Instrumentação Industrial Dep. Eng. Electrotécnica Transmissão.

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1 Instrumentação Industrial Dep. Eng. Electrotécnica Transmissão

2 Instrumentação Industrial Dep. Eng. Electrotécnica

3 Instrumentação Industrial Dep. Eng. Electrotécnica S/H A ADC S/H A sensor ADC

4 Instrumentação Industrial Dep. Eng. Electrotécnica Eléctrico 0 – 10 V 4-20 mA Digital Pneumático (0,2 a1 bar) Standard Types of Electrical Signals 0 — 1000 millivolts (mV) 0 — 20 milliamps (mA) 4 — 20 milliamps (mA) 0 — 10 volts 2 — 10 volts -10 to +10 vollts

5 Instrumentação Industrial Dep. Eng. Electrotécnica Sinal Analógico Digital Transmissão Analógico Digital Analógico Digital Ex. Rádio Telefone Wireless/Modem Ethernet Amplitude (AM) Frequência (FM) Fase (PM) Distância Qualidade Versatilidade Digital ou (ainda...) Analógico ?

6 Instrumentação Industrial Dep. Eng. Electrotécnica Transmissão analógica

7 Instrumentação Industrial Dep. Eng. Electrotécnica 4-20 mA Analógico Princípio de funcionamento 1) Conversor ??  I 2) Conversor I  V 3) Alimentação V min  mínimo necessário para assegurar a transmissão dos 4-20 mA V max  máxima capacidade de dissipação

8 Instrumentação Industrial Dep. Eng. Electrotécnica sensor I / V V / I sensor V e =  (R x I) 8 V mínimo 50  250  VeVe 50  4-20 mA Analógico Dimensionamento da fonte de alimentação

9 Instrumentação Industrial Dep. Eng. Electrotécnica + - v in ZLZL i L = 4... 20 mA R → 1... 5 V V in = 5 V → V + = 5 V = V – 5 V 250  como I g  0  I  I Z V in = 1 V → I =1/250 = 4 mA Como V +  V –,é indiferente o valor de Z L Apenas é necessário que o AmpOp tenha potência suficiente para manter os 20 mA 250  Another name for this circuit is transconductance amplifier. In electronics, transconductance is the mathematical ratio of current change divided by voltage change (ΔI / Δ V), and it is measured in the unit of Siemens, the same unit used to express conductance (the mathematical reciprocal of resistance: current/voltage). In this circuit, the transconductance ratio is fixed by the value of the 250 Ω resistor, giving a linear current-out/voltage-in relationship. 4-20 mA Analógico Implementação com AmpOp

10 Instrumentação Industrial Dep. Eng. Electrotécnica Loop-Powered 4–20 mA Sensor Transmitter 4-20 mA Analógico Exemplo

11 Instrumentação Industrial Dep. Eng. Electrotécnica + - v in i L = 4... 20 mA R 250  R Linha 250  V / I I / V Alimentação (V) e sinal (I) podem utilizar os mesmos 2 fios Não necessária alimentação precisa e estável sinal de tensão (I sinal x R carga ) é independente das variações de tensão e da resistência da linha Insensibilidade às quedas de tensão (RxI)  grandes distâncias Imunidade ao ruído ( ) Potência (para o sinal) pode ser fornecida remotamente (localização da fonte de alimentação) Ligação possível de várias cargas em série 4-20 mA Analógico Vantagens

12 Instrumentação Industrial Dep. Eng. Electrotécnica Transmissão digital

13 Instrumentação Industrial Dep. Eng. Electrotécnica Digital “0”“0” “1”“1” digital analógico

14 Instrumentação Industrial Dep. Eng. Electrotécnica +0,5 mA -0,5 mA 0 1.200 Hz “1” 2.200 Hz “0”  Sinal analógico HART (Highway Addressable Remote Transducer) Sobreposição de comunicação digital na comunicação analógica 4-20mA FSK – Frequency Shift Keyed Valor médio = 0  não afecta o sinal analógico Velocidade de transmissão de 1200 Baud (*) “1” “0” “0” “1” “1” 20 mA 4 mA (*) number of distinct symbol changes (signalling events) made to the transmission medium per second. É diferente de bps (bits por segundo)

15 Instrumentação Industrial Dep. Eng. Electrotécnica O “escravo” só responde, quando interrogado pelo “mestre”

16 Instrumentação Industrial Dep. Eng. Electrotécnica (+ info): http://www.thehartbook.com/default.htm

17 Instrumentação Industrial Dep. Eng. Electrotécnica Transmissão de sinais por tensão Analógico Digital

18 Instrumentação Industrial Dep. Eng. Electrotécnica RS-232 – sinais são referidos a uma terra Ligação ponto-a-ponto (DTE/DCE) Ruído !Ruído RS-422 – sinais são diferenciais (2 linhas p/ transmissão + 2 p/ recepção) Ligação ponto-a-ponto RS-485 – melhoramento do RS-422 Ligação multiponto Interfaces - Série:

19 Instrumentação Industrial Dep. Eng. Electrotécnica RS-232 Single-ended [ terra (referência) comum] Representação da informação por tensão “0” → +3 a +12 V “1” → - 3 a - 12 V 235235 (hoje: EIA232F)

20 Instrumentação Industrial Dep. Eng. Electrotécnica RS-422/485 TransmissorReceptor TransmissorReceptor A B A B 422 485

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22 Instrumentação Industrial Dep. Eng. Electrotécnica USB (Universal Serial Bus) maior velocidade de transmissão (1) facilidade de instalação (“plug&play”) possibilidade de mútiplos dispositivos em cada porto capacidade de fornecer potência para alimentação de dispositivos Dispositivo USB Porto USB 5 m (máx) (1) USB 1- 1,5 / 12 Mbits/s USB 2- 1,5 / 12 / 480 Mbits/s USB 3- 10 x mais rápida

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24 Instrumentação Industrial Dep. Eng. Electrotécnica 1 General Purpose Intrumentation Bus Interfaces - Paralelo: IEEE-488 – (GPIB 1 ) (  porta paralelo/impressora) Simplifica a ligação de instrumentos programáveis Permite ligar instrumentos de fabricantes diferentes a um cabo standard

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26 Instrumentação Industrial Dep. Eng. Electrotécnica Controle, Fala, Escuta Controlador...... Dispositivo 1 Dispositivo 2 Dispositivo n (  15) < 2 m < 20 m IEEE 488 Bus concept 8 data lines 5 interface management lines 3 handshaking lines Signal

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28 Instrumentação Industrial Dep. Eng. Electrotécnica PWM (Pulse Width Modulation) Se > “1” (senão “0”)

29 Instrumentação Industrial Dep. Eng. Electrotécnica Valor médio

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31 Instrumentação Industrial Dep. Eng. Electrotécnica SPAN OFFSET 10% 80% A B C T

32 Instrumentação Industrial Dep. Eng. Electrotécnica Detecção V L → V H { Inicia timer t; } Detecção V H → V L { Pára timer t; } V IN = f = 20 kHz 50  s 50  s  V máx t V IN “Reconstrucção” do sinal

33 Instrumentação Industrial Dep. Eng. Electrotécnica Simplex –Um único sentido Half duplex –Dois sentidos, mas apenas um de cada vez Full duplex –Dois sentidos simultâneamente

34 Instrumentação Industrial Dep. Eng. Electrotécnica Comprimento da ligação Amplitude do sinal (V) f  (d  )

35 Instrumentação Industrial Dep. Eng. Electrotécnica Linhas de transmissão G – representa as perdas capacitivas [.../m] (dependente de f )

36 Instrumentação Industrial Dep. Eng. Electrotécnica “Jitter” At the Digital Out of a $100 CD-player we have the same 1's and 0's as we do in the $30,000 player. The only difference is in the Jitter content. The presence of Jitter means that the data (the 1's and the 0's) is not perfectly time-aligned, but is transmitted either slightly earlier or later than it should be in the ideal case

37 Instrumentação Industrial Dep. Eng. Electrotécnica 1 Mbps – sinal problemático 3,4 Mbps – sinal irrecuperável

38 Instrumentação Industrial Dep. Eng. Electrotécnica TipoVelocidadeDistância RS-232< 20 kbps< 15 m RS-485< 10 Mbps< 600 m IEEE-488< 1Mbps< 4 m 4-20 mA< 19,2 kbps< 610 m Regra heurística: Data rate [bits/s] x Comprimento [m ]  10 8 50 m  f  20 MHz (c/ par trançado de qualidade standard)

39 Instrumentação Industrial Dep. Eng. Electrotécnica Outras formas de comunicação de dados: “Redes Industriais” (3ºA/2ºS) RS-232 RS-485 Current Loop RS-485 Fiber Optics Modbus Data Highway + /DH485 HART ASI Bus DeviceNet Profibus PA/DP/FMS Foundation Fieldbus Industrial Ethernet TCP/IP Radio and Wireless Seven Layer OSI Network Model

40 Instrumentação Industrial Dep. Eng. Electrotécnica Single ended – Diferential ended

41 Instrumentação Industrial Dep. Eng. Electrotécnica PXI (PCI eXtensions for Instrumentation) designed for measurement and automation applications that require high-performance and a rugged industrial form-factor PXI combines PCI electrical-bus features with the rugged, modular, Eurocard packaging of CompactPCI, and then adds specialized synchronization buses and key software features

42 Instrumentação Industrial Dep. Eng. Electrotécnica PXI systems are comprised of three basic components – chassis, system controller, and peripheral modules