Índice

1. Automação Industrial — níveis (campo, controlo, supervisão, ERP), pirâmide de automação, Industry 4.0
2. Programação PLC Avançada — IEC 61131-3 completo (LD, FBD, ST, IL, SFC), blocos de função, estruturas de dados
3. HMI — design de ecrãs, alarmes, tendências, comunicação PLC-HMI (Siemens, Schneider)
4. SCADA — arquitectura, OPC UA, tags, historiador, relatórios (Ignition, WinCC)
5. Comunicação Industrial — PROFIBUS, PROFINET, Modbus TCP/RTU, EtherNet/IP, OPC DA/UA
6. Comissionamento e Diagnóstico — download de programa, forçar I/O, diagnóstico de rede, cibersegurança IEC 62443

Níveis da Automação Industrial

NÍVEL 4: ERP (SAP, Oracle)
  ├─ Planeamento, finanças, RH
  │  (comunicação: APIs, OPC UA)
NÍVEL 3: MES / SCADA
  ├─ Execução da produção, historiadores, relatórios
  │  (comunicação: OPC DA/UA, SQL, REST)
NÍVEL 2: Supervisão
  ├─ HMI, SCADA de processo, displays
  │  (comunicação: OPC DA, Modbus TCP)
NÍVEL 1: Controlo
  ├─ PLC, DCS, PAC
  │  (comunicação: PROFIBUS, PROFINET, DeviceNet)
NÍVEL 0: Campo
  └─ Sensores, actuadores, drives
     (comunicação: 4-20mA, HART, IO-Link)

Industry 4.0 e IoT Industrial

Pilares do Industry 4.0:

• Cyber-Physical Systems (CPS): integração de sistemas físicos com computação
• Industrial IoT (IIoT): sensores conectados, dados em tempo real
• Big Data e Analytics: análise de dados de produção para optimização
• Digital Twin: modelo digital do equipamento real para simulação e previsão
• Cloud Computing: processamento e armazenamento de dados na nuvem
• Edge Computing: processamento local dos dados antes de enviar para a nuvem
• Cibersegurança: protecção de sistemas industriais (IEC 62443, NIST CSF)

5 Linguagens IEC 61131-3

LD (Ladder Diagram): representação visual de circuitos de relés — mais intuitiva para electricistas

FBD (Function Block Diagram): blocos funcionais ligados por linhas — ideal para controlo de processos

ST (Structured Text): linguagem de alto nível semelhante a Pascal — loops, condicionais, funções matemáticas

IL (Instruction List): linguagem de baixo nível semelhante a assembler — obsoleta mas ainda em uso

SFC (Sequential Function Chart): controlo sequencial de estados — ideal para sequências de automação complexas

Exemplo ST — Controlo de Temperatura com PID

(* Controlo de Temperatura por PID *)
VAR
  error, integral, derivative: REAL;
  last_error: REAL := 0.0;
  setpoint: REAL := 80.0; (* graus C *)
  Kp: REAL := 2.0;
  Ti: REAL := 10.0; (* s *)
  Td: REAL := 0.5; (* s *)
  dt: REAL := 0.1; (* s ciclo *)
  output: REAL;
END_VAR

error := setpoint - temp_actual;
integral := integral + error * dt;
derivative := (error - last_error) / dt;
output := Kp * (error + (1/Ti)*integral + Td*derivative);
output := MIN(100.0, MAX(0.0, output));
heating_output := output;
last_error := error;

Blocos de Função Standard (IEC 61131-3)

Diagrama SFC — Exemplo

┌──────────────────┐
│   S0: INACTIVO   │ ← Estado inicial
└────────┬─────────┘
         │ T0: START_BUTTON
┌────────┴─────────┐
│   S1: AQUECER    │ ← Activar aquecedor
└────────┬─────────┘
         │ T1: TEMP >= SETPOINT
┌────────┴─────────┐
│   S2: MANTER     │ ← Manter temperatura
└────────┬─────────┘
         │ T2: STOP_BUTTON
┌────────┴─────────┐
│   S3: ARREFECER  │
└────────┬─────────┘
         │ T3: TEMP < 40°C
         └──────────────────────── volta a S0

Design de HMI — Boas Práticas

Princípios de design de ecrãs HMI:

1. Hierarquia: ecrã de overview global → ecrãs de processo específico → detalhe de equipamento
2. Cores normalizadas: verde = ok/em marcha; amarelo = aviso; vermelho = avaria/emergência; cinzento = inactivo
3. Alarmes: classificar por severidade (Critical, Warning, Info); área de alarmes sempre visível
4. Tendências: histórico de variáveis analógicas com zoom temporal
5. Informação mínima por ecrã: evitar sobrecarga de informação

Arquitectura de comunicação PLC–HMI:

• Siemens: S7 Communication Protocol (TSAP); S7-1200/1500 com PROFINET
• Schneider: Modbus TCP (integração directa); Unity (protocolo proprietário)
• OPC UA: standard aberto para comunicação multi-fabricante

SCADA — Arquitectura

NÍVEL DE CAMPO:
  Sensores → PLC → RTU

NÍVEL SCADA:
  ┌───────────────────────────────────────────────────────┐
  │  SCADA SERVER                                         │
  │  ┌──────────┐  ┌──────────┐  ┌───────────────────┐   │
  │  │Tag Server│  │Historian │  │Alarm Server       │   │
  │  │(OPC UA)  │  │(SQL DB)  │  │(Evento + Estado)  │   │
  │  └──────────┘  └──────────┘  └───────────────────┘   │
  └───────────────────────────────────────────────────────┘
           │                │
  ┌────────┴──┐    ┌────────┴──────┐
  │ HMI Thin  │    │ Web Browser   │
  │ Clients   │    │ Reports       │
  └───────────┘    └───────────────┘

Protocolos de Comunicação Industrial

Diagnóstico e Cibersegurança IEC 62443

Diagnóstico de rede industrial:

• Verificar LEDs de estado nos módulos I/O
• Ferramentas de diagnóstico no TIA Portal (Siemens): Device view, Network view
• Ping entre controlador e dispositivos de campo
• Análise de tráfego com Wireshark (captura de pacotes Ethernet)

Cibersegurança Industrial (IEC 62443):

Princípios de defesa em profundidade:

1. Separação de redes OT e IT (air gap ou DMZ)
2. Gestão de patches e actualizações
3. Controlo de acesso (RBAC)
4. Monitorização de anomalias (IDS/IPS)