somente 
do resultado lógico dos 
processamentos, mas 
também do instante 
em que os resultados 
são produzidos. 
121
Componentes de Hardware e Software
121
 Capítulo 4 
• Servidores web.
• Telefone celular, voz sobre ip, TV digital, vídeo conferência, etc.
Exemplos:
Hard – real time - O detector de proximidade de veículo automático 
detectou um objeto na sua trajetória, mas este acontecimento não foi 
processado no intervalo de tempo de ½ segundo. Infelizmente esse objeto era 
uma pessoa!
Soft – real time - Um controlador de processos não conseguiu cumprir 
a sua meta temporal no intervalo de amostragem corrente. Provavelmente é 
aceitável esperar pela próxima amostra, devendo, porém, ser garantido que 
a próxima amostra será processada. Num sistema automático depagamento, 
o tempo médio de atendimento é o fator temporal mais importante. Se uma 
determinada transação demora muito tempo, continua a ser preferível continuar 
com a transação a interrompê-la.
fundamentos da ComuniCação industrial
Algumas metodologias de comunicação devem ser entendidas quando se 
fala de comunicação digital.
Mestre/Escravo ou Cliente/Servidor (Master/Slave or Client/Server) – Esta 
seria uma das mais simples formas de comunicação, na qual o mestre faz a 
pergunta e o escravo destino responde (PRIZON, 2009). A figura 41 ilustra um 
controle para tarefas específicas, com as relações entre sistemas deste tipo. 
O barramento compara a transferência de informações que é aceita de acordo 
com a priorização do controlador principal, no caso, o mestre. Neste tipo de 
sistema somente ocorrem diálogos entre o controlador mestre e os escravos.
Figura 41 - Sistema de controle centralizado na configuração Barramento
 
Fonte: Adaptado de Prizon (2009).
122
 Automação industrial
122
Produtor/Consumidor– Esta é a forma ideal para comunicação cíclica, 
em que o equipamento produtor envia a informação via broadcast, a qual 
é, então, utilizada por todos os equipamentos interessados (consumidor). 
(PRIZON, 2009).
Este sistema é caracterizado pelos transdutores, atuadores e controladores 
espacialmente distribuídos. A ideia principal é usar uma rede de comunicação 
serial para conectar as partes e, portanto, minimizar a complexidade do 
cabeamento, principalmente em grandes instalações. Este tipo de rede é 
chamado Fieldbus (barramento de campo). 
No sistema apresentado na figura 42, o controlador coleta informações 
dos vários transdutores e, baseado nas informações do sistema (algoritmo dos 
programas aplicativo), controla um atuador ou um grupo de atuadores. Em 
relação à distribuição das tarefas de controle, este sistema é completamente 
centralizado. Somente as atuações de baixo nível e as informações dos 
sensores são distribuídos. (ALBUQUERQUE; ALEXANDRIA, 2007).
Figura 42 - Sistema Fieldbus
 
Fonte: Adaptado de Prizon (2009).
a) Topologia: barramento
Source/Sink (Origem/Canal) – Neste modo, a transmissão só será 
efetuada pela origem caso houver uma alteração na informação (Figura 43). 
Transmissão por exceção.
 
Figura 43 - Transmissão por exceção
Fonte: Adaptado de Prizon (2009).
A ideia principal 
é usar uma rede 
de comunicação 
serial para conectar 
as partes e, 
portanto, minimizar 
a complexidade 
do cabeamento, 
principalmente em 
grandes instalações.
123
Componentes de Hardware e Software
123
 Capítulo 4 
b) Interoperabilidade
Um problema potencial com comunicação digital reside no fato de que há 
muitas maneiras de executar esta comunicação. Os métodos de representação, 
codificação e transmissão dos dados são definidos pelos protocolos.
Cada fabricante tem a tendência de inventar o seu protocolo. Um dos objetivos 
dos comitês de padronização é definir um padrão que todos possam seguir.
c) Áreas de aplicação das redes de automação
São basicamente as áreas de Manufatura e Processo contínuo. Há 
também outras áreas (Predial, Residencial, Comercial). (ALBUQUERQUE; 
ALEXANDRIA, 2007).
Na Manufatura predomina o controle lógico e intertravamento. Em 
controle de processo contínuo geralmente são utilizadas variáveis analógicas. 
Em ambos, as instalações estão localizadas em áreas inóspitas, sujeitas a 
interferências do chão de fábrica, diferentes da automação predial.
d) Manufatura
Em Manufatura (exemplo: Indústria Automobilística), o tipo ideal de rede 
é aquela que tem alta velocidade de troca de dados, utilizando de pequenos 
pacotes de informação. Os típicos padrões adotados nesta área são as redes 
Interbus e AS-i, que são também denominadas redes de Sensores. Os padrões 
DeviceNet, ControlNet e Profibus-DP também são utilizados e são conhecidos 
como redes de Devices.
e) Processo Contínuo
Em Processo Contínuo (exemplo: Refinarias, Papel e Celulose, Energia, 
Química), as variáveis predominantes são analógicas e exigem controle de 
malha fechada através de algoritmos especialistas e/ou de controle PIDs 
(Proporcional, Integral e Derivativo). Os típicos padrões adotados nesta área 
são Foundation Fieldbus, Profibus-PA e HART. Também são conhecidos 
como redes de campo ou fieldbus. Estas redes foram projetadas para suprir 
a comunicação dos equipamentos através do mesmo barramento, além disso, 
os parâmetros e comandos permitem diagnóstico, calibração, identificação, 
etc. (MORAES; CASTRUCCI, 2007).
Os métodos de 
representação, 
codificação e 
transmissão dos dados 
são definidos pelos 
protocolos.
Na Manufatura 
predomina o 
controle lógico e 
intertravamento.
Manufatura o tipo ideal 
de rede é aquela que 
tem alta velocidade 
de troca de dados, 
utilizando de pequenos 
pacotes de informação.
124
 Automação industrial
124
f) Modelos OSI, interfaces homem-máquina, integração de sistemas
Numa função de comunicação homem-máquina, o operador tem um papel 
extremamente importante no processo. Em função das informações de que 
dispõe, o operador deve efetuar ações que permitam o bom funcionamento 
das máquinas e das instalações.
As soluções de sistemas automatizados requerem o acesso à informação 
certa, no lugar certo e no momento certo. O objetivo da comunicação homem-
máquina (Interface Homem-Máquina) é permitir a comunicação entre o homem 
e a máquina de um modo simples. 
A comunicação do homem-máquina envolve sinais que tanto podem ser 
do tipo lógico como analógico. Este é estabelecido através de elementos que 
permitam a intervenção direta do operador (teclados, botoeiras, sinalizadores, 
consoles de visualização, comando e sistemas avançados de supervisão). A 
máquina informa o operador, através de sinalizadores sonoros ou luminosos e 
de monitores, sobre o seu estado de funcionamento. (BORGES, 2009).
O operador tem, desse modo, uma maior facilidade de análise e diagnóstico 
ao nível da instalação ou da máquina, evitando-se erros de atuação.
g) Comunicação homem-máquina
A comunicação homem-máquina utiliza dois fluxos de informação que 
circulam no sentido:
• máquina-homem;
• homem-máquina.
Estes dois fluxos são simultaneamente independentes e associados:
• Independentes porque podem apresentar níveis de riqueza diferentes. 
É quem concebe o automatismo que define estes níveis em função das 
necessidades do processo e do utilizador (por exemplo sinais tudo ou nada 
do operador para a máquina, mensagens alfanuméricas ou sinópticas 
animados da máquina para o operador).
• Associados porque a intervenção do operador numa interface de comando 
se traduz no nível do automatismo por uma ação bem definida e pela 
emissão de uma informação que depende da boa execução ou não desta 
ação. A intervenção do operador pode ser voluntária (paralisação da 
produção, modificação de dados, etc.) ou consequência de uma mensagem 
emitida pela máquina (alarme, fim de ciclo, etc.). (BORGES, 2009).
125
Componentes de Hardware e Software
125
 Capítulo 4 
h) Papel do operador
A comunicação homem-máquina reúne todas as funções de que o 
operador necessita para comandar e vigiar o funcionamento de uma máquina 
ou de uma instalação.
Conforme as necessidades e a complexidade do processo, o operador 
pode executar:
• tarefas que correspondem ao desenrolar normal do processo: comandar 
o início de operação e a parada, podendo estas duas fases incluir, 
eventualmente, procedimentos de funcionamento e paradas confiados ao 
automatismo, executados manualmente ou em modo semiautomático sob 
a responsabilidade do operador;
• tarefas ligadas a ocorrências imprevistas: detectar uma situação anormal e 
acionar uma ação corretiva antes que a evoluçãodesta situação provoque 
o agravamento das perturbações (por exemplo: em caso de prealarme 
de sobrecarga de um motor, restabelecer as condições normais de carga 
antes que o relé de proteção dispare);
• falha do sistema, parando a produção ou passando para um modo de 
funcionamento gradual que substitua a totalidade ou parte dos comandos 
automáticos por comandos manuais para manter a produção;
• garantir a segurança das pessoas e dos equipamentos, intervindo, se 
necessário, nos dispositivos de segurança.
A análise destas tarefas demonstra a importância do papel do operador. 
Em função das informações de que dispõe pode ser levado a tomar decisões e 
medidas fora do âmbito dos procedimentos de condução em condições normais 
e que influenciam diretamente a segurança e disponibilidade das instalações. 
O sistema de comunicação não deve limitar-se a um simples meio de troca de 
informações entre o homem e a máquina. Deve igualmente ser concebido de 
modo a facilitar a tarefa do operador e a permitir-lhe uma condução segura em 
quaisquer circunstâncias. (BORGES, 2009).
Além da comunicação homem-máquina descrita anteriormente, podemos 
ainda optar por efetuar a supervisão da nossa aplicação através de um PC, em 
que se instalou previamente um software de supervisão a que designamos por 
sistema SCADA (Software for Control And Data Acquisition).
Estes sistemas podem assumir topologia mono-posto, cliente-servidor ou 
múltiplos servidores-clientes. Atualmente tendem a libertar-se de protocolos 
A comunicação 
homem-máquina reúne 
todas as funções 
de que o operador 
necessita para 
comandar e vigiar o 
funcionamento de uma 
máquina ou de uma 
instalação.
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 Automação industrial
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de comunicação proprietários, como os dispositivos PACs (Controladores 
Programáveis para Automação), módulos de entradas/saídas remotas, 
controladores programáveis (CLPs), registradores, etc., para arquiteturas 
cliente-servidor OPC (OLE for Process Control).
A tendência dos sistemas de supervisão será a supervisão remota usando 
sistemas de telemetria através de tecnologias sem fios (tele móvel, rádio ou 
satélite). Através destas tecnologias os sistemas SCADA terão a capacidade 
de controlar processos industriais localmente ou em zonas diferenciadas. 
Aplicações de logística e controle de frotas são um bom exemplo prático, 
assim como controle de distribuição de serviços públicos, como água, esgotos, 
gás ou energia. SCADA indica precisamente um sistema com cobertura 
geográfica, em alternativa à topologia DCS (Distributed Control System), que 
atua no mesmo campo, mas com características locais. 
A diferença é importante porque o SCADA implica a gestão dos protocolos 
de transmissão típicos de uma rede WAN (Wide Area Network) e com dados 
temporais mais complexos. Como exemplo, podemos comentar que o sistema 
de controle e supervisão de uma rede elétrica é tipicamente um SCADA, um 
sistema do mesmo tipo dedicado a uma refinaria é um DCS.
São sistemas digitais de controle em que os elementos de controle não 
estão centralizados em um local, mas distribuídos pelo sistema, formando sub-
sistemas interconectados por uma rede para comunicação e monitoramento.
O software de supervisão permite-nos a criação da nossa aplicação e 
o controle-comando do processo aplicativo. Estes softwares oferecem uma 
sinergia perfeita entre a web e a HMI (interface homem-máquina).
Inicialmente, os sistemas SCADA permitiam informar periodicamente o 
estado do processo industrial, monitorando sinais representativos de medidas 
e estados de dispositivos através de um painel de lâmpadas e indicadores, 
sem qualquer interface operacional com o operador.
Com a evolução tecnológica, os computadores assumiram um papel de 
gestão na coleta e tratamento de dados, tornando possível a sua visualização 
e a geração de comandos de programação para execução de funções de 
controles complexos.
Os sistemas SCADA melhoram a eficiência do processo de monitoramento 
e controle, disponibilizando em tempo útil o estado atual do sistema através de 
um conjunto de previsões, gráficos e relatórios, de modo a permitir a tomada de 
decisões operacionais apropriadas, quer automaticamente, quer por iniciativa 
do operador.
O software de 
supervisão permite-
nos a criação da nossa 
aplicação e o controle-
comando do processo 
aplicativo. 
Com a evolução 
tecnológica, os 
computadores 
assumiram um papel 
de gestão na coleta e 
tratamento de dados, 
tornando possível a 
sua visualização e a 
geração de comandos 
de programação 
para execução de 
funções de controles 
complexos.
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Componentes de Hardware e Software
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 Capítulo 4 
• Características
A supervisão é uma forma evoluída do diálogo homem-máquina, com 
possibilidades muito mais vastas do que as funções de condução e vigilância 
mencionadas anteriormente. De um modo geral, responde à necessidade de 
capacidade de tratamento elevada e:
• assegura a comunicação entre os equipamentos de automatismo e os 
instrumentos de ordenamento e gestão da produção para lançar e gerir os 
diversos programas utilizados na manufatura;
• coordena o funcionamento de um conjunto de máquinas interligadas, 
constituindo uma ilha ou uma linha de produção, assegurando a execução 
de ordens comuns (funcionamento, paradas, etc.) e de tarefas, tais como a 
sincronização e a pilotagem de funcionamento graduais;
• assegura uma gestão qualitativa e quantitativa da produção, implicando a 
coleta em tempo real de numerosas informações e respectivo arquivo, bem 
como o tratamento imediato ou diferido;
• assiste o operador nas operações de diagnóstico de manutenção preventiva 
e corretiva.
Atividade de Estudos: 
1) Descreva as principais características e Fundamentos da 
comunicação industrial.
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 Automação industrial
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Considerações
Neste capítulo foram vistos requisitos dos sistemas informáticos para a 
automação. Algo que muitos autores comentam como sendo um conjunto 
de características interessantes para um profissional da área de Automação 
Industrial, para quem o conhecimento a respeito de redes, sobretudo aquelas 
utilizadas no ambiente industrial é importante. 
Os Sistemas de Integração da Manufatura são demonstrados em 
três níveis. O nível mais alto, nível de informação da rede, é destinado a 
um computador central que processa o escalonamento da produção da 
planta e permite operações de monitoramento estatístico da planta, sendo 
implementado, geralmente, por softwares gerenciais.
O nível intermediário, nível de controle da rede, é a rede central, localizada 
na planta, incorporando PLCs, PCs. A informação deve trafegar neste nível em 
tempo real para garantir a atualização dos dados nos softwares que realizam a 
supervisão da aplicação.
O nível mais baixo, nível de controle discreto, refere-se geralmente às 
ligações físicas da rede. Este nível de rede conecta os equipamentos de baixo 
nível entre as partes físicas e de controle. Nele se encontram os sensores 
discretos, contatores e blocos de entradas e saídas.
Assim, o conhecimento em redes industriais também é muito 
importante, sobretudo nos temposatuais, em que o sistema de automação 
não só controla um determinado processo ou equipamento, mas também 
pode alimentar todo um sistema gerencial de manutenção ou mesmo em 
relação ao negócio da empresa, com dados de produção, matérias-primas 
consumidas, disponibilidade de equipamento, etc., atualizados em um curto 
espaço de tempo. Para que isso seja possível, as redes de comunicação 
são um forte aliado.
referênCias
ALBUQUERQUE, Pedro Urbano Braga de; ALEXANDRIA, Auzuir Ripardo 
de. Redes Industriais, Aplicações em Sistemas Digitais de Controle 
Distribuidos. Fortaleza: Livro Técnico, 2007.
BORGES, Fátima. Documento Técnico: Diálogo Homem-Máquina. Portugal: 
Centro de Formação da Schneider Electric, 2009.
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Componentes de Hardware e Software
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 Capítulo 4 
CAMPOS, Mario Cesar M.; TEIXEIRA, Herbert C. G. Controles Típicos de 
Equipamentos e Processos Industriais. São Paulo: Edgard Blücher, 2006.
GROOVER, Mikell P. Automation, production systems, and computer-
integrated manufacturing. Publisher: Prentice-hall Of India Pvt Ltd., 2008.
MORAES, Cícero Couto de; CASTRUCCI, Plínio de Lauro. Engenharia de 
Automação Industrial. Rio de Janeiro, RJ: Editora LCT, 2007.
NATIONAL. O que é a Tecnologia de Tempo Real?, Disponível em: <http://
zone.ni.com/devzone/cda/tut/p/id/9896>. Acesso em: 05 mai. 2010.
PRIZON, Delcio. Redes de Automação Industrial. Unilins – Centro 
Universitário de Lins, 2009. (Apostila).
PRUDENTE, Francesco. Automação Industrial, PLC- Teoria e Aplicações. 
Rio de Janeiro: Editora LCT, 2007.
SEIXAS , Constantino Filho. Arquiteturas de sistemas de automação - Uma 
introdução. Departamento de Engenharia Eletrônica, Universidade Federal 
de Minas Gerais, 2009. (Apostila desenvolvida pela Universidade Federal de 
Minas Gerais).
SILVA FILHO, Bernardo Severo da. Curso de Controladores, Lógicos 
Programáveis. Universidade do Rio de Janeiro, 2008.
SILVA , Christian Farias da et al. Protocolo OPC: Introdução e Aplicações 
na Automação Industrial. Rio de Janeiro: Universidade do Estado do Rio de 
Janeiro, 2007. (Apostila).
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 Automação industrial
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