06_sistemas_automacao_industrial

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Sistemas de Automaۥo Industrial
 
 i
Conteúdo 
 
 
 
1. Automação 1 
1. Objetivos 1 
1. Automação 1 
1.1. Conceito 1 
1.2. Automação e mão de obra 1 
1.3. Automação e controle 2 
1.4. Automação e eletrônica 2 
2. Graus de Automação 2 
2.1. Ferramentas manuais 3 
2.2. Ferramentas acionadas 3 
2.3. Quantificação da energia 3 
2.4. Controle programado 3 
2.5. Controle com realimentação 
negativa 3 
2.6. Controle da máquina com cálculo
 3 
2.7. Controle lógico da máquina 3 
2.8. Controle Adaptativo 3 
2.9. Controle indutivo 4 
2.10. Máquina criativa 4 
2.11. Aprendendo pela máquina 4 
3. Sistemas de automação 4 
3.1. Máquina com controle numérico 4 
3.2. Controlador lógico programável 5 
3.3. Sistema de armazenagem e 
recuperação de dados 5 
3.4. Robótica 5 
3.5. Sistema de manufatura flexível 5 
4. Conclusão 5 
5. Automação de Unidade de 
Producao 6 
5.1. Introdução 6 
5.2. Objetivos 6 
5.3. Equipamentos existentes 6 
5.4. Monitoração de dutos 7 
5.5. Operação da plataforma 7 
Sala de Controle 7 
Painéis Locais 8 
Rede Fieldbus 9 
Manutenção Preditiva 10 
Operação da planta Via FIELDBUS 10 
CP para o CLP 10 
No breaks e Carregadores de Baterias.11 
Atendimento aos procedimentos da ANP
 11 
Gerenciamento corporativo 11 
Niveis de Parada de Emergência (ESD)12 
Segurança dos Vasos da Planta de 
Processo e Manifold 12 
Monitoração de Fogo & Gás. 12 
2. Componentes 13 
Objetivos de Ensino 13 
1. Introdução 13 
2. Chave 13 
2.1. Conceito 13 
2.2. Polos e Terminais 14 
2.3. Chave Liga-Desliga 15 
2.4. Chave Botoeira 15 
2.5. Chave Seletora 15 
2.6. Critérios de Seleção 16 
3. Chaves Automáticas 16 
3.1. Pressostato 16 
3.2. Termostato 17 
3.3. Chave de Vazão 17 
3.4. Chave de Nível 18 
3.5. Chave Limite ou Fim de Curso 18 
4. Solenóide 19 
4.1. Conceito 19 
4.2. Seleção 19 
4.3. Tipos 20 
5. Relés 21 
5.1. Definição e Funções 21 
5.2. Características 21 
5.3. Aplicações 21 
5.4. Tipos de Relés 22 
Reed relé 22 
Relé eletromecânico 22 
Relé a estado sólido 23 
Relé temporizado 24 
5.5. Seleção de Relés 24 
6. Proteção de Circuitos 24 
6.1. Fusível 24 
6.2. Disjuntor (Circuit Breaker) 25 
 
 i
Conteúdo 
 
 
 
1. Automação 1 
1. Objetivos 1 
1. Automação 1 
1.1. Conceito 1 
1.2. Automação e mão de obra 1 
1.3. Automação e controle 2 
1.4. Automação e eletrônica 2 
2. Graus de Automação 2 
2.1. Ferramentas manuais 3 
2.2. Ferramentas acionadas 3 
2.3. Quantificação da energia 3 
2.4. Controle programado 3 
2.5. Controle com realimentação 
negativa 3 
2.6. Controle da máquina com cálculo
 3 
2.7. Controle lógico da máquina 3 
2.8. Controle Adaptativo 3 
2.9. Controle indutivo 4 
2.10. Máquina criativa 4 
2.11. Aprendendo pela máquina 4 
3. Sistemas de automação 4 
3.1. Máquina com controle numérico 4 
3.2. Controlador lógico programável 5 
3.3. Sistema de armazenagem e 
recuperação de dados 5 
3.4. Robótica 5 
3.5. Sistema de manufatura flexível 5 
4. Conclusão 5 
5. Automação de Unidade de 
Producao 6 
5.1. Introdução 6 
5.2. Objetivos 6 
5.3. Equipamentos existentes 6 
5.4. Monitoração de dutos 7 
5.5. Operação da plataforma 7 
Sala de Controle 7 
Painéis Locais 8 
Rede Fieldbus 9 
Manutenção Preditiva 10 
Operação da planta Via FIELDBUS 10 
CP para o CLP 10 
No breaks e Carregadores de Baterias.11 
Atendimento aos procedimentos da ANP
 11 
Gerenciamento corporativo 11 
Niveis de Parada de Emergência (ESD)12 
Segurança dos Vasos da Planta de 
Processo e Manifold 12 
Monitoração de Fogo & Gás. 12 
2. Componentes 13 
Objetivos de Ensino 13 
1. Introdução 13 
2. Chave 13 
2.1. Conceito 13 
2.2. Polos e Terminais 14 
2.3. Chave Liga-Desliga 15 
2.4. Chave Botoeira 15 
2.5. Chave Seletora 15 
2.6. Critérios de Seleção 16 
3. Chaves Automáticas 16 
3.1. Pressostato 16 
3.2. Termostato 17 
3.3. Chave de Vazão 17 
3.4. Chave de Nível 18 
3.5. Chave Limite ou Fim de Curso 18 
4. Solenóide 19 
4.1. Conceito 19 
4.2. Seleção 19 
4.3. Tipos 20 
5. Relés 21 
5.1. Definição e Funções 21 
5.2. Características 21 
5.3. Aplicações 21 
5.4. Tipos de Relés 22 
Reed relé 22 
Relé eletromecânico 22 
Relé a estado sólido 23 
Relé temporizado 24 
5.5. Seleção de Relés 24 
6. Proteção de Circuitos 24 
6.1. Fusível 24 
6.2. Disjuntor (Circuit Breaker) 25 
 
 ii
3. Lógica 27 
Objetivos de Ensino 27 
1. Lógica 27 
1.1. Conceito 27 
1.2. Lógica de relé e programas 27 
1.3. Lógica Seqüencial 27 
1.4. Lógica CLP 27 
2. Conceituação e Execução 28 
2.1. Tipos de documentos 28 
2.2. Documentos lógicos conceituais
 28 
3. Portas Lógicas 28 
3.1. Porta AND 29 
Símbolos 29 
Tabela Verdade 29 
Circuito equivalente 29 
3.2. Porta OR 29 
Símbolos 29 
Tabela verdade 30 
Circuitos equivalentes 30 
3.3. Porta OR Exclusivo 30 
Símbolos 30 
Tabela Verdade OR EXCLUSIVO 30 
Circuito equivalente 30 
3.4. Porta NOT 31 
Símbolos 31 
Tabela Verdade do NOT 31 
Circuito equivalente 31 
3.5. Porta NAND 31 
Símbolo: 31 
Circuito equivalente 31 
Tabela Verdade NAND 31 
3.6. Porta NOR 32 
Símbolo: 32 
Tabela Verdade 32 
Circuito equivalente 32 
4. Exemplos lógicos 32 
4.1. Circuito retentivo 32 
4.2. ANSI/ISA S5.2: Diagrama lógico 
binário para operações de processo 34 
4.3. Diagrama lógico 34 
4.4. Aplicações das portas 35 
Geral 35 
Função entrada 35 
Função saída 35 
Função AND 36 
Função OR 36 
Função OR Qualificado 36 
Função Memória 36 
Elementos temporizados 36 
4. Sistemas Digitais 37 
1. Introdução 37 
2. Sistema Digital de Controle 
Distribuído (SDCD) 37 
2.1. Introdução 37 
2.2. Emerson 38 
2.3. Foxboro 39 
2.4. Yokogawa 40 
3. Controlador Lógico Programável 
(CLP) 40 
3.1. Conceito 40 
3.2. Construção 41 
3.3. Operação do CLP 41 
3.4. Varredura do CLP 42 
3.5. Capacidade do CLP 42 
3.6. Configuração de CLP 42 
3.7. Equipamentos associados 44 
3.8. Dimensionamento do CLP 44 
3.9. Comunicação de dados 44 
3.10. Terminal de programação 44 
3.11. Sistema de Comunicação 45 
4. Controle Supervisório e Aquisição 
de Dados (SCADA) 45 
4.1. Introdução 45 
4.2. Equipamento (Hardware) 47 
4.3. Programa Aplicativo (Software) 48 
5. Protocolos de comunicação 49 
5.1. Introdução 49 
5.2. Protocolo HART 50 
Conceito 50 
Vantagens 50 
Método de operação 50 
Ponto a ponto 51 
Multidrop 51 
Camada física HART 51 
Terminal portátil 51 
5.3. Fieldbus Foundation 52 
Conceito 52 
Benefícios de instalação 52 
Benefícios da operação 52 
Benefícios da manutenção 52 
Interoperabilidade e intercambiabilidade
 54 
Diferenças no Fieldbus 54 
Camadas do FF 54 
Blocos do FF 54 
3.8. ControlNet 56 
Conceito 56 
Características chave 56 
Proprietário ou aberto 56 
Aplicação 57 
6. Integração de Sistemas 57 
6.1. Cenário da planta 57 
6.2. Conceito de Integração 57 
6.3. Pirâmide da interoperabilidade 58 
6.4. Parâmetros da integração 58 
 
 iii
Equipamentos 58 
Interface 59 
Protocolo 59 
Base de dados 59 
Comunicação 59 
6.5. Como integrar 60 
Componentes de sistema de automação
 60 
5. Programação 61 
Objetivos de Ensino 61 
1. Introdução 61 
2. Programação em lógica binária 61 
3. Norma IEC 61 131 62 
3.2. Linguagens de Programação 63 
3.3. Linguagens Textuais 64 
Elementos comuns 64 
3.4. Lista de Instruções 64 
Instruções 64 
Operadores, Modificadores e 
Operandos 64 
Funções e blocos de função 68 
3.5. Texto Estruturado 68 
Expressões 68 
Comando (Statement) 69 
Comando de atribuição (assignment 
statement) 69 
Comandos de controle de função e 
blocos de função 69 
Comando de Seleção 69 
Comandos interativos 69 
3.6. Linguagens Gráficas 70 
Elementos comuns 70 
Direção do fluxo em circuitos 70 
Avaliação de circuitos 70 
Representação de linhas e blocos Erro! 
Indicador não definido. 
6. Ladder 71 
Objetivos de Ensino 71 
1. Introdução 71 
2. Componentes 71 
3. Regras de composição 71 
4. Exemplos 72 
4.1. Exemplo 1 72 
4.2. Exemplo 2 72 
4.3. Diagrama errado 72 
5. Desenvolvimento 73 
6. Análise 74 
7. Aplicações de Diagrama Ladder 76 
7.1. Alarme de Alta Pressão 76 
Descrição 76 
Solução 76 
7.2. Controle de Bomba e duas 
lâmpadas piloto com chave de nível 77 
Descrição 77Solução 77 
7.3. Controle seqüencial de 3 motores
 78 
Descrição 78 
Solução 78 
7.4. Controle temporizado de motores79 
Descrição 79 
Solução 79 
7.5. Controle seqüencial temporizado 
de motores 80 
Descrição 80 
Solução 80 
7.6. Controle de Velocidade de motores
 81 
Descrição 81 
Solução 81 
7. Blocos de função 83 
Objetivos de Ensino 83 
1. Conceito 83 
2. Parâmetros dos blocos 83 
Variável INPUT 83 
Variável OUTPUT 83 
Variável LOCAL 83 
Constante 83 
Formação de TAG 83 
3. Tipos de blocos de função 84 
4. Blocos Personalizados 84 
5. Blocos Funcionais Padrão 86 
ADD - Aritmética de Adição 86 
Características 86 
AIN – Bloco de entrada analógica 86 
Sintaxe: 86 
Parâmetros de entrada: 86 
Característica: 86 
AND - Lógica booleana E 87 
Sintaxe 87 
Descrição 87 
AOUT – Bloco de saída analogica 87 
Sintaxe 87 
Parâmetros 87 
Descrição 87 
Erro 87 
CTD - Contador Decrescente 88 
Sintaxe 88 
Parâmetros 88 
Descrição 88 
CTU - Contador Crescente (CTU) 88 
Sintaxe 88 
Parâmetros 88 
Descrição 88 
CTDU - Contador Crescente e 
Decrescente 89 
Sintaxe 89 
Parâmetros 89 
Descrição 89 
Exemplo 89 
DIV - Aritmética de Divisão 90 
 
 iv
Sintaxe 90 
Descrição 90 
Exemplos 90 
Erros 90 
EQ - Comparador Igual a 90 
Sintaxe 90 
Descrição 90 
Exemplo 90 
EXPT – Aritmética de exponenciação
 91 
Sintaxe 91 
Descrição 91 
F_TRIG – Gatilho na descida 91 
Sintaxe 91 
Descrição 91 
Saída 91 
Exemplo 91 
GE - Comparador Maior que ou Igual 
a 92 
Sintaxe 92 
Descrição 92 
Exemplo 92 
GT - Comparador Maior que 92 
Sintaxe 92 
Descrição 92 
Exemplo 92 
LE - Comparador Menor que ou Igual 
a 93 
Sintaxe 93 
Descrição 93 
Exemplo 93 
LT - Comparador Menor que 93 
Sintaxe 93 
Descrição 93 
Exemplo 93 
LEADLAG – Bloco compensador 
dinâmico 94 
Sintaxe 94 
Parâetros de entrada 94 
Descrição 94 
LIMIT – Limitador de sinal 95 
Sintaxe 95 
Descrição 95 
MAX – Seletor de máximo 95 
Sintaxe 95 
Descrição 95 
Exemplo 95 
MIN – Seletor de mínimo 96 
Sintaxe 96 
Descrição 96 
Exemplo 96 
MOVE - MOVE 96 
Sintaxe 96 
Descrição 96 
Exemplo 96 
MUL – Aritmética de Multiplicação 97 
Sintaxe 97 
Descrição 97 
Exemplos 97 
Erros de operação 97 
MUX - Multiplexador 97 
Sintaxe 97 
Descrição 97 
Exemplo 97 
Erros de operação 97 
NE - Comparador Não Igual a 98 
Sintaxe 98 
Descrição 98 
Exemplo 98 
NOT – Lógica Não 98 
Sintaxe 98 
Descrição 98 
Exemplos 98 
OR - Lógica booleana OU 99 
Sintaxe 99 
Descrição 99 
Exemplos 99 
PACK16 99 
Descrição 99 
Sintaxe 99 
Parâmetros de entrada 99 
Exemplo 99 
PACK32 - 100 
Descrição 100 
Sintaxe 100 
Parâmetros de entrada 100 
Exemplo 100 
PID 100 
Sintaxe 100 
Parâmetros VAR_IN_OUT 100 
Parâmetros de entrada 100 
Descrição 100 
Aplicação 101 
R_TRIG – Gatilho na subida 101 
Sintaxe 101 
Descrição 101 
Saída 101 
Exemplo 101 
Flip Flop RS (R dominante) 102 
Sintaxe 102 
Parâmetros 102 
Descrição 102 
Tabela verdade 102 
Flip Flop SR (S dominante) 102 
Sintaxe 102 
Parâmetros 102 
Descrição 102 
Tabela verdade 102 
SEL - Seletor de Sinais 103 
Sintaxe 103 
Parâmetros 103 
Descrição 103 
Exemplo 103 
SUB - Aritmética de Subtração 103 
Sintaxe 103 
Parâmetros 103 
Descrição 103 
TMR – Temporizador 104 
Sintaxe 104 
Parâmetros 104 
 
 v
Descrição 104 
Temporizador TP 104 
Sintaxe 104 
Parâmetros 104 
Descrição 104 
Exemplo 104 
Temporizador TOF 105 
Sintaxe 105 
Parâmetros 105 
Descrição 105 
Temporizador TON 106 
Sintaxe 106 
Parâmetros 106 
Descrição 106 
8. Alarme 107 
Objetivos 107 
1. Alarme do Processo 107 
1.1. Introdução 107 
1.2. Componentes 107 
1.3. Realização do Alarme 108 
Alarme indicador de status 108 
Alarme com sensor compartilhado 108 
Alarme para mostrar anormalidade 108 
Alarme como backup do controle 109 
Alarme com atuação automática 109 
1.4. Intertravamento do Processo 109 
2. Segurança da Planta 110 
2.1. Projeto da planta 110 
2.2. Medição e Controle do processo
 110 
2.3. Alarme do processo 111 
2.4. Desligamento de emergência 111 
2.4. Monitoração do fogo e gás 111 
3. Trabalhando com alarmes 111 
3.1. Arquitetura do alarme 111 
3.2. Estado versus condição 112 
3.3. Velocidade de resposta 113 
3.4. Gerenciamento de alarmes 113 
4. Escolha do alarme 114 
4.1. Prioridade do alarme 114 
4.2. Qualificador do alarme 115 
4.3. Cortes de alarme 115 
4.4. Ações do alarme 115 
5. Estruturas e hierarquias de alarme
 116 
5.1. Acesso ao alarme 116 
5.2. Hierarquia de diagnóstico 116 
5.3. Gerenciamento do alarme 116 
5.4. Telas de alarme 118 
Grupo de alarme 118 
Lista de sumário de alarme 118 
5.5. Ações do Operador 118 
5.6. Estruturas de alarme 118 
5.7. Filosofia do alarme 119 
6. Tecnologias do Sistema 120 
6.1. Tecnologias disponíveis 120 
Relé eletromecânico 120 
Sistema Eletrônico a semi condutor 120 
Microprocessador 121 
6.2. Escolha do Sistema 121 
Parâmetros de escolha 121 
Roteiro de seleção 121 
Ponto fraco do sistema 121 
Software 121 
6.3. Circuitos de Intertravamentos 122 
Intertravamento auto-cancelante 122 
Intertravamento de reset manual. 122 
Intertravamento com bypass 123 
Ação temporizada (time-delay) 124 
Cadeias de intertravamento 124 
6.4. Sistema de Votação 124 
Sistema um de um 125 
Sistema um de dois 125 
Dois de dois 125 
Dois de três 126 
Aplicação prática 126 
Falha da fonte de alimentação 127 
6.5. Sistema de Falha Segura 127 
Projeto de sistema de shutdown 127 
6.6. CLP de segurança 127 
7. Automação e Segurança 129 
7.1. Introdução 129 
7.2. Camadas de Prevenção 130 
Projeto da planta de processo 130 
Sistema de controle de processo 130 
Sistema de alarme 131 
Confiabilidade humana 131 
Sistema instrumentado - 
Desligamento/Intertravamento 131 
7.3. Camadas de Mitigação 131 
Sistema de fogo & gás 132 
Sistema de contenção (containment) 132 
Procedimentos de evacuação 132 
7.4. Diversidade 132 
7.5 Conclusão 132 
9. IHM 133 
Objetivos de Ensino 133 
1. Humanos no controle 133 
1.1. Sentindo a planta 133 
1.2. Painéis da sala de controle 134 
2. Vídeo para interface 134 
2.1. Estações de operação com vídeo
 135 
2.2. Desenvolvimento futuro 135 
2.3. Veja e sinta 136 
2.4. Papel da estação de trabalho 137 
3. Explorando displays 138 
3.1. Janelas 138 
3.2. Fazendo zoom (zooming) 139 
3.3. Panelaço (panning) 139 
3.4. Funções da tela geral 140 
 
 vi
3.5. Tela de grupo 140 
3.6. Tela de detalhes do ponto 141 
3.7. Telas adicionais 141 
4. Comunicação da Informação 141 
4.1. Interação com o processo 141 
4.2. Analógico ou digital 142 
4.3. Elementos do display 143 
Valor numérico 143 
Indicador analógico (gráfico de barra ou 
medidor) 143 
Indicador discreto 143 
Mímico (display gráfico do sistema) 143 
Gráficos 143 
Tendência (trend) 143 
Tabelas e listas 143 
Texto 144 
4.4. Criação de gráficos 144 
5. Animação de telas 144 
5.1. Displays dinâmicos 144 
Linguagem natural 144 
Dinâmica de tela com IF THEN ELSE
 144 
5.2. Displays mímicos 145 
5.3. Cor como uma dinâmica 145 
5.4. Capacidades combinadas 145 
5.5. Uso das cores 146 
5.6. Código de cores 146 
6. Informação Humana 147 
6.1. Pensar e fazer 147 
6.2. Interface 147 
6.3. Filosofia da operação 148 
6.4. Intuição e rotina 148 
6.5. Faixa e usos das interfaces 149 
6.6. Assuntos filosóficos 149 
6.7. Fatores humanos 149 
6.8. Conflitos de projeto 150 
6.9. Estrutura do menu 150 
6.10. Organização e conteúdo 150 
6.11. Hierarquias de telas 152 
Estrutura seqüencial 153 
Estrutura espacial 153 
6.12. Imitando vídeo game 153 
6.13. Percepção do operador 153 
6.14. Sala de controle 154 
6.15. Interfaces externas 154 
6.16. Telas de negócios 155 
2. Critérios básicos para confecção 
de telas do SCADA 157 
2. 1. Objetivo 157 
2.2. Desenvolvimento 157 
Filosofia geral 157 
Conjuntos de telas ou contextos de 
informações 157 
2.3. Navegação de telas 157 
Estrutura de navegação 157 
Mecanismos de navegação 158 
2.4. Definições das telas 158 
Lay out básico 158 
Telas Básicas 159 
Janela de comandos de bomba 159 
Válvula motorizada 161 
Tela de quadro operacional 161 
Tela de Gráfico de Tendência 161Variável 161 
Tela do Controlador PID 162 
Tela de monitoração da comunicação162 
Tela de Relatório Operacional 162 
2.5. Simbologia 162 
Normas aplicáveis 162 
Representação de equipamentos 
mecânicos 162 
Representação de linhas e acessórios162 
Representação de equipamentos elétricos
 162 
Representação de instrumentos 162 
Condições gerais 162 
 
 
 
 
 
 1
1. Automação 
 
 
 
 
 
1. Objetivos 
1. Conceituar automação e controle 
automático. 
2. Listar os diferentes graus de automação. 
3. Definir o conceito de automação e seu 
efeito na indústria e sociedade. 
4. Introduzir os tipos básicos de sistemas e 
equipamentos de controle eletrônico. 
1. Automação 
1.1. Conceito 
Automação é a substituição do trabalho 
humano ou animal por máquina. Automação é 
a operação de máquina ou de sistema 
automaticamente ou por controle remoto, com 
a mínima interferência do operador humano. 
Automático significa ter um mecanismo de 
atuação própria, que faça uma ação requerida 
em tempo determinado ou em resposta a 
certas condições. 
Como o controle automático é feito 
praticamente sem a intervenção do operador 
humano, há quem confunda controle 
automático com automação. O controle 
automático é uma das camadas da automação, 
que possui outras como alarme e 
intertravamento, detecção de fogo e incêndio. 
O conceito de automação varia com o 
ambiente e experiência da pessoa envolvida. 
São exemplos de automação: 
1. Para uma dona de casa, a máquina de 
lavar roupa ou lavar louça. 
2. Para um empregado da indústria 
automobilística, pode ser um robô. 
3. Para uma pessoa comum, pode ser a 
capacidade de tirar dinheiro do caixa 
eletrônico. 
4. Para um operador de uma planta de 
processo, é o sistema instrumentado 
que opera a planta de modo desejado e 
seguro. 
O conceito de automação inclui a idéia de 
usar a potência elétrica ou mecânica para 
acionar algum tipo de máquina. Deve 
acrescentar à máquina algum tipo de 
inteligência para que ela execute sua tarefa de 
modo mais eficiente e com vantagens 
econômicas e de segurança. 
Como vantagens, a máquina 
1. nunca reclama 
2. nunca entra em greve 
3. não pede aumento de salário 
4. não precisa de férias 
5. não requer mordomias. 
Como nada é perfeito, a máquina tem as 
seguintes limitações: 
1. capacidade limitada de tomar decisões 
2. deve ser programada ou ajustada para 
controlar sua operação nas condições 
especificadas 
3. necessita de calibração periódica para 
garantir sua exatidão nominal 
4. requer manutenção eventual para 
assegurar que sua precisão nominal 
não se degrade. 
1.2. Automação e mão de obra 
Com o advento do circuito integrado (1960) 
e do microprocessador (1970), a quantidade de 
inteligência que pode ser embutida em uma 
máquina a um custo razoável se tornou 
enorme. O número de tarefas complexas que 
podem ser feitas automaticamente cresceu 
várias vezes. Atualmente, pode-se dedicar ao 
computador pessoal (CP) para fazer tarefas 
simples e complicadas, de modo econômico. 
A automação pode reduzir a mão de obra 
empregada, porém ela também e ainda requer 
operadores. Em vez de fazer a tarefa 
diretamente, o operador controla a máquina 
que faz a tarefa. Assim, a dona de casa deve 
aprender a carregar a máquina de lavar roupa 
ou louça e deve conhecer suas limitações. 
Operar a máquina de lavar roupa pode 
inicialmente parecer mais difícil que lavar a 
roupa diretamente. Do mesmo modo, o 
operador de uma furadeira automática na 
indústria automobilística deve ser treinado para 
usar a máquina com controle numérico que faz 
o furo realmente. A linha de montagem com 
robôs requer operadores para monitorar o 
desempenho desses robôs. Quem tira o 
dinheiro do caixa eletrônico, deve possuir um 
cartão apropriado, decorar uma determinada 
senha e executar uma série de comandos no 
teclado ou tela de toque. 
Muitas pessoas pensam e temem que a 
automação significa perda de empregos, 
 2
quando pode ocorrer o contrário. De fato, falta 
de automação coloca muita gente para 
trabalhar. Porém, estas empresas não podem 
competir economicamente com outras por 
causa de sua baixa produtividade devida à falta 
de automação e por isso elas são forçadas a 
demitir gente ou mesmo encerrar suas 
atividades. Assim, automação pode significar 
ganho e estabilidade do emprego, por causa do 
aumento da produtividade, eficiência e 
economia. 
Muitas aplicações de automação não 
envolvem a substituição de pessoas por que a 
função ainda não existia antes ou é impossível 
de ser feita manualmente. Pode-se economizar 
muito dinheiro anualmente monitorando e 
controlando a concentração de oxigênio dos 
gases queimados em caldeiras e garantindo 
um consumo mais eficiente de combustível. 
Pode se colocar um sistema automático para 
recuperar alguma substância de gases jogados 
para atmosfera, diminuindo os custos e 
evitando a poluição do ar ambiente. 
1.3. Automação e controle 
A automação está intimamente ligada à 
instrumentação. Os diferentes instrumentos são 
usados para realizar a automação. 
Historicamente, o primeiro termo usado foi o 
de controle automático de processo. 
Foram usados instrumentos com as funções de 
medir, transmitir, comparar e atuar no 
processo, para se conseguir um produto 
desejado com pequena ou nenhuma ajuda 
humana. Isto é controle automático. 
Com o aumento da complexidade dos 
processos, tamanho das plantas, exigências de 
produtividade, segurança e proteção do meio 
ambiente, além do controle automático do 
processo, apareceu a necessidade de 
monitorar o controle automático. 
A partir deste novo nível de instrumentos, 
com funções de monitoração, alarme e 
intertravamento, é que apareceu o termo 
automação. As funções predominantes neste 
nível são as de detecção, comparação, alarme 
e atuação lógica. 
Por isso, para o autor, principalmente para a 
preparação de seus cursos e divisão de 
assuntos, tem-se o controle automático 
aplicado a processo contínuo, com 
predominância de medição, controle PID 
(proporcional, integral e derivativo). O sistema 
de controle aplicado é o Sistema Digital de 
Controle Distribuído (SDCD), dedicado a 
grandes plantas ou o controlador single loop, 
para aplicações simples e com poucas malhas. 
Tem-se a automação associada ao controle 
automático, para fazer sua monitoração, 
incluindo as tarefas de alarme e 
intertravamento. A automação é também 
aplicada a processos discretos e de batelada, 
onde há muita operação lógica de ligar e 
desligar e o controle seqüencial. O sistema de 
controle aplicado é o Controlador Lógico 
Programável (CLP). 
Assim: controle automático e automação 
podem ter o mesmo significado ou podem ser 
diferentes, onde o controle regulatório se aplica 
a processos contínuos e a automação se aplica 
a operações lógicas, seqüenciais de alarme e 
intertravamento. 
1.4. Automação e eletrônica 
Na década de 1970, era clássica a 
comparação entre as instrumentações 
eletrônica e pneumática. Hoje, às vésperas do 
ano 2000, há a predominância da eletrônica 
microprocessada. 
Os sensores que medem o valor ou estado 
de variáveis importantes em um sistema de 
controle são as entradas do sistema, mas o 
coração do sistema é o controlador eletrônico 
microprocessado. Muitos sistemas de 
automação só se tornaram possíveis por causa 
dos recentes e grandes avanços na eletrônica. 
Sistemas de controle que não eram práticos 
por causa de custo há cinco anos atrás hoje se 
tornam obsoletos por causa do rápido avanço 
da tecnologia. 
A chave do sucesso da automação é o uso 
da eletrônica microprocessada que pode 
fornecer sistemas eletrônicos programáveis. 
Por exemplo, a indústria aeronáutica constrói 
seus aviões comerciais em uma linha de 
montagem, mas personaliza o interior da 
cabine através de simples troca de um 
programa de computador. A indústria 
automobilística usa robôs para soldar pontos e 
fazer furos na estrutura do carro. A posição dos 
pontos de solda, o diâmetro e a profundidade 
dos furos e todas as outras especificaçõespodem ser alteradas através da simples 
mudança do programa do computador. Como o 
programa do computador é armazenado em um 
chip de memória, a alteração de linhas do 
programa neste chip pode requerer somente 
alguns minutos. Mesmo quando se tem que 
reescrever o programa, o tempo e custo 
envolvidos são muitas vezes menores que o 
tempo e custo para alterar as ferramentas. 
2. Graus de Automação 
A história da humanidade é um longo 
processo de redução do esforço humano 
requerido para fazer trabalho. A sua preguiça é 
responsável pelo progresso e o aparecimento 
da automação. Pode-se classificar os graus de 
automação industrial em várias fases. 
 3
2.1. Ferramentas manuais 
O primeiro progresso do homem da caverna 
foi usar uma ferramenta manual para substituir 
suas mãos. Esta ferramenta não substituiu o 
esforço humano, mas tornou este esforço mais 
conveniente. Exemplos de ferramentas: pá, 
serra, martelo, machado, enxada. 
Como não há máquina envolvida, 
considera-se que este nível não possui 
nenhuma automação. 
Na indústria, este nível significa alimentar 
manualmente um reator, moendo sólidos, 
despejando líquidos de containeres, misturando 
com espátula, aquecendo com a abertura 
manual de válvula de vapor. 
2.2. Ferramentas acionadas 
O próximo passo histórico foi energizar as 
ferramentas manuais. A energia foi suprida 
através de vapor d'água, eletricidade e ar 
comprimido. Este degrau foi chamado de 
Revolução Industrial. A serra se tornou elétrica, 
o martelo ficou hidráulico. 
Na indústria, usa-se um motor elétrico para 
acionar o agitador, a alimentação é feita por 
uma bomba, o aquecimento é feito por vapor 
ou por eletricidade. 
2.3. Quantificação da energia 
Com a energia fornecida para acionar as 
ferramentas, o passo seguinte foi quantificar 
esta energia. Um micrômetro associado à 
serra, indica quanto deve ser cortado. A 
medição torna-se parte do processo, embora 
ainda seja fornecida para o operador tomar a 
decisão. 
Na indústria, este nível significa colocar um 
medidor de quantidade na bomba para indicar 
quanto foi adicionado ao reator. Significa 
também colocar um cronômetro para medir o 
tempo de agitação, um termômetro para indicar 
o fim da reação. As variáveis indicadas ao 
operador ajudavam o operador determinar o 
status do processo. 
2.4. Controle programado 
A máquina foi programada para fazer uma 
série de operações, resultando em uma peça 
acabada. As operações são automáticas e 
expandidas para incluir outras funções. A 
máquina segue um programa predeterminado, 
em realimentação da informação. O operador 
deve observar a máquina para ver se tudo 
funciona bem. 
Na planta química, uma chave foi 
adicionada no medidor de vazão para gerar 
um sinal para desligar a bomba, quando uma 
determinada quantidade for adicionada. Uma 
alarme foi colocado no cronômetro para avisar 
que o tempo da batelada foi atingido. 
2.5. Controle com realimentação 
negativa 
O próximo passo desenvolve um sistema 
que usa a medição para corrigir a máquina. A 
definição de automação de Ford se refere a 
este nível. 
Na indústria química, o controle a 
realimentação negativa é o começo do controle 
automático. A temperatura é usada para 
controlar a válvula que manipula o vapor. O 
regulador de vazão ajusta a quantidade 
adicionada no reator, baseando na medição da 
vazão. 
2.6. Controle da máquina com 
cálculo 
Em vez de realimentar uma medição 
simples, este grau de automação utiliza uma 
cálculo da medição para fornecer um sinal de 
controle. 
Na planta química, os cálculos se baseiam 
no algoritmo PID, em que o sinal de saída do 
controlador é uma função combinada de ações 
proporcional, integral e derivativa. Este é o 
primeiro nível de automação disponível pelo 
computador digital. 
2.7. Controle lógico da máquina 
O sistema de telefone com dial é um 
exemplo de máquina lógica: Quando se tecla o 
telefone, geram-se pulsos que lançam chaves 
que fazem a ligação desejada. Caminhos 
alternativos são selecionados por uma série 
programada de passos lógicos. 
O sistema de segurança e desligamento da 
planta química usa controle lógico. Um 
conjunto de condições inseguras dispara 
circuitos para desligar bombas, fechar válvula 
de vapor ou desligar toda a planta, dependendo 
da gravidade da emergência. 
2.8. Controle Adaptativo 
No controle adaptativo, a máquina aprende 
a corrigir seus sinais de controle, se adequando 
às condições variáveis. Uma versão simples 
deste nível é o sistema de aquecimento de um 
edifício que adapta sua reposta ao termostato a 
um programa baseado nas medições da 
temperatura externa. 
O controle adaptativo tornou-se acessível 
pelo desenvolvimento de sistemas digitais. Um 
exemplo de controle adaptativo na indústria 
química é o compressor de nitrogênio e 
oxigênio para fabricação de amônia. A 
eficiência do compressor varia com a 
temperatura e pressão dos gases e das 
 4
condições do ambiente. O controlador 
adaptativo procura o ponto ótimo de trabalho e 
determina se o compressor está em seu 
objetivo, através do índice de desempenho. 
Para isso, usa-se a tecnologia avançada do 
computador mais a tecnologia de instrumentos 
de análise em linha. 
2.9. Controle indutivo 
A máquina indutiva rastreia a resposta de 
sua ação e revisa sua estratégia, baseando-se 
nesta resposta. Para fazer isso, o controlador 
indutivo usa programa heurístico. 
Na planta química, o sistema usa um 
método e o avalia, muda uma variável de 
acordo com um programa e o avalia de novo. 
Se este índice de desempenho tem melhorado, 
ele continua no mesmo sentido; se a qualidade 
piorou, ele inverte o sentido. A quantidade de 
ajuste varia com seu desvio do ponto ideal. 
Depois que uma variável é ajustada, o sistema 
vai para a próxima. O sistema continua a 
induzir as melhores condições na planta. 
Uma aplicação típica é no controle de 
fornalha de etileno. 
2.10. Máquina criativa 
A máquina criativa projeta circuitos ou 
produtos nunca antes projetados. Exemplo é 
um programa de composição de música. A 
máquina criativa procura soluções que seu 
programado não pode prever. 
Na planta química, é o teste de catalisador. 
O sistema varia composição, pressão e 
temperatura em determinada faixa, calcula o 
valor do produto e muda o programa na direção 
de aumentar o valor. 
2.11. Aprendendo pela máquina 
Neste nível, a máquina ensina o homem. O 
conhecimento passa na forma de informação. A 
máquina pode ensinar matemática ou 
experiência em um laboratório imaginário, com 
o estudante seguindo as instruções fornecidas 
pela máquina. Se os estudantes cometem 
muitos erros, porque não estudaram a lição, a 
máquina os faz voltar e estudar mais, antes de 
ir para a próxima lição. 
Assim, todos os graus de automação são 
disponíveis hoje, para ajudar na transferência 
de tarefas difíceis para a máquina e no alívio 
de fazer tarefas repetitivas e enfadonhas. 
Fazendo isso, a máquina aumenta a 
produtividade, melhora a qualidade do produto, 
torna a operação segura e reduz o impacto 
ambiental. 
3. Sistemas de automação 
A aplicação de automação eletrônica nos 
processos industriais resultou em vários tipos 
de sistemas, que podem ser geralmente 
classificados como: 
1. Máquinas com controle numérico 
2. Controlador lógico programável 
3. Sistema automático de armazenagem e 
recuperação 
4. Robótica 
5. Sistemas flexíveis de manufatura. 
3.1. Máquina com controle numérico 
Uma máquina ferramenta é uma ferramenta 
ou conjunto de ferramentas acionadas por 
potência para remover material por furo, 
acabamento, modelagem ou para inserir peças 
em um conjunto. Uma máquina ferramenta 
pode ser controlada por algum dos seguintes 
modos: 
1. Controle contínuo da trajetória da 
ferramenta onde o trabalho é contínuo ou 
quase contínuo no processo. 
2. Controle ponto a ponto da trajetória da 
ferramenta onde o trabalho é feito somente 
em pontos discretos do conjunto. 
Em qualquer caso, as três coordenadas (x, 
y, z ou comprimento,largura e profundidade) 
devem ser especificadas para posicionar a 
ferramenta no local correto. Programas de 
computador existem para calcular a 
coordenada e produzir furos em papel ou fita 
magnética que contem os dados numéricos 
realmente usados para controlar a máquina. 
A produtividade com controle numérico 
pode triplicar. No controle numérico, exige-se 
pouca habilidade do operador e um único 
operador pode supervisionar mais de uma 
máquina. 
Se em vez de usar uma fita para controlar a 
máquina, é usado um computador dedicado, 
então o sistema é tecnicamente chamado de 
máquina controlada numericamente com 
computador (CNC). Um centro com CNC pode 
selecionar de uma até vinte ferramentas e fazer 
várias operações diferentes, como furar, tapar, 
frezar, encaixar. 
Se o computador é usado para controlar 
mais de uma máquina, o sistema é chamado 
de máquina controlada numericamente e 
diretamente. A vantagem deste enfoque é a 
habilidade de integrar a produção de várias 
máquinas em um controle global de uma linha 
de montagem. A desvantagem é a 
dependência de várias máquinas debaixo de 
um único computador. 
 5
3.2. Controlador lógico programável 
O controlador lógico programável é um 
equipamento eletrônico, digital, 
microprocessado, que pode 
1. controlar um processo ou uma máquina 
2. ser programado ou reprogramado 
rapidamente e quando necessário 
3. ter memória para guardar o programa. 
O programa é inserido no controlador 
através de microcomputador, teclado numérico 
portátil ou programador dedicado. 
O controlador lógico programável varia na 
complexidade da operação que eles podem 
controlar, mas eles podem ser interfaceados 
com microcomputador e operados como um 
DNC, para aumentar sua flexibilidade. Por 
outro lado, eles são relativamente baratos, 
fáceis de projetar e instalar. 
3.3. Sistema de armazenagem e recuperação 
de dados 
Atividades de armazenar e guardar peças 
são centralizados em torno de inventário de 
peças ou materiais para, posteriormente, serem 
usadas, embaladas ou despachadas. Em 
sistemas automáticos, um computador remoto 
controla empilhadeiras e prateleiras para 
receber, armazenar e recuperar itens de 
almoxarifado. O controle da relação é exato e 
os itens podem ser usados ou despachados de 
acordo com os dados recebidos. Os 
restaurantes da cadeia McDonald’s têm um 
dispensa automática para armazenar batatas 
fritas congeladas. Uma cadeia de 
supermercado, tipo Makro, usa um 
almoxarifado automatizado para a guarda e 
distribuição automática de itens. 
3.4. Robótica 
Um robô é um dispositivo controlado a 
computador capaz de se movimentar em uma 
ou mais direções, fazendo uma seqüência de 
operações. Uma máquina CNC pode ser 
considerada um robô, mas usualmente o uso 
do termo robô é restrito aos dispositivos que 
tenham movimentos parecidos com os dos 
humanos, principalmente os de braço e mão. 
As tarefas que os robôs fazem podem ser 
tarefas de usinagem, como furar, soldar, pegar 
e colocar, montar, inspecionar e pintar. Os 
primeiros robôs eram grandes, hoje eles podem 
ser pequeníssimos. 
Quando uma tarefa é relativamente simples, 
repetitiva ou perigosa para um humano, então 
o robô pode ser uma escolha apropriada. Os 
robôs estão aumentando em inteligência, com 
a adição dos sentidos de visão e audição e isto 
permite tarefas mais complexas a serem 
executadas por eles. 
3.5. Sistema de manufatura flexível 
A incorporação de máquinas NC, robótica e 
computadores em uma linha de montagem 
automatizada resulta no que é chamado 
sistema de manufatura flexível. Ele é 
considerado flexível por causa das muitas 
mudanças que podem ser feitas com 
relativamente pouco investimento de tempo e 
dinheiro. Em sua forma final, matéria prima 
entra em um lado e o produto acabado sai do 
almoxarifado em outro lado, pronto para 
embarque sem intervenção humana. Hoje isto 
existe somente em conceito, embora grandes 
partes deste sistema já existem. 
4. Conclusão 
1. Houve uma revolução industrial com 
automação de processos de manufatura. 
2. Automação é o uso da potência elétrica ou 
mecânica controlada por um sistema de 
controle inteligente (geralmente eletrônico) 
para aumentar a produtividade e diminuir 
os custos. 
3. A falta de automação pode aumentar o 
desemprego. 
4. Automação é um meio para aumentar a 
produtividade. 
5. A habilidade de controlar os passos de um 
processo é a chave da automação. 
6. Avanços na eletrônica tornaram possível o 
controle de sistemas complexos, a um 
baixo custo. 
7. Os vários tipos de sistemas de automação 
que podem ser aplicados a processos 
industriais são: 
 máquina com controle numérico 
 controlador lógico programável 
 sistema de armazenagem e 
recuperação de peças 
 robótica 
 sistema de manufatura flexível 
 6
5. Automação de Unidade de 
Producao 
5.1. Introdução 
A Petrobras possui centenas de unidades 
de produção, que são plataformas offshore 
(marítimas) e instalações terrestres, que são 
controladas e monitoradas por instrumentos 
convencionais, relés ou por por sistemas 
modernos digitais, baseados em Controladores 
Lógico Programáveis (CLPs) ligados a 
computadores pessoais, que rodam programas 
aplicativos supervisórios. Os principais 
objetivos dos sistemas de instrumentação e 
controle são: 
1. prover segurança aos operadores, 
equipamentos e meio ambiente, 
2. garantir um controle do processo, onde 
os produtos finais estejam dentro das 
especificações estabelecidas pelo 
pessoal da Qualidade 
3. fazer medições precisas e exatas, para 
atender as exigências da Agencia 
Nacional de Petróleo (ANP), 
relacionadas com os separadores de 
teste dos poços produtores, dados de 
cabeça de poço e vazões de 
transferência de custódia de gás e óleo, 
através de instrumentos colocados nos 
dutos que ligam as plataformas ao 
sistema de terra. 
4. estabelecer um padrão para a 
operação e manutenção. 
5. monitorar os dutos para detectar 
anormalidades, vazamentos e situações 
perigosas. 
5.2. Objetivos 
Como há plataformas com diferentes graus 
de complexidade, diferentes níveis de 
automação, diferentes tecnologias, está 
havendo uma atualização contínua da 
instrumentação existente e colocando sistemas 
modernos, é desejável que se mantenha o 
mesmo ambiente operacional e os mesmos 
recursos e procedimentos de operação e 
manutenção em todas as unidades, de forma a 
facilitar a intercambialidade de operadores, 
equipamentos e sobressalentes entre as 
unidades operacionais. 
5.3. Equipamentos existentes 
A situação atual dos equipamentos das 
plataformas é a seguinte: 
1. Os transmissores são inteligentes, 
alguns já são multivariáveis. Em 
algumas unidades o protocolo digital é 
superposto ao sinal analógico de 4 a 20 
mA e em outras, a saída é apenas 
digital. Em uma minoria, o sinal padrão é 
o analógico de 4 a 20 mA. Os diferentes 
fabricantes de transmissores são 
Fisher&Rosemount, Yokogawa, 
Foxboro, Honeywell e Smar. 
2. A maioria das válvulas de controle é 
com atuador pneumático e com 
posicionadores inteligentes, 
3. Os Controladores Lógico Programáveis 
(CLP) existentes são de capacidades 
variáveis e de fabricação Rockwell 
(Allen-Bradley), Siemens, Hitachi, 
Schneider (Modicon), Reliance 
(Sistema) e Ge Fanuc. 
4. Os programas aplicativos supervisórios 
são o VXL, InTouch (Wonderware), 
Elipse e IFix (Intellution). Estes 
aplicativos rodam em computadores 
pessoais comuns comercialmente. 
5. Ainda não há um protocolo digital 
padrão para a rede de comunicação. A 
base instalada maior é de HART. 
Atualmente há uma tendência para se 
usar a tecnologia de Fieldbus 
Foundation, porém são também usados 
os protocolos Modbus e Profibus. 
Com a modernização dos instrumentos se 
pretende atingir aos seguintes objetivos: 
 Melhorar a sintonia das malhas de 
processo do processo, otimizando a 
qualidade dos produtos exportados e 
diminuindo a variabilidade das 
especificações. 
 Aumentar a confiabilidade operacional, 
diminuindo as intervenções dooperador e os tempos de parada de 
produção. 
 Implantar filosofia de manutenção 
preditiva (manutenção baseada em 
diagnósticos conseguidos através de 
monitoração contínua) 
 Reduzir tempos de parada para a 
manutenção programada e corretiva. 
 Reduzir custos de manutenção 
corretiva, programada e preditiva. 
 Ter um sistema modular, que seja 
flexível e escalável (possa ser 
aumentado ao longo do tempo) 
 Aumentar a segurança operacional do 
sistema. 
 Tornar mais precisos e exatos 
(confiáveis) os dados de cabeça dos 
poços. 
Estes objetivos são alcançados somente 
através da implantação de técnicas modernas 
de gerenciamento de ativos, que são 
comercialmente disponíveis no mercado. Estas 
ferramentas clássicas (e.g., AMS - Asset 
Management System da Fisher Rosemount, 
 7
grupo Emerson) permitem ao operador de 
processo obter a informação em tempo real do 
status de sensores, transmissores e atuadores 
(que são os equipamentos menos confiáveis e 
sujeitos aos maiores desvios de operação). 
A implementação de instrumentação 
inteligente de campo, a base de 
microprocessador) é também essencial, pois 
através dela se pode fazer a calibração e 
alteração dos parâmetros dos instrumentos de 
modo remoto. 
5.4. Monitoração de dutos 
As unidades terrestres e as plataformas 
marítimas são interligadas por dutos. Por 
exigências legais e de normas de meio 
ambiente, é mandatório a implementação de 
um sistema para monitorar os dutos que 
interligam as unidades de produção e as 
plataformas à terra, para detectar facilmente 
vazamentos, reduzir os riscos de acidentes 
ambientais e ser integrado com os sistemas de 
parada de emergência. 
O sistema de monitoração da integridade 
dos dutos será interligado ao sistema PI (Plant 
Information), que é um programa aplicativo 
instalado em toda Petrobras. Este sistema 
corporativo pode disponibilizar para as 
gerências todos os dados de operação, de 
integridade dos dutos e disponibilidade de 
equipamentos. 
A arquitetura básica para monitoração de 
dutos consiste de dois CLPs, cada um 
instalado em cada extremidade do duto, 
recebendo informações de vazão volumétrica 
instantânea, pressão estática, temperatura e 
densidade do fluido escoado, em forma de sinal 
analógico (4 a 20 mA) ou protocolo digital (e.g., 
Hart ou Fieldbus Foundation) . Os dois 
sistemas das extremidades do duto são 
interligados via rádio-modem, ou rede Internet 
(TCP/IP). 
Os CLPs vão rodar o programa de lógica 
ladder para executar os alarmes de desvio das 
medições e de desligamento de emergência. 
Para o operador visualizar e monitorar 
estes dados é usado o supervisório ECOS, 
Haverá estações de trabalho em cada uma das 
plataformas e em cada uma das salas de 
controle de recebimento. 
Nas estações de operação vão estar 
disponíveis sempre os seguintes dados: 
1. Vazões instantâneas, totalizadas e 
compensadas de óleo e gas 
2. Pressões, temperaturas e densidades 
dos fluidos nos dutos 
O supervisório é programado para fornecer 
as informações de alarme e intertravamento de 
situações anormais e perigosas, tais como: 
1. PSL (alarme de pressão baixa), 
2. PSLL (desarme de pressão muito 
baixa), 
3. PSH (alarme de pressão alta), 
4. PSHH (desarme de pressão muito alta), 
5. TSL (alarme de temperatura baixa), 
6. TSH (alarme de temperatura alta), 
7. DFSH, (alarme de desvio de 2% para a 
vazão de Gás), 
8. DFSHH) Desarme de desvio de 4% 
para Gás, 
9. DFSH (Alarme de desvio de 2% para 
Óleo), 
10. DFSHH (Alarme de desvio de 4% para 
Óleo), 
11. ESD-1 (Parada pela plataforma), 
12. ESD-2 (Parada pelo Recebedor) 
13. Alarme de falha de comunicação entre 
as duas extremidades do duto. 
Os dados disponíveis em uma estação de 
operação devem ser exatamente iguais aos 
dados da outra estação (espelho), para que os 
operadores das duas unidades visualizem 
exatamente os mesmos dados, inclusive para 
efeito de leitura. 
5.5. Operação da plataforma 
A operação será padronizada de acordo 
com suas peculiaridades de processo 
totalmente respeitadas e deverá uma filosofia 
única, entre as unidades operacionais da 
Petrobas, para permitir a troca entre técnicos 
de operação e manutenção das duas 
plataformas. 
Sala de Controle 
Toda a supervisão que deverá ser efetuada 
pelo sistema supervisório ECOS (que roda em 
plataforma VXL em base VMS), tendo como 
arquitetura de comunicação uma rede Ethernet, 
por onde irão trafegar os dados entre os CLPs, 
periféricos, impressoras, chaves, Gateway 
proprietário do fornecedor do sistema. 
Os objetivos destas estações de operação 
são os de:: 
1. Mostrar nas telas os diagramas 
sinóticos dos processos onde deve 
existir o P&I (Process & Instruments) 
simplificado. A tela inicial terá um 
anunciador de todos os alarmes por 
equipamentos existentes (processo, 
utilidades e segurança) O operador 
poderá navegar entre telas, matriz de 
causa e efeitos, tela de controladores 
2. Gerar relatórios de eventos ocorridos 
no exato instante do acontecido (tempo 
estampado em dia, hora, minuto, 
segundo e submúltiplo), em impressora 
de modo on-line permitindo assim ao 
operador identificar com precisão o 
alarme ocorrido no processo. Os 
 8
alarmes terão status de ativo, 
conhecido, não-conhecido e normal. 
3. Como relatório adicional, salvo em 
disco e que sempre que solicitado pelo 
operador deverá disponibilizar na tela, 
janelas de gráficos, onde serão 
acompanhados os valores de registro 
de PIT,TIT, FIT substituindo assim os 
atuais registradores gráficos circulares 
do campo. Devem também ser 
registradas em disco rígido a 
temperatura de entrada TIT do manifold 
e pressão estática de entrada PIT, ou 
seja na cabeça dos poços. (O código 
de cores é: cor vermelha para vazão, 
azul para pressão e verde para 
temperatura). 
4. As tomadas de impulso da pressão 
diferencial através da placa que vão 
para os registradores circulares devem 
ser mantidas, para eventual uso dos 
FR/ PR/TR. 
5. As informações de operação dos 
módulos existentes nos instrumentos 
eletrônicos da rede Fieldbus 
Foundation devem estar disponíveis, 
permitindo assim operar a planta a 
partir da ECOS Estes sinais incluem: 
variável de processo (PV), sinal de set 
point (SP), sinal de saída para a válvula 
(MV) e janela indicando os valores em 
unidades de engenharia e possibilidade 
de transferência de automático para 
manual e vice-versa. 
6. A matriz de causa e efeitos deve ser 
gerada na ECOS facilitando assim a 
visualização rápida da lógica de 
processo, bem como através da 
mesma efetuar by-pass de 
instrumentos de entradas digitais ou 
override dos dispositivos de saída 
digitais. 
7. Deve ainda haver um arquivo de 
relatório onde se possa armazenar toda 
ação efetuada pelo operador, na ECOS 
sempre que a condição normal de 
processo venha a ser alterada por 
necessidade de manutenção ou 
operação, disponibilizando assim dados 
para análise de ocorrências anormais 
na planta de processo. Para simples 
navegação pelas telas da ECOS, não 
se deve ter nenhum tipo de solicitação 
de login e senha. A ECOS deve 
somente solicitar o login do operador 
sempre que algum parâmetro for ser 
alterado, colocado em regime de By-
Pass ou Override, 
8. Utilizar a ECOS de maneira a permitir 
ou não a habilitação dos painéis locais 
na condição de TESTE. Com login e 
senha adequados, não será permitindo 
que alguém no campo coloque o painel 
em teste sem conhecimento do 
operador. 
9. Instalar um painel de controle, com o 
objetivo de acomodar as estações 
ECOS, micros para manutenção da 
rede de CLPs, e um micro para 
manutenção da rede Fieldbus 
Foundation. 
10. O micro de manutenção da rede 
Fieldbus Foundation deve ter as 
funções de gerenciamento da rede 
FIELDBUS e também ser capaz de 
operar a planta de processo em caso 
de emergência, interagindo com a 
planta de processo com a mesma 
capacidade da ECOS, gerando 
relatórios e coletando dados também 
para ANP, comunicando também com 
os computadores de vazão. Esta 
facilidadeficará a cargo do 
Administrator da rede de automação, 
com LOGIN e SENHA, pois esta 
condição e uma possibilidade 
emergencial para operar a planta de 
processo em caso extremo. 
Painéis Locais 
O painel local deve ser concebido um para 
cada equipamento ou vaso, ou quando 
possível, de um para mais de um equipamento 
de um mesmo sistema. Ele deve ser 
implantado de modo a facilitar 
1. a montagem dos instrumentos de campo, 
2. o arranjo de cabos, 
3. a acomodação de dispositivos para 
conexão em Fieldbus Foundation, 
4. a agilidade de manutenção e operação 
dos mesmos 
Os painéis locais devem acomodar na parte 
frontal, todas as sinaleiras dos instrumentos de 
campo instalados no equipamento ou vaso, 
oriundas de 
 pressostatos, 
 chaves de nível, 
 termostatos que causem ESD-2 
(Emergency Shut-Down, nível 2), 
 botoeiras de PARTIDA/PARADA de 
motores, 
 chaves de comando de bombas LOCAL 
ou REMOTO, 
 botoeiras de TESTE LÂMPADAS e 
REARME local, 
 chaves de Painel em TESTE ou 
NORMAL. 
No topo do painel deve ser instalado um 
sistema de calibração hidráulico, composto de 
 engate rápido, 
 9
 manômetro com a faixa dentro do valor 
necessário para cada equipamento que 
este painel estiver associado, 
 válvulas de três vias do tipo esfera para 
alinhar os pressostatos que serão 
instalados na lateral deste painel, para 
a condição de teste ou processo. 
Este sistema instalado sobre o painel local 
visa otimizar a manutenção e calibração de 
instrumentos, tais como pressostatos, 
termostatos e chaves de nível. 
Quando se acionar a botoeira de TESTE do 
painel local para a posição TESTE, deve ser 
gerado na ECOS uma solicitação para 
habilitação do teste ao operador na sala de 
controle, que irá monitorar a execução dos 
trabalhos ou partida, garantindo assim a 
segurança de uma operação assistida 
obrigatoriamente pelo operador na sala de 
controle. Após a habilitação ter sido efetivada 
no painel, será permitido ao campo efetuar as 
manobras, quer sejam para operação ou 
manutenção do equipamento solicitado. Por se 
tratar de uma condição anormal de operação, 
esta operação exige um período de tempo para 
se manter nesta condição, portanto o teste será 
habilitado por, no máximo, 60 minutos, Depois 
de um período de 55 minutos, o painel estará 
com suas saídas de shutdown inibidas, 
indicando no painel local ECOS, registros de 
eventos em que situação o referido painel se 
encontra. porém não derrubará a planta de 
processo. Após este período, ou seja, nos 5 
minutos restantes, deverá ser gerado um 
alarme na ECOS, com lâmpadas piscando no 
painel local, indicando que o período de tempo 
está para expirar, dando ao operador 
possibilidade de revalidar ou não a condição. 
Caso o operador não revalide o tempo de teste, 
o CLP entenderá que não está sendo feita 
nenhuma intervenção no mesmo e após esses 
5 minutos, colocará automaticamente o painel 
na condição NORMAL, onde caso exista algum 
alarme já em andamento efetuará a lógica de 
segurança parando o processo. 
Em caso de parada de processo, a causa 
estará disponível para o operador de várias 
maneiras para identificar: 
 Indicação visual do alarme no painel 
local. 
 Indicação sonora na planta de 
processo. 
 Indicação visual na ECOS e sonora no 
painel de controle onde estarão 
acomodados os computadores, e será 
gerado automaticamente um arquivo 
para armazenar todo evento gerado na 
ECOS em disco rígido para análise 
posterior. 
 Indicação de alarme por equipamento 
no anunciador de alarme RONAN 
instalado na sala de controle das 
plataformas. 
 Indicação do evento registrado na 
impressora, imprimindo a data, hora, 
minuto e a descrição do alarme. 
Após o alarme efetuado, e a lógica de 
segurança ter atuado, o operador deverá ir até 
o equipamento em questão, verificar todo o 
equipamento, as causas do determinado 
alarme, e depois de normalizado todas as 
condições externas pertinentes ao 
equipamento, efetuar o RESET do painel local. 
Caso a condição para o alarme desapareça, a 
lâmpada no painel local irá apagar, permitindo 
assim que o operador na sala de controle 
possa efetuar o MASTER RESET (tanto pela 
ECOS, como por uma botoeira de RESET 
instalada no PN-001, instalado na sala de 
controle.), que permitirá remover a condição 
segura de ESD-2 indicada no anunciador de 
alarmes e colocar novamente a plataforma em 
condição normal de funcionamento. 
A sinalização no painel local, no anunciador 
RONAN ou na tela da ECOS indica que a 
planta está passando por uma condição 
anormal> Assim, para a plataforma estar 
operando em condição normal, nenhum alarme 
deve estar ativado. 
Sempre que for efetuado um By-Pass, 
Forces ou Override, o operador deve 
comunicar seu supervisor a condição do 
processo e acionar a manutenção para 
tomadas das medidas necessárias, visando a 
solução da anomalia. 
Rede Fieldbus 
Na arquitetura de Fieldbus Foundation, os 
controles analógicos para a planta de processo 
são separados dos alarmes e controles lógicos. 
Por isso, a aquisição de dados de controle 
através da rede Fieldbus Foundation ou 4 a 20 
mA quando aplicável, deverá ser processada 
por um controlador dedicado a essa função 
denominado Gateway proprietário (e.g., Delta 
V, se o fornecedor for a Fisher Rosemount) 
instalado no interior do painel e os sinais de 
controle para shutdown e alarmes deverão ser 
processados por um CLP também instalado 
neste painel, estando próximo um do outro de 
maneira a interliga-los, formando assim a base 
da automação da planta de processo. 
O processador do Gateway irá receber os 
dados dos instrumentos de transmissão de 
nível, pressão, temperatura, vazão e enviará 
essa informação para a estação ECOS, que 
será responsável pela interface entre o 
operador e o sistema digital instalado (e.g., 
Delta V). O computador que gerencia a rede 
 10
Fieldbus Foundation também estará 
recebendo os dados deste Gateway. 
Através dos valores analógicos em 
unidades de engenharia, proveniente do 
instrumento de controle de campo, será 
possível gerar alarmes digitais intermediários 
pelo supervisório ECOS. Estes alarmes 
precursores de alto (H) e baixo (L), ocorrem 
antes dos desarmes de muito alto (HH) e de 
muito baixo (LL). O instrumento de campo da 
rede Fieldbus Foundation envia sinais para o 
controle e a ECOS gera os alarmes 
intermediários (que não desarmam), e os sinais 
de desarme serão gerados nos instrumentos 
físicos, tipo chave de campo, como 
pressostato, termostato ou chaves de nível e 
vazão. Ou seja, os alarmes são gerados por 
chaves virtuais e os desarmes por chaves 
físicas, independentes entre si. 
Como se utiliza uma rede de controle 
analógica inteligente, o módulo lógico PID de 
controle deve ser configurado, sempre que 
possível, no respectivo posicionador da válvula 
de controle da malha em questão (LCV, PCV, 
TCV ou FCV). 
Com a filosofia de painéis locais, a rede 
FIELDBUS estará disponível dentro destes 
painéis, com conexões reservas para 
instalação de terminais de manutenção no 
campo, que pode ser feito por terminal portátil 
(HHT - Handheld Terminal), ou por computador 
portátil (notebook). 
Como o sistema de segurança aplicado ao 
sistema é o de segurança intrínseca (Ex-i), é 
permitido fazer a manutenção ou operação dos 
equipamentos a quente, podendo abrir o painel 
e efetuar a conexão ou desconexão da fiação 
da rede Fieldbus Foundation. Pelo conceito de 
segurança intrínseca, qualquer centelha gerada 
tem energia insuficiente para provocar ignição 
ou explosão da mistura gasosa flamável ou 
explosiva. Instrumentos que não sejam Ex-i, 
como à prova de chama ou explosão (Ex-d) 
não podem ser abertos na área, quando 
energizados. 
Caso seja necessária alguma intervenção 
no controle diretamente no campo, dentro do 
painel, basta conectar o notebook no bloco 
Fieldbus Foundation e se terá acesso à rede 
dedicada a determinado painel, e assim mudar 
os parâmetros das ações de controle PID 
(proporcional, integral e derivativa),para 
otimizar a estabilidade do processo, como 
também uma reconfiguração da rede local. 
Para uma ampla visualização da rede 
dentro do painel será instalado o bloco para 
visualização de toda a rede ou por 
equipamento, dependendo então da posição 
onde o técnico de operação ou manutenção 
conectar o notebook. 
Como se tem painéis locais, um para cada 
equipamento, a rede Fieldbus Foundation deve 
ser projetada, instalada e configurada para que 
um instrumento de uma malha não atue uma 
válvula que esta conectada a outra malha. 
Manutenção Preditiva 
O Gateway proprietário disponibilizará em 
um computador instalado na sala de controle 
através de um programa de gerenciamento, 
todos os dados possíveis dos instrumentos 
acoplados à rede FF, 
1. Indicação de possíveis falhas dos 
instrumentos, vida útil e status, 
facilitando assim a manutenção 
periódica pré-programada. 
2. Visualização e configuração geral da 
rede FF, para reconfiguração, 
assinatura de instrumentos pela rede e 
interoperabilidade. 
Operação da planta Via FIELDBUS 
O sistema de controle ECOS utiliza o 
Supervisório aplicativo VXL, que é muito 
confiável, por usar equipamentos de médio 
porte de hardware e rodar sobre um sistema 
operacional muito estável e também 
comprovado, denominado VMS. Porém, em 
caso de uma falha da interface com a ECOS, a 
rede FF mantém a planta funcionando 
normalmente nas configurações existentes dos 
instrumentos, e mesmo assim, caso seja 
necessário alterar qualquer valor nos 
controladores da planta, (e.g., set points de 
pressão ou nível ou alterações na sintonia PID 
do controlador), estas alterações poderão ser 
efetuadas através deste micro. 
Este micro deverá ser conectado a uma 
impressora matricial e gerar relatórios tanto 
para a manutenção, como para a operação, 
conforme a configuração e programação. Para 
que isso seja possível, este CP deve ter dois 
discos rígidos e um sistema supervisório capaz 
de interagir com o Gateway proprietário. 
CP para o CLP 
Como a linguagem e o programa de 
configuração dos CLPs são diferentes da 
linguagem e do programa do sistema digital a 
ser instalado (e.g., Delta V) e como a filosofia 
da planta de processo é separar controle 
analógico do processo dos alarmes e desarmes 
digitais, será instalado outro CP na sala de 
controle que terá a função de 
1. Fazer manutenção nos CLPs da planta 
de processo 
2. Restaurar os arquivos do CLP, 
3. Reconfigurar o programa ladder 
 11
Neste CP deve ser possível efetuar valores 
forçados no programa ladder, simulações de 
by-pass nos instrumentos da planta, tendo 
assim uma excelente ferramenta de pesquisa 
de defeitos. 
Neste CP será rodado um programa 
aplicativo proprietário de cada CLP, que será 
responsável pela interface da manutenção com 
a rede de CLPs, permitindo a alteração do 
diagrama ladder, fazer força de pontos, 
imprimir o diagrama ladder. 
Com o aplicativo supervisório poderá 
também ser gerado um registro de eventos. 
No breaks e Carregadores de Baterias. 
Em caso de falha (tensão abaixo ou acima 
de valores predeterminados) ou de falta de 
energia elétrica na plataforma, estão sendo 
considerados dois equipamentos de energia 
ininterruptível (no breaks). Este equipamento 
de fonte ininterrupítvel fornecerá energia para 
as duas estações ECOS, para os dois CPs e 
para impressora, por um período minimmo de 
30 minutos. Estes no breaks deverão ser 
instalados dentro do CP-001e ter baterias 
seladas para evitar emissão de gases na sala 
de controle. 
No caso de P-XIV, como o container de 
produção deixará de ser sala habitada, deverão 
ser instalados dentro deste container dois 
conjuntos de carregadores de bateria e seus 
respectivos bancos de baterias, incluindo um 
painel de distribuição 24 V cc, com capacidade 
suficiente para atender toda a demanda de 
carga exigida para o correto funcionamento de 
toda sinalização, instrumentos, solenóides, 
rádios-modem, CLP, sistema digital de controle 
(e.g., Delta V). 
A filosofia para a distribuição da tensão de 
24 V cc deve ser realizada através de um 
painel com chaves dedicadas para cada banco 
(BANCO 1, DESLIGADO, BANCO 2 ) com 
disjuntores de proteção dos barramentos, 
indicação da tensão de cada barramento e 
pontos de testes por bornes com indicação de 
positivo e negativo. 
Atendimento aos procedimentos da ANP 
Nos Separadores de testes, todos os 
instrumentos de medição das variáveis críticas 
(temperatura, pressão, densidade e vazão) 
deverão ter características metrológicas 
(repetitividade, exatidao, drift com a 
temperatura e com o tempo calendário) que 
atendam às exigências da ANP. 
Para atender o regulamento técnico da 
ANP, as medições da vazão de gás produzido 
deverão ser compensadas pela pressão 
estática e temperatura, através de 
computadores de vazão, utilizando como 
elemento primário a placa de orifício instaladas 
em porta-placa Daniel ou entre flanges. Os 
sensores de pressão, temperatura, densidade e 
vazão dos computadores de vazão serão 
instalados nos separadores de teste, na linha 
de gás combustível, na linha do flare e nos 
SKIDS de medição, onde o somatório das 
vazões instantâneas e totalizadas, estarão 
disponíveis em relatórios e arquivos na ECOS. 
As medições deverão ser enviadas a um 
computador de vazão destinado a esse fim 
atendendo as normas AGA oou ISO vigentes e 
aceitas pela ANP 
Os medidores de vazão de vazão de óleo e 
condensado são do tipo Coriolis ou 
totalizadores de vazão com Deslocamento 
positivo. A precisão das medições fiscais deve 
ser melhor que de ±0,2 % do valor medido. As 
medições serão feitas nos separadores de 
teste, na linha de produção, na estação de 
medição(skids), trem “A” e “B”, sendo estas 
medições enviadas a computadores de vazão 
dedicados a esse fim atendendo às normas API 
vigentes e aceitas pela ANP. A medição de 
Óleo e condensado deve também ser enviadas 
para a ECOS e gerar os relatórios necessários. 
Para medir água, serão usados os 
medidores magnéticos, desde que 
condutividade mínima seja maior que 0,1 
μS/cm. Na impossibilidade de ser utilizado este 
instrumento (condutividade menor que a 
mínima requerida), serão usados medidores a 
deslocamento positivo ou sistema com placa de 
orifício, estando os medidores conforme 
solicitação do regulamento da ANP. Estas 
medições também serão enviadas para a 
ECOS e gerarão os relatórios necessários 
A leitura precisa de cabeça de poço deve 
ser considerada em toda arquitetura, pois 
fornece ao pessoal de reservatório, os dados 
confiáveis de acompanhamento do 
comportamento do poço. Este 
acompanhamento será efetuado por 
transmissores de pressão e temperatura. 
Gerenciamento corporativo 
Uma das muitas vantagens de um sistema 
automatizado, advém de sua disponibilidade 
operacional, e confiabilidade, portanto após a 
implementação do projeto a planta deverá 
atingir o patamar de disponibilidade de 
100 % de operação. 
Mesmo obtendo e mantendo 100 % da 
operacionalidade da planta de processo, não 
haver agressão a nenhum fator de : segurança, 
meio ambiente e saúde ocupacional. 
A planta de processo deve sempre atingir a 
condição de segurança, exigido por cada 
projeto das plataformas, quando os parâmetros 
de controle operacional ultrapassar os limites 
 12
de operação: de nível, pressão, temperatura, 
vibração e ruído. Para isso, devem ser usadas 
chaves automáticas que forneçam alarme nos 
pontos de alto (H) ou baixo (L) e desarme nos 
pontos de muito alto (HH) ou muito baixo (LL). 
Niveis de Parada de Emergência (ESD) 
Há os seguintes níveis de parada de 
emergência (ESD): 
ESD-1 Parada individual por 
Equipamento - Por motivo de segurança 
operacional específica, para cada 
equipamento. 
ESD-2 - Parada de Produção - Para a 
planta de processo, isolando a entrada e saída 
de liquido dos vasos, abrindo a PV de gás em 
plantas de óleo e mantendo pressurizados os 
vaso em planta de gás. Devem ser fechadas as 
válvulas Wing e Master das cabeças de poços 
na arvore de natalseca ou molhada. 
ESD-3 - Parada de Produção - Idem ao 
ESD-2, porém fecham também as válvulas de 
segurança DHSV ou SSSV 
ESD-4 Preparacao para Abandono -
Isolação das válvulas de desligamento 
(shudwon valves) de entrada e saída de liquido 
dos vasos, despressurizarão da planta de 
processo, Isolação elétrica 
Segurança dos Vasos da Planta de 
Processo e Manifold 
Todo Vaso deve possuir válvulas de 
desarme (SDV - shudown valve) de isolação da 
corrente de liquido, bem como as LV’s devem 
ser concebidas na falta de ar fecha (ação ar 
para abrir). 
As PV’s de gás devem ser concebidas na 
falta de ar abre. Porém, em plantas de gás 
deve existir solenóide na lógica que garanta o 
fechamento (desde que não falte ar de 
instrumento), das PV de gás garantindo assim 
a planta pressurizada. 
Todo Manifold deve possuir SDV de 
isolação de suas saídas para as entradas dos 
Vasos Separadores. 
Sempre devera existir uma SDV na saída 
da Plataforma para o duto. 
Monitoração de Fogo & Gás. 
Toda plataforma deve possuir sistema de 
detecção de fogo e gás, podendo utilizar 
sensores de ultravioleta, sensores 
termovelocimétricos, sensores de fumaça, 
sensores de Gás Metano, sensores de Gás 
H2S, conforme as necessidades do estudo de 
cada plataforma, lembrando que devem sr 
efetuada por votação de 2 sensores por zona 
para ocasionar o ESD-3 e apenas um sensor 
alarme em toda a plataforma, indicando no 
supervisório o local do sinistro e ativar 
automaticamente as bombas de incêndio. 
Todos os alarme de falha devem ser 
encaminhados a ECOS. 
 
 
 
 13
2. Componentes 
Objetivos de Ensino 
1. Descrever e aplicar vários arranjos do chaveamento elétrico. 
2. Desenhar os símbolos para botoeiras, chaves liga-desliga, lâmpadas pilotos e contatos de 
relés. 
3. Descrever o solenóide elétrico e suas aplicações. 
4. Descrever a construção e operação de diferentes tipos de relés. 
5. Dar o conceito e mostrar as aplicações da válvula solenóide 
6. Listar e descrever as proteções de circuito. 
 
 
 
1. Introdução 
A automação eletrônica possui vários 
componentes com partes e peças mecânicas. 
O funcionamento destes componentes sempre 
envolve movimento mecânico. As partes 
mecânicas da eletrônica são chamadas 
também de peças móveis. Por causa de seu 
movimento mecânico elas apresentam as 
seguintes desvantagens: 
1. sofrem desgaste com o uso e portanto 
possuem vida útil limitada 
2. podem ficar emperradas e portanto são 
pouco confiáveis 
3. são relativamente lentas comparadas 
com as operações puramente 
eletrônicas 
4. podem apresentar sujeira e umidade 
que atrapalham o seu funcionamento, 
5. quebram mais facilmente, por causa da 
fadiga e desgaste. 
6. seu funcionamento pode ser perturbado 
por vibração e choque mecânico. 
7. produzem barulho quando mudam o 
estado. 
Os principais componentes mecânicos da 
eletrônica (eletromecânicos) são a chave liga-
desliga (toggle), chave botoeira (push button), 
chave seletora, chave automática acionada por 
variável de processo (termostato, pressostato, 
nível, vazão, posição), relé, válvula solenóide e 
disjuntor. 
2. Chave 
2.1. Conceito 
A chave é um componente eletromecânico 
usado para ligar, desligar ou direcionar a 
corrente elétrica, através de um acionamento 
mecânico manual ou automático. A chave de 
duas posições é um componente binário de 
circuito simples e fundamental, com uma 
entrada e uma saída. 
A saída é alta quando a entrada é alta e a 
saída é baixa quando a entrada é baixa. A 
entrada da chave é uma força mecânica e a 
saída é uma tensão elétrica. A chave estática o 
semicondutor possui na entrada e saída sinais 
elétricos. A chave é adequada para teclados e 
entrada de dados em sistemas digitais. 
O inversor é uma variação da chave. O 
inversor é também um dispositivo binário, com 
uma entrada e uma saída, de modo que a 
saída é alta, quando a entrada for baixa e saída 
é baixa, quando a entrada for alta. O inversor é 
um bloco construtivo do sistema digital mais 
poderoso e fundamental que a chave pois a 
chave pode ser construída a partir de dois 
inversores em série e nenhuma combinação de 
chaves pode produzir um inversor. 
As características desejáveis da chave 
1. alta velocidade 
2. alta confiabilidade 
3. entrada e saída elétricas 
4. pouca energia consumida 
5. baixo custo 
Os tipos mais comuns de chaves manuais 
usadas em sistemas eletrônicos são os 
seguintes: 
1. chave liga-desliga (toggle) 
2. chave botoeira (push button) 
3. chave seletora 
 14
Tab. 2.1. Símbolos usados em sistemas de segurança 
 
 
 
 
 
 
Contato elétrico, 
normalmente aberto (NA) 
 
 
 
 
 
 
Contato elétrico, 
normalmente fechado (NF) 
 
 
 
Chave de vazão, 
normalmente aberta (NA) 
 
 
Chave de vazão, 
normalmente fechada (NF) 
 
 
Chave de nível, 
normalmente aberta (NA) 
 
 
Chave de nível, 
normalmente fechada (NF) 
 
 
Chave de pressão, 
normalmente aberta (NA) 
 
 
Chave de pressão, 
normalmente fechada (NF) 
 
 
 
Chave de temperatura, 
normalmente aberta (NA) 
 
 
 
Chave de temperatura, 
normalmente fechada (NF) 
 
 
Chave limite, normalmente 
aberta (NA) 
 Chave limite, normalmente 
fechada (NF) 
 
 
 
 
Lâmpada de sinalização 
 
 
 
 
Buzina 
 
 
 
 
Válvula solenóide de duas 
vias 
 
 
 
 
Válvula solenóide de três 
vias 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.1. Conceito de chave 
 
2.2. Polos e Terminais 
Embora exista uma grande variedade de 
chaves elétricas, há vários termos que são 
comuns quando se descreve a construção de 
qualquer chave. 
A haste ou parte da chave que é movida 
para abrir ou fechar um circuito é chamada de 
pólo da chave. Se uma chave tem somente um 
pólo, ela é chamada de chave de único pólo 
(single pole switch). Se ela possui dois pólos, é 
chamada de chave de duplo pólo. A chave 
pode ter também três, quatro ou qualquer outro 
número de pólos, quando é chamada de triplo 
pólo, e multipolo. 
Se cada contato alternadamente abre e 
fecha somente um circuito, a chave é chamada 
de único terminal (single throw). Quando o 
contato é de dupla ação, ou seja, abre um 
circuito enquanto simultaneamente fecha outro, 
a chave é chamada de duplo terminal (doble 
throw).. 
Assim, pode haver uma combinação de 
pólos e terminais; tendo-se 
1. single-pole, single-throw (SPST), 
2. single-pole, double-throw (SPDT), 
3. double-pole, doble-throw (DPDT). 
Esta nomenclatura se aplica também aos 
contatos de relés (relé é uma chave operada 
pela ação magnética). 
A chave elétrica básica é a de simples pólo 
e simples terminal, SPST. 
Quando a chave estiver na posição 
desligada (OFF), o circuito está eletricamente 
aberto entre M e N. Quando a chave é mudada 
para a posição ligada (ON), cria-se um circuito 
de ligação entre os pontos M e N. Esta chave 
pode ser normalmente aberta (NA) ou 
normalmente fechada (NF). A chave NF SPST 
é um curto-circuito entre M-N quando desligada 
e é um circuito aberto entre M-N quando ligada. 
É fundamental definir o tipo, NA ou NF, quando 
escolher a chave para uma aplicação. 
Outro tipo de chave possui polo simples e 
duplo terminal, abreviado SPDT. O circuito de 
M é chaveada entre N e O, quando a chave é 
ligada ou desligada. 
Quando se quer ligar dois circuitos 
separados em ON e OFF simultaneamente. 
Pode-se usar duas chaves SPST. Na prática, 
usa-se a chave DPST. Ela consiste de duas 
chaves SPST em um único corpo. Quando se 
quer duas chaves simultaneamente em duplo 
polo, usa-se a chave DPDT. Este arranjo de 
chaveamento pode ser expandido para três 
pólos ou mais, como necessário. 
Dois outros tipos de configurações são: 
1. retorno de mola 
2. centro desligado 
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Atuando a chave SPST com retorno de 
mola, fecha-se M-N. Porém, quando a chave é 
liberada, sua mola torna-a desligada. Ela não 
permanece na posição fechada, como uma 
chave normal o faz. 
A chave com centro desligado possui três 
posições. Ela também pode ter retorno por 
mola para a posição central desligada. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig.2.2. Arranjos de chaveamento elétrico 
 
 
 
2.3. Chave Liga-Desliga 
A chave liga-desliga (toggle) possui uma 
haste ou alavanca que se move através de um 
pequeno arco fazendo os contatos de um 
circuito abrirem ou fecharem repentinamente. O 
fato de o contato abrir ou fechar muito 
rapidamente reduz o arco voltaico e garante um 
curto-circuito seguro. O acionamento da chave 
toggle é retentivo, ou seja, a chave é ligada por 
um movimento mecânico e os contatos 
permanecem na posição alterada, até que a 
chave seja acionada no sentido contrario. A 
chave toggle tem uma pequena protuberância 
saindo do eixo. O eixo toggle é empurrado para 
cima ou para baixo para produzir o 
chaveamento. 
Tais chaves são tipicamente usadas em 
pequenos equipamentos com pouco espaço 
disponível no painel. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.3. Chave liga desliga (toggle) 
2.4. Chave Botoeira 
A chave botoeira (push button) é projetada 
para abrir ou fechar um circuito quando 
acionada e retornar à sua posição normal, 
quando desacionada. O contato é não 
retentivo, ou seja, o contato só permanece na 
posição alterada enquanto a chave estiver 
acionada; o contato volta para a posição 
normal quando se tira a pressão da chave. O 
contato é momentâneo e o seu retorno é 
causado por uma mola. Normalmente aberto ou 
normalmente fechado significa que os contatos 
estão em uma posição de repouso, mantidos 
por uma mola e não estão sujeitos a nenhuma 
força externa mecânica ou elétrica. 
A botoeira normal tem retorno de mola, de 
modo que ela é não sustentável. A botoeira 
mais usada é do tipo SPDT. Quando a botoeira 
é apertada, o circuito entre M-N é aberto e O-P 
é fechado. Quando ela é solta, fecha M-N e 
abre O-P eletricamente. Algumas botoeiras 
podem ter três, quatro ou mais pólos, 
aumentando sua capacidade de chaveamento. 
A botoeira é usada em controle de motores, 
onde ela serve para partir, parar, inverter e 
acelerar a rotação do motor. A chave botoeira é 
usada tipicamente em chaves de acionamento 
de campainha e chave de segurança de 
motores. Ela é disponível em várias cores, 
identificações, formatos, tamanhos e 
especificações elétricas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.4. Chave botoeira com lâmpada piloto 
 
 
 
2.5. Chave Seletora 
A chave seletora ou rotatória fecha e abre 
circuitos quando é girada entre posições. O 
knob da chave é girado e não apertado, como 
nas chaves botoeira. Um contato fixo ao eixo 
gira por meio de um knob ligado à outra 
extremidade do eixo. O contato se move ao 
longo de um circulo de material isolante que 
possui tiras de material condutor colocadas ao 
longo da circunferência. Quando o eixo gira de 
uma posição para a próxima, o contato rotativo 
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faz a ligação para as tiras condutoras. Isto 
fecha e abre contatos desejados. Há uma 
marcação externa no knob para localizar a 
posição da chave. 
A chave seletora é usada para selecionar 
duas, três, dez ou mais posições. Ela é usada 
tipicamente para selecionar diferentes faixas de 
medição de instrumentos, selecionar canais da 
televisão, selecionar funções de um 
amplificador. 
Se a chave rotatória é do tipo de curto-
circuito, o seu contato girante faz a ligação com 
o próximo terminal antes de abrir o contato com 
a posição atual. Esta chave é chamada de 
make-before-break (fecha-antes-de-abrir). Tal 
característica de curto-circuito fornece proteção 
para certos instrumentos ou equipamentos. 
Há também chave rotatória do tipo não 
curto-circuito. Esta chave abre o circuito atual 
antes de fechar o circuito seguinte. Ela é 
também chamada de break-before-make (abre-
antes-de-fechar). 
Um anel metálico é montado sobre um 
wafer fenólico, não condutor. As ligações 
elétricas são feitas em um suporte que desliza 
no anel metálico, quando ele gira. O wafer é 
girado para posições específicas para 
conseguir o chaveamento. 
Na chave fechar-antes-abrir de não curto, 
indo de A para B, o circuito é completamente 
aberto na posição intermediária, como 
mostrado. Para a chave abrir-antes-fechar, 
fazendo curto, o anel giratório tem uma 
saliência mais larga. A largura da saliência 
excede a distância A-B. O circuito fica portanto 
ligado a A e B na posição intermediária. 
Um exemplo mostra onde cada tipo de 
chave deve ser usado. O voltímetro deve ter 
uma chave seletora que não provoque curto-
circuito. Entre faixas, a chave desliga a tensão 
para o galvanômetro. Se fosse usada uma 
chave de fazendo curto-circuito, os resistores 
seriam em paralelo. A baixa resistência 
temporária, 19,3 kΩ, permitiria que o excesso 
de corrente fluísse no galvanômetro. Neste 
caso, o galvanômetro deveria suportar uma 
corrente cinco vezes maior. 
De modo contrario, o amperímetro deve ter 
uma chave que provoque curto-circuito. Se 
fosse usada uma chave que provocasse 
circuito aberto, o galvanômetro deveria suportar 
uma corrente 100 vezes maior que a 
especificada. Para cada faixa de corrente, um 
resistor paralelo é percorrido por uma corrente 
apropriada, com mostrado. Se não houvesse 
um resistor paralelo ligado no circuito entre as 
posições das faixas, toda a corrente da linha 
deveria passar pelo galvanômetro. Para uma 
corrente de linha de 100 mA, isto é 100 vezes a 
corrente especificada. Durante o chaveamento, 
com a chave apropriada que provoca curto-
circuito, tem-se uma baixa resistência de 
alguns ohms. 
2.6. Critérios de Seleção 
O tipo de chave escolhida para uma 
determinada aplicação depende de muitos 
fatores, como: 
1. a configuração, que determina número 
de pólos e terminais 
2. a tensão a ser chaveada e o tipo de 
corrente (ca ou cc) 
3. o valor da corrente a ser chaveada e a 
corrente a ser percorrida após o 
chaveamento 
4. o ciclo de vida necessário em número 
de atuações 
5. as considerações ambientes, como 
vibração, temperatura, umidade, 
agressividade do ambiente 
6. o tamanho físico necessário 
7. a velocidade de atuação 
8. a capacitância parasita 
9. opções, como lâmpada piloto embutida, 
chave de trava. 
3. Chaves Automáticas 
As chaves vistas até agora eram acionadas 
manualmente. Assim que o operador aperta o 
seu acionamento, seus contatos mudam de 
estado. Quando os contatos são retentivos, 
eles permanecem mudados quando o operador 
retira a pressão de acionamento. Quando são 
não retentivos, os contatos voltam a posição 
original quando a chave deixa de ser apertada. 
Existem chaves automáticas, cuja operação 
é determinada pela posição de algum 
dispositivo ou pelo valor de alguma quantidade 
física. Sistemas mais complexos podem ter 
chaves ligadas de um modo intertravado, tal 
que a operação final de uma ou mais chave 
depende da posição das outras chaves 
individuais. 
As principais chaves automáticas são: 
pressostato, termostato, chave de vazão, chave 
de nível e chave fim de curso. 
3.1. Pressostato 
Pressostato é uma chave automática 
comandada pela pressão. Embora a maioria 
das chaves seja elétrica, ela também pode ser 
hidráulica ou pneumática. Um pressostato 
elétrico muda os estados dos seus contatos 
quando a pressão atingir determinado valor 
crítico, pré-ajustado. 
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Fig. 2.5. Chave de pressão ou pressostato 
 
 
 
O pressostato é um modo simples e barato 
de executar o controle liga-desliga de 
processos envolvendo pressão. Por exemplo, 
um compressor de ar deve ser desligado 
quando a sua pressão atingir um valor alto 
determinado e deve ser religado quando a 
pressão atingir um valor baixo determinado. 
Ajustes convenientes no pressostato permitem 
que o compressor opere entre estes dois 
valores críticos de pressão. 
O pressostato também pode servir de 
proteção de um sistema de controle de 
pressão. Um controlador convencional fornece 
uma pressão constante, dentro da banda 
proporcional. Quando, por algum problema do 
controlador ou do sistema, o controlador perde 
o controle e a pressão tende para um valor 
perigoso de alta pressão, um pressostato 
desliga o sistema. 
Deve-se diferenciar bem a proteção 
fornecida