Protocolos utilizados em redes industriais

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Protocolo
Em sentido restrito, Protocolo significa, algo que se pré-dispõe a por algo
pronto a ser utilizado, através de recursos a ele atribuídos, ou ainda, é a
padronização de leis e procedimentos que são dispostos a execução de uma
determinada tarefa.
Comunicação
Na comunicação de dados e na interligação em rede, protocolo é um padrão
que especifica o formato de dados e as regras a serem seguidas. Sem
protocolos, uma rede não funciona. Um protocolo especifica como um
programa deve preparar os dados para serem enviados para o estágio seguinte
do processo de comunicação. Em resumo, Protocolo é um conjunto de
informações ou dados que passam por um preparo para serem repassados a
outros programas.
Tipos de Protocolo
A capacidade de comunicação rápida e confiável entre dispositivos e o uso de
mecanismos padronizados são, hoje em dia, fatores indispensáveis no conceito
de produtividade industrial. Visando atender este objetivo, as Fieldbus ou redes
de comunicação de campo como também podem ser chamadas, estão sendo
largamente utilizadas desde as indústrias de processo e manufatura até
prédios e sistemas logísticos. São vários os benefícios que podem ser
apresentado com a utilização desta tecnologia:
Redução signifcativa na quantidade de cabos, calhas e espaços utilizados para
a comunicação;
Capacidade de um monitoramento mais efetivo do sistema;
Integração entre vários fornecedores de soluções;
Possibilidade de trocas de informações entre os diferentes níveis hierárquicos -
máquina, planta, empresa e até mesmo países;
Maior velocidade nos tempos de comando e respostas dos dispositivos.
TIPOS:
• Ethernet;
• Interface AS-I;
• Rede AS-I;
• CAN-Bus;
• RS-232-C;
• RS-422;
• RS-485;

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• IEC-1158-2.
Ethernet
A Ethernet é direcionada primordialmente para o uso em áreas como a
automação de escritórios, processamento distribuído de dados, acesso a
terminais, distribuição de e-mails e outras situações que requerem conecções
econômicas e flexíveis para comunicação local, com taxas de transmissão
relativamente elevadas.
A Ethernet por sua característica não-determinística não é o melhor sistema
para ser implantado em automação industrial a nível de sensoreamento e
atuação, onde o determinismo na transmissão se faça necessário, sendo mais
adequado neste caso adotar uma rede que siga a especificação 802.4(token
ring).
A Ethernet tem sua origem na tese de doutorado de Robert Metcalfe (M.I.T),
implementada pela primeira vez na Xerox Corporation, no centro de pesquisa
de Palo Alto, Califórnia e seus resultados foram tão significativos que a Xerox,
Digital Equipments e a Intel desenvolveram um padrão para a Ethernet 10-
Mbps.. Seu nome advém da palavra Éter, substância que, no século XIX, era
tida como o meio de transmissão das ondas eletromagnéticas.
O IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) desenvolveu a
arquitetura IEEE 802 [2] a partir de uma adaptação do modelo OSI, que agrega
uma série de padrões associados às diferentes camadas. Dentre eles
encontra-se o IEEE 802.3 que engloba a Ethernet.
Interface AS-I
O sistema AS-I é o meio ideal e econômico de comunicação entre atuadores e
sensores e o sistema de comando em um nível abaixo do Fieldbus.
Este sistema possui as seguintes características:
Somente 1 cabo para a transmissão de dados e de energia;
Rápida instalação por meio de conectores autoperfurantes;
Não são necessários bornes para conexão;

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Elimina módulos de entradas/saídas no CLP;
As válvulas são instaladas diretamente no local da aplicação, diminuindo a
tubulação e aumentando a velocidade de resposta dos atuadores;
Ideal para válvulas e sensores separados por longas distâncias (até 100 m);
AS-I é um padrão aberto de renomados fabricantes, filiados à Associação
Internacional AS-I;
Protocolo de transmissão normalizado;
Não necessita de software especial;
Cabo de alimentação opcional para saídas e controle de parada.
Rede AS-I
Para comando e monitoramento de atuadores e sensores, ou seja, dispositivos
binários e de chão de fábrica, o AS-Interface é um dos sistemas de
comunicação de dados mais efetivo. Isto por que os sinais digitais e energia 24
Vcc, são transmitidos via um barramento extremamente simples e de baixo
custo.
Outra característica importante, é que os dados são transmitidas ciclicamente,
de uma maneira extremamente simples e eficiente.
CAN-Bus
O barramento de campo CAN-BUS atua a nível de sensor (Controller Area
Network ou ISSO 11898) foi desenvolvido para interligar dispositivos
inteligentes, adotado inicialmente na indústria têxtil, incorporando os dois
primeiros níveis do modelo OSI. Muito utilizado na eletrônica veicular,
equipamentos náuticos, aparatos médicos, controles de elevador e em
equipamentos domésticos com eletrônica embarcada por suas características
de baixo custo, operabilidade, velocidade e facilidade de uso.
A organização que controla o protocolo CAN é a CiA (CAN in Automation) [10],
fundada em março de 1992, que reúne usuários e fabricantes mundiais com o
objetivo de divulgar informações técnicas e estudar as tendências que balizam
os desenvolvimentos implementados no protocolo.
A implementação do CAN se dá a nível de chip, existindo hoje cerca de 50
diferentes chips controladores de protocolo e mais de 15 fabricantes. Essa
grande variedade de fornecedores de bibliotecas, ferramentas e módulos de
interface possibilita a implementação de redes de baixo custo utilizando o
protocolo CAN.
Camada Física
A camada física pode ser sub-dividida em três sub-camadas funcionais: a PLS
(Physical Signaling), a PMA (Physical Mediun Access) e a MDI (Mediun
Dependent Interface). As duas primeiras são implementadas em diversos

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padrões industriais e sistemas proprietários. Dentre os padrões, o mais comum
é o ISO11898.
Subcamada PLS
Esta subcamada é responsável pelas seguintes atividades:
Codificação/decodificação dos bits - Utiliza o método NRZ (Non-Return-to-Zero)
que, diferentemente do código Manchester, mantém o bit estável em um
determinado nível durante todo o intervalo de tempo de bit.
Definição de tempo de bit * e sincronização da transmissão - Numa rede CAN
cada dispositivo possui seu próprio oscilador interno (relógio). O tempo de bit é
definido como um múltiplo do intervalo do relógio. Os deslocamentos de fase
que podem ocorrer entre os diferentes relógios não, aliado à inexistência de
transições dentro do tempo de bit dificulta a sincronização. Assim, à mensagem
são adicionados alguns campos de controle que permitem ao algoritmo de
compensação existente no chip promover a resincronização da mensagem.
A taxa máxima de transmissão depende do comprimento de cabo utilizado
conforme ilustrado na Tabela abaixo:
Taxa de
Transmissão
(Kbps)
Comprimento
do Barramento
(m)
Tempo
nominal de
bit (us)
1M 30 1
800 50 1,25
500 100 2
250 250 4
125 500 8
62.5 1000 20
20 2500 50
10 5000 100
Subcamada PMA
Esta sub-camada descreve as características do transceptor.
µC
Transceptor CAN
Controlador CAN
Tx Rx Vref
+5V
0V

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Figura 1. CAN 111898-2 – Camada Física
Subcamada MDI
Esta sub-camada especifica as características de conectores e cabos.
Camada de Enlace
Consiste de um sistema multi-mestre que utiliza controle de acesso do tipo
mestre-escravo que utiliza transmissão por difusao (broadcasting).
Utiliza um sistema de endereçamento orientado a conteúdo, ou seja, a
mensagem é difundida para os diversos nós da rede, cujo conteúdo é
identificado de forma unívoca no campo apropriado juntamente com o grau de
prioridade o qual interfere diretamente no esquema de competição pelo acesso
ao barramento.
Cada mensagem transmitida no protocolo CAN possui de 0 (zero) a 8 (oito)
bytes de informação. Mensagens maiores podem ser fragmentadas em mais de
um quadro de dados.
Se a CPU de uma estação deseja enviar uma mensagem a uma ou mais
estações ela passa o dado a ser transmitido juntamente com os seus
identificadores ao que se encarrega de construir a mensagem e transmiti-la. O
chip da estação transmissora recebe a liberação do barramento e as demais
tornam-se automaticamente receptoras desta mensagem, procedendo então a
um teste de relevancia desta e então é processado ou ignorado. Como o
protocolo não requer endereçamento de mensagem, as informações
necessárias a vários controladores distintos pode ser obtida por meio de um
único sensor.
Para que os dados sejam processados em tempo real os dados devem ser
transmitidos velozmente o que implica em elevadas taxas de transferência e de
alocação rápida do barramento entre as estações que desejam transmitir
mensagens.
A prioridade de cada mensagem, inserida no cabeçalho da mensagem, é
programada no momento do desenvolvimento do sistema de forma que
números menores equivalem a prioridades maiores. Os conflitos de acesso ao
barrramento são resolvidos por meio de um mecanismo descentralizado que
sobrescreve a informação recessiva com a dominante de forma que as
estações perdedoras se tornam automaticamente receptoras da mensagem de
mais alta prioridade e aguardam até que o barramento esteja novamente
disponível.
O processamento de erros de transmissão é obtido através de alguns testes:
Verificação de redundância cíclica – CRC (Cyclic Redundancy Check) - CRC
verifica se o quadro não foi corrompido durante a transmissão
Verificação de Quadro (Frame check) – verifica os tamanhos dos campos de bit
do quadro apontando para os erros de formato.

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Erros de reconhecimento (ACK errors) – Erro identificado quando da ausência
de resposta por parte dos receptores.
RS-232-C
O protocolo RS-232C, ou melhor, EIA RS-232C foi elaborado pela EIA
(Electronic Industries Association) [2], sendo largamente utilizada para efetuar
conexões seriais diretas entre dispositivos de aquisição de dados e sistemas
de computador, com ou sem o auxílio de modens. Adquiriu caráter de padrão
internacional através das recomendações do CCITT V.24 e V.28 que especifica
suas características funcionais e elétricas. Caracteriza-se como um protocolo
associado unicamente à camada física do modelo OSI.
Características Funcionais e Elétricas
• Taxa de Transmissão – funciona a uma taxa de transmissão de até 20
Kbps
• Distância – Permite ligações até distâncias de 15 metros sem
repetidores
• Formato dos dados – Os dados transmitidos via RS-232C utilizam uma
estrutura pré-definida formada por bits de dados e de paridade, bits de
partida e parada e bits de espera, conforme ilustrado na figura abaixo:
Figura 2. Formato de Dados - EIA RS-232C
• Níveis de sinais transmistidos: Bit 0 de +5 a +15 V e Bit 1 de –5 a –15 V
• Níveis de sinais recebidos: Bit 0 de +3 a +13 V e Bit 1 de –3 a –13 V
• Cabos e conectores : Utiliza-se de diferentes tipos de cabos e
conectores de 4, 9 ou 25 pinos, os quais suportam os principais sinais
da norma CCITT V.24 (54 sinais) e sendo os dois últimos os mais
utilizados. Os conectores utilizados nas transmissões RS-232C de 9 e
25 pinos são, respectivamente conhecidos como DB-9 e DB-25, estando
ilustrados na figura abaixo.
Figura 3. EIA RS-232C – Conectores DB-9 e DB-25

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RS-422
Assim como o RS-232, os protocolos RS-422 e RS-423 são protocolos de
camada física estabelecidos pela EIA com taxa de transmissão e limites de
distância superiores ao RS-232C.
Características Funcionais e Elétricas
• Transmissão assimétrica (RS-423) ou simétrica (RS-422A).
• Taxa de transferência de 2Mbps.
• Comprimento máximo de cabo de 60 metros.
RS-485
O protocolo RS-485 , também abrange apenas a camada física do modelo OSI,
e é muito utilizado no meio industrial por sua facilidade de manuseio e baixo
custo. Utiliza topologia em barramento que facilita o acréscimo ou remoção de
dispositivos sem que isto influencie nas demais estações.
A velocidade de transmissão situa-se ente 9.6 Kbps e 12 Mbps.
Na figura abaixo, encontram-se alguns diferentes tipos de conectores para RS-
485.
(a) (b) (c)
Figura 4. RS-485 – Conectores (a) M12 (b) Han-Brid (c) Híbrido
Características Funcionais e Elétricas
Meio físico: tipo par trançado blindado
Número máximo de dispositivos: 32 por segmento ou 126 com repetidor
Topologia: Barramento
Taxa de transmissão (Kbps):
Taxa (Kbps) Distância
máxima
9. 6, 19.2 ou
93.75
1200 m
187.5 1000 m
500 400 m
1500 200 m
12000 100 m
Tabela 03 – Kbps X distância - RS-485

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IEC-1158-2
O protocolo IEC 1158-2 também se refere exclusivamente à camada 1 do
modelo OSI. É um protocolo especialmente recomendado para ambientes
industriais potencialmente explosivos, por suas características de segurança
intrínseca que se baseia nos seguintes princípios:
Cada segmento possui apenas uma fonte de suprimento de energia;
Nenhuma alimentação é enviada à estação transmissora;
Todos os dispositivos consomem uma corrente constante de 10 mA em regime.
Os sinais são gerados pelo dispositivo transmissor através de modulação de
+/- 9 mA em torno da corrente básica;
Os dispositivos de campo funcionam como elementos consumidores passivos;
Ambas as extremidades dos segmentos possuem terminações;
Possibilita o uso de topologias em barramento, árvore ou estrela.
Características Funcionais e Elétricas
Meio físico: tipo par trançado blindado.
Número máximo de dispositivos: 32 por segmento ou 126 com repetidor.
Topologia: Barramento, árvore ou estrela.
Taxa de transmissão: 31,25 Kbps.
Redes de Comunicação
Tipos de Redes
As redes de comunicação são tradicionalmente classificadas em:
• redes locais ou de pequena área(LAN);
• redes de área metropolitana (MAN);
• redes de grande área (WAN);
• Inter-Rede.
Redes Locais
As redes locais (LANs) são redes de pequena dimensão que interligam
computadores e dispositivos periféricos de um mesmo estabelecimento ou
campus.
A pequena extensão de uma LAN (geralmente inferior a 10 kilómetros) permite
que a informação que lá circula atinja velocidades de transmissão elevadas. As
redes locais encontram-se em escritórios, fábricas, universidades e em todas

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as organizações onde a comunicação entre diferentes departamentos e a
partilha de recursos constituem factores essenciais para o sucesso da
organização.
As redes locais são normalmente instaladas e mantidas pela própria
organização a que pertencem, pelo que são por vezes chamadas de redes de
comunicação privadas.
Redes Metropolitanas
As redes metropolitanas (MANs) são redes de dimensão média
(aproximadamente o espaço de uma cidade) constituídas por duas ou mais
redes de pequena área (LANs). A estrutura que interliga as LANs (backbone)
permite o escoamento de grandes quantidades de informação a uma
velocidade elevada.
A fibra óptica é um meio bastante utilizado nestas estruturas de interligação. As
redes metropolitanas são comuns em instituições como as universidades e os
hospitais e em organizações com várias delegações espalhadas ao longo de
um espaço metropolitano.
Redes de grande área (WAN)
As redes de grande área (WANs) são redes de grande dimensão com
cobertura a nível nacional ou mesmo internacional. Estas redes são
constituídas por pequenas outras redes e computadores isolados e são
normalmente interligadas por agentes de telecomunicações.
Estas redes são adequadas a instituições com delegações em diversos pontos
do país ou do mundo. Exemplos típicos destas instituições são os bancos, as
grandes empresas nacionais e multinacionais e as instituições de âmbito
científico.
Inter-Rede
Uma inter-rede resulta da interligação de duas ou mais redes, que podem ser
diferentes em termos de tamanho, velocidades de transmissão e tecnologia
subjacente.
A ligação destas redes é feita através de dispositivos de interligação, tais como
bridges e routers.
CLP
Histórico dos CLPs
Segundo a NEMA (National Eletrical Manufactures Association), o Controlador
Lógico programável (CLP) é definido como aparelho eletrônico digital que
utiliza uma memória programável para o armazenamento interno de instruções
específicas, tais como lógica, sequenciamento, temporização, contagem e
aritmética, para controlar, através de módulos de entradas e saídas, vários
tipos de máquinas e processos.

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O desenvolvimento dos CLPs começou em 1968 em resposta a uma requisição
da Divisão Hidramática da General Motors. Naquela época, a General Motors
passava dias ou semanas alterando sistemas de controles baseados em relés,
sempre que mudava um modelo de carro ou introduzia modificações em uma
linha de montagem. Para reduzir o alto custo de instalação decorrente destas
alterações, a especificação de controle da GM necessitava de um sistema de
estado sólido, com a flexibilidade de um computador, mais que pudesse ser
programado e mantido por engenheiros e técnicos na fábrica. Também era
preciso que suportasse o ar poluído, a vibração, o ruído elétrico e os extremos
de umidade e temperatura encontrados normalmente num ambiente industrial.
Abaixo alguns modelos de CLPs.
Os primeiros CLPs foram instalados em 1969, fazendo sucesso quase
imediato. Funcionando como substitutos de relés, até mesmo estes primeiros
CLPs eram mais confiáveis do que os sistemas baseados em relés,
principalmente devido à robustez de seus componentes de estado sólido
quando comparados às peças móveis dos relés eletromecânicos. Os CLPs
permitiram reduzir os custos de materiais, mão-de-obra, instalação e
localização de falhas ao reduzir a necessidade de fiação e os erros associados.
Os CLPs ocupavam menos espaço do que os contadores, temporizadores e
outros componentes de controle anteriormente utilizados.

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E a possibilidade de serem reprogramados permitiu uma maior flexibilidade
para trocar os esquemas de controle.
Talvez a razão principal da aceitação dos CLPs pela industria foi que a
linguagem inicial de programação era baseada nos diagramas de contato
(ladder) e símbolos elétricos usados normalmente pelos eletricistas. A maior
parte do pessoal de fábrica já estava treinada em lógica ladder, adaptando-a
rapidamente nos CLPs.
Por que usar um CLP?
“Deveríamos estar usando um controlador lógico programável?” Nos anos 70 e
inicio dos 80, muitos engenheiros, gerentes de fábrica e projetistas de sistema
de controle dedicaram grande parte de seu tempo a debater esta questão,
tentando avaliar a relação custo-beneficio.
Atualmente, aceita-se como regra geral que os CLPs se tornaram
economicamente viáveis nos sistemas de controle que exigem mais de três
relés. Considerando-se o baixo custo dos micro-CLPs e o fato dos fabricantes
colocarem grande ênfase na qualidade e produtividade, a questão do custo
deixa praticamente de existir. Além das reduções nos custos, os CLPs
oferecem outros benefícios de valor agregado:
• Confiabilidade. Depois de escrito e depurado, um programa pode ser
transferido e armazenado facilmente em outros CLPs. Isto reduz o
tempo de programação, minimiza a depuração e aumenta a
confiabilidade. Como toda a lógica existe na memória do CLP, não
existe qualquer possibilidade de cometer um erro lógico por conta de um
erro de fiação. A única fiação necessária é para o fornecimento de
energia para as entradas e saídas.
• Flexibilidade. As modificações no programa podem ser feitas com pouca
digitação. Os OEMs (fabricantes do equipamento original) podem
realizar facilmente as atualizações no sistema, bastando enviar um novo
programa em vez de um técnico. Os usuários finais podem modificar o
programa em campo ou, por outro lado, os OEMs podem evitar que os
usuários finais alterem o programa (o que é uma importante
característica de segurança.
• Funções Avançadas. Os CLPs podem realizar uma grande variedade de
tarefas de controle, desde ações simples e repetitivas até a manipulação
de dados complexos. Com a adoção dos CLPs, abrem-se muitas
alternativas para os projetistas e simplifica-se o trabalho do pessoal de
manutenção.
• Comunicações. A comunicação com interfaces de operação, outros
CLPs ou computadores facilita a coleta de dados e o intercâmbio de
informações.

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• Velocidade. Como certas máquinas automatizadas processam milhares
de itens por minuto e como os objetos são expostos aos sensores
durante apenas uma fração de segundo, muitas aplicações de
automação necessitam da capacidade de resposta rápida dos CLPs.
• Diagnóstico. A capacidade de localização de falhas dos dispositivos de
programação e o recurso de diagnóstico incorporado no CLP permite
que os usuários localizem e corrijam rapidamente os problemas de
software e hardware.
Outras Características
• Hardware e/ou dispositivo de controle de fácil e rápida programação ou
reprogramação, com a mínima interrupção na produção.
• Capacidade de operação em ambiente industrial sem o apoio de
equipamentos ou hardware específicos.
• Sinalizadores de estado e módulos tipo plug-in de fácil manutenção e
substituição.
• Hardware ocupando espaço reduzido e apresentando baixo consumo de
energia.
• Possibilidade de monitoração do estado e operação do processo ou
sistema, através da comunicação com computadores.
• Compatibilidade com diferentes tipos de sinais de entrada e saída.
• Capacidade de alimentar, de forma contínua ou chaveada, cargas que
consomem correntes de até 2 A.
• Hardware de controle que permite a expansão dos diversos tipos de
módulos, de acordo com a necessidade.
• Custo de compra e instalação competitivo em relação aos sistemas de
controle convencionais.
• Possibilidade de expansão da capacidade de memória.
• Conexão com outros CLPs através de redes de comunicação
Aplicações Tradicionais
Seja qual for a aplicação, o uso do CLP permite aumentar a competitividade.
Os processos que usam CLPs incluem: empacotamento, engarrafamento e
enlatamento, transporte e manuseio de materiais, usinagem, geração de
energia, sistemas de controle predial e de ar condicionado, sistemas de
segurança, montagem automatizada, linha de pintura e tratamento de água. Os
CLPs são utilizados nas mais diversas industrias, incluindo alimentos e bebida,
automotiva, química, plásticos, papel e celulose, farmacêutica e
siderurgia/metalurgia. Basicamente qualquer aplicação que exija um controle
elétrico pode usar um CLP.

13. 13
Estrutura Básica de um CLP
A Estrutura básica de um controlador programável adveio do hardware básico
de um computador. Podemos afirmar que um CLP é um computador para
aplicações específicas.
Para entender como funciona um CLP, é necessário uma análise rápida de
seus componentes. Todos os CLPs, dos micro aos grandes CLPs, usam os
mesmos componentes básicos e estão estruturados de forma similar, como
mostrado na figura abaixo. Os sistema s CLP consistem de :
• Entradas
• Saídas
• Unidade Central de Processamento (Central Processing Unit – CPU)
• Memória para o programa e armazenamento de dados
• Fornecimento de alimentação e Chassis
• Interface de programação (externa ao CLP)
Entradas
Os terminais de entrada conectados no CLP formam a interface pela qual os
dispositivos de campo são conectados ao CLP.
Os sinais recebidos por um módulo de entrada podem vir de dois tipos de
sensores:
Discretos:
Chave limite; botoeira; chave de digitadora (thumbwheel); chave de pressão;
fotocélula; contato de relé; chave seletora; teclado.

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Analógicos:
Transdutor de pressão; transdutor de temperatura; célula de carga (strain
gage); sensores de vazão; transdutores de vibração; transdutores de corrente;
transdutores de vácuo; transdutores de força.
Os sinais elétricos enviados pelos dispositivos de campo são “condicionados”
de forma a que possam ser medidos pelo CLP. Para que os componentes
internos fiquem eletricamente isolados dos terminais de entrada, os CLPs
empregam isoladores no acoplamento dos sinais de um dispositivo elétrico a
outro.
A estrutura interna de um módulo de entrada pode ser subdividida em seis
blocos principais, como mostrado na figura abaixo:
Sistemas Supervisórios
Os sistemas supervisórios tem sido utilizados freqüentemente em processos
industriais para executar funções ligadas a controle,proporcionando interface
com operadores e aquisição de dados para relatórios e análises.
Através dele é possível parametrizar as funções do controlador e
monitorar,gravar e imprimir os eventos e variáveis do processo
Telas de sinótipo

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São telas que permitem a visualização facilitada das variáveis do processo
Telas de edição e receita
Permitem ao usuário programar e gravar as ações do processo
Telas de sintonia do controle
Através de uma senha somente pessoas habilitadas podem ajustar o processo
Telas de alarme
Mostram todos os alarmes ocorridos em um determinado período,constando do
instante da ocorrência,reconhecimento e normalização.
Botoeiras
São chaves elétricas acionadas manualmente que
apresentam,geralmente,um contato aberto e outro
fechado.São classificadas a depender do tipo de sinal a ser
enviado ao comando elétrico,como pulsadoras ou com
trava.As pulsadoras invertem seus contatos mediantes o
acionamento de um botão e, devido à ação de uma
mola,retornam a posição inicial quando cessa o
acionamento.
As botoeiras com trava também invertem seus
contatos mediante o acionamento de um botão,
entretanto,ao contrário dos pulsadores,permanecem
acionadas e travadas mesmo depois de cessado o
acionamento.
Chaves fim de curso
São, assim como as botoeiras,comutadores elétricos de entrada de sinais,só
que acionadas mecanicamente.geralmente são posicionadas no decorrer do
percurso de cabeçotes móveis de máquinas e equipamentos industrias, assim
como das hastes de cilindros hidráulicos e/ou pneumáticos.
A Chave fim de curso acionada por um rolete mecânico possui um contato
comutador formado por um contato fechado e outro aberto.Enquanto o rolete
não for acionado,a corrente elétrica pode passar por um dos contatos o
normalmente fechado e no momento que a chave for acionada haverá uma

16. 16
comutação, fazendo com que o contato fechado assuma a condição inversa e
vice-versa.
Pressostato
Vamos iniciar o nosso conhecimento sobre pressostatos entendendo primeiro o
que é um pressostato e quais as suas principais funções.
O pressostato é um dispositivo eletromecânico que recebe um sinal de pressão
e o compara com sua escala interna. Após esta comparação, efetua a ação de
ligar ou desligar o seu relê interno. Podem ser divididos em duas categorias em
função de sua aplicação: controle ou proteção.
Controle
Como controle por exemplo, podem ser utilizados para efetuar o liga e desliga
do compressor, em função de uma pressão recebida pelo lado de baixa do
sistema de refrigeração. Podem ser aplicados para sistemas com um único
compressor e único evaporador como também para sistemas paralelos que
alimentam vários evaporadores. Cada evaporador tem o seu próprio controle
de temperatura responsável por ligar/desligar a válvula solenóide enquanto que
o pressostato fica com a responsabilidade de parar o compressor.
Podem ainda ser utilizados como atuadores do controle de capacidade em
compressores efetuando a parada do próprio compressor ou de estágios de
capacidade deste equipamento.
Como controle, também temos o pressostato no lado de alta pressão sendo
utilizado para controlar a operação do ventilador do condensador. Se existirem
vários ventiladores, o correto é utilizar vários pressostatos com regulagens
diferenciadas das pressões de liga/desliga, para operar com estágios

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diferenciados também e ocasionar um funcionamento mais harmônico e
econômico da instalação de refrigeração.
Proteção
Como proteção, os pressostatos desempenham uma função importante no
sistema de refrigeração, pois são responsáveis por efetuar a parada do sistema
caso ocorra alguma irregularidade.
Estas irregularidades podem ocorrer devido a alta ou baixa pressão. Isto
depende do tipo de problema que o sistema está apresentando no momento.
Atuadores Elétricos de Alta Velocidade – Sistemas de Partida
PARTIDAS DE MOTORES
Partida Direta
Na maioria das instalações elétricas, residenciais, comerciais ou industriais,
pequenos motores de indução do tipo gaiola, de pequena potencia, podem
arrancar (iniciar funcionamento) por ligação direta a linha (rede) sem que se
verifique quedas de suprimento de tensão e um grande aumento do período de
aceleração ate a velocidade nominal. Semelhantemente grandes motores de
indução podem partir por ligação direta a linha sem quaisquer danos ou
mudança objetável de características da mesma, desde que esta tenha
capacidade suficiente para suportar grandes picos de corrente.
Conseqüentemente a partida direta a linha não precisa ser necessariamente
evitada, se a linha for de capacidade suficiente para prover a tensão nominal e
a corrente requerida pela partida do motor de indução e desde que tal partida
não cause danos ao próprio motor e ao sistema.

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Partida sob Tensão Reduzida ou Corrente Reduzida
• Partida Estrela-Triângulo
A maioria dos motores polifasicos de indução tipo gaiola e bobinado com seus
enrolamentos no estator em delta. Alguns fabricantes fornecem motores de
indução com inicio e fim de cada enrolamento de fase, marcados, afim de que
seja feita a ligação externa.
No caso dos motores de indução trifásicos, estes podem ser ligados a linha
quer delta, quer em estrela. Quando ligados em estrela, a tensão de fase
impressa no enrolamento e VL/ 3 ou 57,8% da tensão de linha. Assim por
meio de chaves e possível fazer partir um motor de indução em estrela com
mais da metade da sua tensão nominal aplicada a cada bobina e fazê-lo
funcionar em delta com toda tensão da linha aplicada pôr bobina. Como o
torque varia com o quadrado da tensão aplicada pôr fase, a redução da tensão
quando da ligação estrela produzira aproximadamente um terço do torque
normal de partida a plena tensão.
Quando este torque de partida for possível, com uma corrente de partida de
aproximadamente 58% da corrente nominal de partida este método que e
razoavelmente barato, e freqüentemente empregado. Deve-se dizer que tal
sistema e um tanto mais caro que o convencional, mas seu custo e menor do
que um auto-transformador, impendâncias primarias associadas ao dispositivo
de partida.
• Partida com Auto-Transformador (Chave Compensadora)
Motores de indução podem com tensão reduzida usando um único auto-
transformador trifásico ou três transformadores monofásicos. Os tap´s no auto-
transformador de 50 a 80% da tensão nominal. Se o motor não consegue
acelerar a carga na mais baixa tensão, os taps de tensão mais alta devem ser
atentados ate que se obtenha o torque de partida próprio e desejado.
O transformador e usado apenas durante o período de partida e sua
correspondente corrente nominal, baseada em que e um dispositivo de
funcionamento intermitente. O auto-transformador age de duas maneiras para
reduzir a corrente solicitada a linha : (1) Reduz a corrente de partida do motor
pela redução da tensão e (2) pela relação de espiras do transformador, na qual
a corrente de linha primaria e menor que a corrente secundaria do motor. Uma
vez que a relação de espiras também representa as relações de tensões, a
corrente de linha de partida e reduzida, portanto, pelo quadrado da relação de
espiras. A figura abaixo mostra esquema elétrico de uma partida com auto-
transformador.
Uma outra forma de partida muito utilizada objetivando a redução da corrente
de partida, é o sistema inteligente com a aplicação da chave Soft –
Starter(partida suave) que descreveremos a seguir:
• SOFT-STARTER

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Com a crescente necessidade na otimização de sistemas e processos
industriais, algumas técnicas foram desenvolvidas, principalmente levando em
consideração conceitos e tendências voltados a automação industrial. Olhando
para o passado podemos claramente perceber o quanto estas técnicas tem
contribuído para este fim.
Um dos mais claros exemplos são os sistemas de acionamento para motores
de indução, largamente utilizado em quase todos os segmentos, seja ele
residencial ou industrial.
Em particular neste capítulo nós iremos analisar e avaliar, uma técnica que
tornou-se muito utilizada na atualidade, as chaves de partida suave (soft-
starters).
Estes equipamentos eletrônicos vem assumindo significativamente o lugar de
sistemas previamente desenvolvidos, em grande parte representados por
sistemas eletromecânicos.
FUNCIONAMENTO
A chave de partida a estado sólido consiste de um conjunto de pares de
tiristores (SCR’s) na configuração anti-paralela ou combinações de
tiristores/diodos para cada fase do motor.
O ângulo de disparos de cada par de tiristores é controlado eletronicamente
para aplicar uma tensão variável no motor durante a aceleração. Este
comportamento é, muitas vezes, chamado de partida suave (soft-starter). No
final do período de partida, ajustável conforme a aplicação, a tensão atinge um
valor pleno após uma aceleração suave ou uma rampa ascendente, ao invés
de ser submetido a transição brusca, como ocorre com o método de partida por
ligação estrela triângulo. Com isso, consegue-se manter a corrente de partida
próxima da nominal e com suave aceleração, como desejado.
Citaremos algumas vantagens da partida por soft-starter:
• Corrente de partida próxima a corrente nominal
• Não existe limitação no número de manobras/hora
• Torque de partida próximo do torque nominal
• Longa vida útil pois não possui partes eletromecânicas móveis
• Pode ser empregada também para desacelerar o motor
Desvantagens
• Maior custo na medida em que a potência é reduzida.

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Dos diversos sistemas de partida, um dos mais “inteligentes” se assim
podemos dizer, é a partida comandada por inversores de freqüência, conforme
citaremos a seguir:
• Inversor de Frequência
Nos textos anteriores vimos diferentes alternativas de comandar um motor de
indução a partir da rede de alimentação. Em todos os casos a freqüência de
alimentação foi a da rede, isto é, permaneceu constante, 60Hz.
Apartir da simples observação da equação (velocidade) anterior podemos
deduzir que se pudéssemos dispor de um dispositivo que permita variar a
frequência da tensão de alimentação poderíamos variar diretamente no motor a
sua velocidade de rotação.
Vamos ver agora como podemos obter através de um dispositivo eletrônico e a
partir da tensão e frequência constante da rede, obter um sistema com
freqüência variável. O diagrama de blocos da figura abaixo mostra as partes
componentes deste dispositivo.
O retificador gera uma tensão contínua que é posteriormente filtrada e
introduzida no bloco seguinte, chamado inversor.
O inversor é composto de seis chaves implementadas numa configuração,
como mostra a figura abaixo.

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Transmissores
Transmissor de Pressão para Uso Geral
Este instrumento é utilizado no monitoramento contínuo da pressão em
processos envolvendo líquidos ou gases tanques ou reservatórios, tubulações,
máquinas, entre outros.
A pressão é medida por meio de um transdutor piezoresistivo, que converte a
força exercida pelo fluído sobre o diafragma em um sinal diretamente
proporcional à sua intensidade e que é então enviado a um circuito eletrônico.
Um sinal analógico de 4-20 mA (a 2 fios) é gerado pelo circuito, sendo
proporcional ao valor da pressão.
Apresenta invólucro e diafragma em Aço Inox, garantindo sua aplicação com os
mais diversos tipos de fluídos. Todos os transmissores saem de fábrica com a
saída de 4-20 mA calibrada e não necessitam de qualquer ajuste em campo,
bastando ao usuário efetuar sua instalação no processo que será monitorado.
Diversas faixas de medição encontram-se disponíveis, com a possibilidade de
customização.
Caractertísticas :
- Diversas faixas de medição
- Partes molhadas em Aço Inox
- Invólucro compacto
- Saída 4-20 mA a 2 fios
- Proteção contra inversão de polaridade
- Sem necessidade de ajustes
Transmissor de Nível Bóia Magnética
É um instrumento destinado à medição contínua de nível de produtos líquidos
como água, produtos químicos (agressivos ou não), óleos, entre outros e que
são armazenados em tanques ou reservatórios.
Seu princípio de funcionamento é extremamente simples, baseado no
movimento de uma bóia em torno de uma haste. Um circuito eletrônico
converte a posição desta bóia em relação à altura do tanque em um sinal de
corrente 4-20 mA (a dois fios).
As partes molhadas (em contato direto com o processo) podem ser fabricadas
em diferentes materiais como Aço Inox ou PP. Diversas opções de conexões
ao processo como rosca, flange ou sanitário encontram-se disponíveis.
Possui fácil instalação e manuseio além de não ser afetado por determinadas
características do processo como presença de espuma, gases/vapores, mistura
de líquidos ou variações de constante dielétrica ou condutividade.
Características :
- Fácil instalação

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- Não é afetado pela presença de espuma ou gases/vapores sobre o líquido
- Saída 4-20 mA
- Diversas opções de conexões ao processo
- Partes molhadas em Aço Inox ou PP
Aplicações :
- Monitoramento contínuo do nível de tanques ou reservatórios
- Líquidos com espuma
- Líquidos com uma densa camada de gás ou vapor sobre o líquido
- Pode ser usado em água.
Transmissor de Nível Hidrostático
Este instrumento foi desenvolvido para medir continuamente e com grande
precisão o nível em tanques ou reservatórios contendo produtos líquidos.
Não apresenta qualquer parte móvel uma vez que seu princípio de operação é
totalmente baseado na medição da pressão exercida pela coluna de líquido
que fica acima do sensor. Um circuito eletrônico converte o sinal que vem do
sensor de pressão em corrente 4-20 mA. Por isto, pode ser utilizado em
tanques com presença de espuma, turbulência ou gases/vapores além de não
ser afetado por características do fluído que possam sofrer mudanças como
viscosidade ou constante dielétrica.
Duas versões encontram-se disponíveis : pendular e lateral.
A versão lateral é instalada pelo lado externo do tanque, sendo que a única
parte em contato com o meio é um diafragma. De fácil montagem, apresenta
diversas faixas de operação além de, opcionalmente, poder contar com
indicação local e conexão sanitária. Possui várias aplicações envolvendo água,
produtos químicos, alimentícios, farmacêuticos, entre outros.
A versão pendular é composta somente por um sensor preso a um cabo, sendo
submerso até o fundo do tanque. Sua principal aplicação é a medição de água,
tanto em tanques ou reservatórios como em poços profundos, uma vez que
devido ao seu tamanho reduzido, permite ser introduzido através de bocais de
pequeno diâmetro.
Características :
- Sem partes móveis
- Partes molhadas em Aço Inox e PP (versão pendular) e Aço Inox e cerâmica
(versão lateral)
- Saída 4-20 mA a 2 fios
- Não é afetado pela presença de espuma, turbulência ou gases/vapores
- Excelente precisão
- Fácil instalação
Aplicações :
- Monitoramento contínuo do nível de tanques ou reservatórios
- Líquidos como água, produtos químicos, entre outros
- Medição do nível de poços profundos (versão pendular).

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Transmissor de Nível Ultra-sônico
Este instrumento é utilizado na medição contínua e precisa do nível de
produtos líquidos ou sólidos armazenados em tanques, reservatórios ou silos.
Não possui qualquer parte mecânica em contato com o processo uma vez que
seu funcionamento é totalmente baseado na emissão de pulsos de ultra-som
por um sensor instalado no tanque/silo que são refletidos pelo material que
está sendo monitorando.
Apresenta diferentes opções de materiais para o transdutor (para
compatibilidade química), saídas (relês, 4-20 mA a 2 ou 4 fios, RS485 ou Hart),
versões para áreas classificadas, versões para montagem remota ou integral
além de poderem efetuar a indicação de volume e funções de controle ou
alarme de nível.
A grande quantidade de opções permite que este medidor seja utilizado nas
mais variadas aplicações que necessitam da medição de nível sem que ocorra
qualquer tipo de contato físico do instrumento com o meio devido a
agressividade (produtos químicos como ácidos), pureza (água ultrapura) ou
característica intrínseca (como produtos altamente viscosos).
Devido à sua grande versatilidade, este medidor pode ainda ser utilizado na
medição de vazão em canal aberto. A única alteração necessária para a
mudança de aplicação é a alteração de sua programação.
Características :
- Sem partes móveis
- Diversas opções de faixas de medição : até 25 m para líquidos e 70 m para
sólidos
- Transdutores disponíveis em diferentes materiais : PP, PVDF, PTFE e Aço
Inox
- Montagem integral ou remota (que pode ser em parede ou painel)
- Ângulo de abertura reduzido: entre 5 e 7º
- Compensação de temperatura incorporada e automática
- Opção de saídas 4-20 mA, relês, Hart ou RS485
- Medidor versátil : medição de produtos líquidos ou sólidos
- Medição de volume ou vazão em canal aberto
- Linearização de 32 pontos
- Distância entre sensor e unidade eletrônica : até 300 m (versões remotas)
Aplicações :
- Monitoramento contínuo do nível de tanques ou reservatórios
- Controle de nível (bombas, válvulas ou outro dispositivo)
- Monitoramento do nível de rios, lagos e barragens ou outros locais abertos
- Líquidos como água, produtos químicos, óleos, efluentes, esgotos, polpas,
entre outros
- Sólidos como areia, grãos, pós, areia, farinha, chips de plástico, entre outros
- Medição de vazão em canal aberto (calhas Parshall ou vertedouros).

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REFERÊNCIAS
Automação e controle, comando e proteção do Sistema de Iluminação de
Emergência.