MEEA, Pedro Adão e Tiago Santos (Novembro 2001)

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1 MEEA, Pedro Adão e Tiago Santos (Novembro 2001)
Aquisição de dados Necessidade de tratar informação proveniente de medições de forma automática rápida grandes quantidades de medições armazenamento processamento   (pôr títulos nassetas: medição, transferência/condicionamento/conversão) Sensor Tratamento Grandeza As necessidades indicadas no acetato, aliadas ao surgimento da tecnologia apropriada levaram ao aparecimento da aquisiçãode dados “colectar dados e dar-lhes uma forma que permita a sua utilização em computação” (The New Penguin English Dictionary) MEEA, Pedro Adão e Tiago Santos (Novembro 2001)

2 Aquisição para PC Vantagens: Desvantagens: Armazenamento directo
Fácil acesso/cópia/transferência dos dados e grande compatibilidade Versatibilidade no tratamento e visualização dos dados: basta escrever o programa apropriado. Existência de soluções padrão comercializadas, com hardware e software específico desenvolvido e testado (menos tempo perdido) Aplicáveis a sistemas operativos vulgares como Linux, Windows, Macintosh, etc Utilizável em laboratório ou em ambiente industrial Baixo custo e possibilidade de reciclar o material Não é a única forma, o PC não é indispensável, obviamente. Mas é uma forma acesível, poderosa e versátil. Ambientes adversos: onde não se pode utilizarumcomp (foto máquina absorçaõ com computador) Desvantagens: Medições no terreno ou ambientes adversos MEEA, Pedro Adão e Tiago Santos (Novembro 2001)

3 MEEA, Pedro Adão e Tiago Santos (Novembro 2001)
Cadeia de Aquisição Sensor *** 45554 Sensor Digital A/D Sensor Analóg Utilizador Desenho da cadeia Sensor->Condicionamentos/conversões->placa->software de aquisição-> processamento/ utilizador Falar sobre a forma em quese encntram os dados nos diversos passos da cadeia: grandeza-sinal eléctrico-sinal eléctrico tratado-sinal digital- formato digital (no PC) Processamento Sensor Analóg Condicionamento sinal A/D Software de aquisição Placa/hardware MEEA, Pedro Adão e Tiago Santos (Novembro 2001)

4 MEEA, Pedro Adão e Tiago Santos (Novembro 2001)
Sensores Sensor Digital A/D Sensor Analóg Utilizador Desenho da cadeia Sensor->Condicionamentos/conversões->placa->software de aquisição-> processamento/ utilizador Falar sobre a forma em quese encntram os dados nos diversos passos da cadeia: grandeza-sinal eléctrico-sinal eléctrico tratado-sinal digital- formato digital (no PC) Processamento Sensor Analóg Condicionamento sinal A/D Software de aquisição Placa/hardware MEEA, Pedro Adão e Tiago Santos (Novembro 2001)

5 MEEA, Pedro Adão e Tiago Santos (Novembro 2001)
Sensores Grandeza a medir: Temperatura/Pressão/Caudal Posição/Velocidade/Aceleração Nível Distância/Proximidade Força Vibração Azimute Luminosidade/Radiação Corrente/tensão ... Falar s/ 1 ou dois destes? Desenhos +1slide? MEEA, Pedro Adão e Tiago Santos (Novembro 2001)

6 Caracterização do sensor:
Sensores Caracterização do sensor: Princípio físico envolvido Gama de medida Alimentação (nenhuma/AC/DC) Tipo de saída: digital, tensão, corrente, resistência, ... Gama de saída Sensibilidade/Resolução Linearidade/Curva de calibração Dividir em mais slides? MEEA, Pedro Adão e Tiago Santos (Novembro 2001)

7 Condicionamento de Sinal
Sensor Digital A/D Sensor Analóg Utilizador Desenho da cadeia Sensor->Condicionamentos/conversões->placa->software de aquisição-> processamento/ utilizador Falar sobre a forma em quese encntram os dados nos diversos passos da cadeia: grandeza-sinal eléctrico-sinal eléctrico tratado-sinal digital- formato digital (no PC) Processamento Sensor Analóg Condicionamento sinal A/D Software de aquisição Placa/hardware MEEA, Pedro Adão e Tiago Santos (Novembro 2001)

8 Condicionamento de Sinal
Gama saída do sensor Gama de aquisição da placa Offset Amplificação MEEA, Pedro Adão e Tiago Santos (Novembro 2001)

9 Condicionamento de Sinal
Corrente tensão i(t) u(t) Sensor Conversor MEEA, Pedro Adão e Tiago Santos (Novembro 2001)

10 Condicionamento de Sinal
Filtros Servem para isolar o sinal do ruído indesejado. Os mais comuns são: Passa-Baixo: retira o ruído de alta frequência Passa-Alto: filtra as perturbações de baixa frequência Passa-Banda: combinação dos anteriores, apenas deixa passar uma determinada gama de frequências MEEA, Pedro Adão e Tiago Santos (Novembro 2001)

11 Conversão Analógico/Digital
Sensor Digital A/D Sensor Analóg Utilizador Processamento Desenho da cadeia Sensor->Condicionamentos/conversões->placa->software de aquisição-> processamento/ utilizador Falar sobre a forma em quese encntram os dados nos diversos passos da cadeia: grandeza-sinal eléctrico-sinal eléctrico tratado-sinal digital- formato digital (no PC) Sensor Analóg Condicionamento sinal A/D Software de aquisição Placa/hardware MEEA, Pedro Adão e Tiago Santos (Novembro 2001)

12 Conversão Analógico/Digital
Sinal contínuo => comboio de impulsos U(t) => U(k) MEEA, Pedro Adão e Tiago Santos (Novembro 2001)

13 Conversão Analógico/Digital
Período de amostragem demasiado grande:perda de informação pequeno: reprodução fiel do sinal contínuo, maior quantidade de dados a guardar, sistema de aquisição mais caro MEEA, Pedro Adão e Tiago Santos (Novembro 2001)

14 Conversão Analógico/Digital
Resolução = 0,33 Resolução Resolução = 0,05 Quanto menor a resolução mais fiel é a conversão do sinal. MEEA, Pedro Adão e Tiago Santos (Novembro 2001)

15 Conversão Analógico/Digital
Aliasing Uma perda de informação devida a um período de amostragem demasiadamente longo pode originar um sinal amostrado com frequência inferior ao original. Pela análise dos dados amostrados não é possível detectar este erro. Solução: escolher um tempo de amostragem suficientemente curto relativamente ás frequências de interesse. MEEA, Pedro Adão e Tiago Santos (Novembro 2001)

16 MEEA, Pedro Adão e Tiago Santos (Novembro 2001)
Placa de Aquisição Sensor Digital A/D Sensor Analóg Utilizador Desenho da cadeia Sensor->Condicionamentos/conversões->placa->software de aquisição-> processamento/ utilizador Falar sobre a forma em quese encntram os dados nos diversos passos da cadeia: grandeza-sinal eléctrico-sinal eléctrico tratado-sinal digital- formato digital (no PC) Processamento Sensor Analóg Condicionamento sinal A/D Software de aquisição Placa/hardware MEEA, Pedro Adão e Tiago Santos (Novembro 2001)

17 Faz a interface entre o computador e
Placa de Aquisição Faz a interface entre o computador e o exterior. Recebe os sinais provenientes dos sensores e disponibiliza a informação ao software. Alguns componentes comuns: Entradas digitais Entradas analógicas com conversor AD incorporado Entradas especiais (p/ex. encoder) Contadores e Temporizadores Bateria (Saídas para actuação) MEEA, Pedro Adão e Tiago Santos (Novembro 2001)

18 MEEA, Pedro Adão e Tiago Santos (Novembro 2001)
Software de Aquisição Sensor Digital A/D Sensor Analóg Utilizador Desenho da cadeia Sensor->Condicionamentos/conversões->placa->software de aquisição-> processamento/ utilizador Falar sobre a forma em quese encntram os dados nos diversos passos da cadeia: grandeza-sinal eléctrico-sinal eléctrico tratado-sinal digital- formato digital (no PC) Processamento Sensor Analóg Condicionamento sinal A/D Software de aquisição Placa/hardware MEEA, Pedro Adão e Tiago Santos (Novembro 2001)

19 MEEA, Pedro Adão e Tiago Santos (Novembro 2001)
Software de Aquisição Através do protocolo apropriado recolhe os dados que chegam através da placa e torna-os disponíveis para processamento. Cada placa tem um protocolo específico. Muitas vezes o fabricante fornece o software necessário para utilizar a placa. Quando não o faz fornece a informação necessária sobre o protocolo de comunicação e o utilizador tem de escrever o seu próprio programa. Outra razão para desenvolver software específico é obter uma solução adaptada ao problema a resolver. D32 pinout! Porta paralela...: como fazer software Para que serve, capcidades, (próprio placa) Sacar de sites? MEEA, Pedro Adão e Tiago Santos (Novembro 2001)

20 MEEA, Pedro Adão e Tiago Santos (Novembro 2001)
Processamento Sensor Digital A/D Sensor Analóg Utilizador Desenho da cadeia Sensor->Condicionamentos/conversões->placa->software de aquisição-> processamento/ utilizador Falar sobre a forma em quese encntram os dados nos diversos passos da cadeia: grandeza-sinal eléctrico-sinal eléctrico tratado-sinal digital- formato digital (no PC) Processamento Sensor Analóg Condicionamento sinal A/D Software de aquisição Placa/hardware MEEA, Pedro Adão e Tiago Santos (Novembro 2001)

21 MEEA, Pedro Adão e Tiago Santos (Novembro 2001)
Processamento Trata os dados recolhidos. Muitas vezes está incluído no software de aquisição de dados. Algumas tarefas comuns: Armazenagem dos dados Calibração por software Conversão para grandeza medida Apresentação e gestão amigável da informação Controle de erros Alarmes Cálculo, simulação Dar informação para um operador actuar ou actuar directamente Imagem! MEEA, Pedro Adão e Tiago Santos (Novembro 2001)

22 MEEA, Pedro Adão e Tiago Santos (Novembro 2001)
Processamento Mais imagens  MEEA, Pedro Adão e Tiago Santos (Novembro 2001)

23 Qualidade da aquisição
Para obter dados fiáveis, é necessária: Calibração regular dos sensores, da placa e outros equipamentos (é comum os equipamentos virem acompanhados de certificados de calibração) Aferição das medidas (montagem dos sensores) Atenção às condições em que os equipamentos devem operar (temperatura) Evitar a degradação do sinal: - Fenómeno de “Aliasing” - Perdas em linha (nos cabos) - Ruído (sinais induzidos em partes do circuito não protegidas) MEEA, Pedro Adão e Tiago Santos (Novembro 2001)

24 Qualidade da aquisição
Os seguintes factores podem degradar a qualidade ou até mesmo impossibilitar a aquisição: Gama medida ou sensibilidade do sensor não apropriadas Tempo de amostragem demasiado longo Conflitos com a placa e software de aquisição: a placa de rede ou outro hardware/software existente no PC utilizam os mesmos endereços ou recursos Geralmente: melhor solução, maior preço! MEEA, Pedro Adão e Tiago Santos (Novembro 2001)

25 Portas Paralela/Série
Exemplos de aplicação Portas Paralela/Série Existem em qualquer PC Fáceis de utilizar Grande variedade de aplicações comerciais e “domésticas” que utilizam estas portas (internet) Só sinal TTL MEEA, Pedro Adão e Tiago Santos (Novembro 2001)

26 Portas Paralela/Série
Exemplos de aplicação Portas Paralela/Série Pôr aqui: Esquemas circutito, esq. porta (se não está lá em cima), aplicÇÃO TI! MEEA, Pedro Adão e Tiago Santos (Novembro 2001)

27 MEEA, Pedro Adão e Tiago Santos (Novembro 2001)
Exemplos de aplicação National Instruments PCI – 6110 Figuras servotogo MEEA, Pedro Adão e Tiago Santos (Novembro 2001)

28 MEEA, Pedro Adão e Tiago Santos (Novembro 2001)
Exemplos de aplicação Acessórios National Instruments Figuras servotogo MEEA, Pedro Adão e Tiago Santos (Novembro 2001)

29 Solução para medição de velocidade do vento nas três direcções
Exemplos de aplicação Sistema integrado de medição, aquisição, tratamento e análise de dados Solução para medição de velocidade do vento nas três direcções Pacote FMS inclui um software que produz estimativas de fluxos de momento, calor e calor sensível, por aplicação de um método a medidas das condições atmosféricas Escrito para funcionar em Linux Com um anemómetro torna-se possível a medição de parâmetros como: - Velocidade/Direcção vectorial média do vento - Fluxos de momento/calor sensível - Velocidade de atrito Figuras servotogo The Applied Technologies, Inc. Flux Measurement System MEEA, Pedro Adão e Tiago Santos (Novembro 2001)

30 Solução para medição de velocidade do vento nas três direcções
Exemplos de aplicação Sistema integrado de medição, aquisição, tratamento e análise de dados Solução para medição de velocidade do vento nas três direcções Por adição ao sistema de um higrómetro e sensores de temperatura e pressão, torna-se possível a aquisição de dados relativa a: - Fluxo de calor latente - Razões de equivalência - Pressão do vapor - Densidade do ar - Calor específico a pressão constante - Calor de vaporização - Fluxo de H2O ou outra substância (CO2, ...) Figuras servotogo The Applied Technologies, Inc. Flux Measurement System MEEA, Pedro Adão e Tiago Santos (Novembro 2001)

31 Solução para medição de velocidade do vento nas três direcções
Exemplos de aplicação Sistema integrado de medição, aquisição, tratamento e análise de dados Solução para medição de velocidade do vento nas três direcções Dados são armazenados em formato binário em discos rígidos ou outros componentes de armazenamento; Inclui um programa de conversão do código binário para ASCII. É fornecido também o código do software para que o utilizador possa servir-se dele como exemplo para realizar os seus próprios programas; Permite diversas configurações de armazenamento; Figuras servotogo The Applied Technologies, Inc. Flux Measurement System MEEA, Pedro Adão e Tiago Santos (Novembro 2001)

32 Solução para medição de velocidade do vento nas três direcções
Exemplos de aplicação Sistema integrado de medição, aquisição, tratamento e análise de dados Solução para medição de velocidade do vento nas três direcções Controlo local da aquisição - Qualquer variável pode ser monitorizada em tempo real - Pode monitorizar-se também a memória e as condições de armazenamento, sendo mostradas eventuais mensagens de erro Controlo remoto da aquisição - Permite ao utilizador observar as medições vindas de um sensor através de uma porta serie. Através dela dá-se a transferência dos dados já processados - Possibilidade de instalar placa de rede, Ethernet, para maiores velocidades de transferência Figuras servotogo The Applied Technologies, Inc. Flux Measurement System MEEA, Pedro Adão e Tiago Santos (Novembro 2001)

33 Solução para medição de velocidade do vento nas três direcções
Exemplos de aplicação Sistema integrado de medição, aquisição, tratamento e análise de dados Solução para medição de velocidade do vento nas três direcções Requerimentos de Hardware - Processador Pentium 133MHz - 64Mb Ram O sistema suporta os seguintes tipos de placas - A/D - D/A - I/O serie - Discos rígidos e/ou driver de diskettes Figuras servotogo The Applied Technologies, Inc. Flux Measurement System MEEA, Pedro Adão e Tiago Santos (Novembro 2001)

34 Monitorização Industrial
Processo complexo de vigilância de um processo. Inclui: medições transferência aquisição (condicionamento, conversão A/D) processamento (criação de pacotes de informação) armazenamento (bases de dados) tratamento/análise (software) obtenção de resultados acções correctivas por cadeia de actuação ou não, caso seja necessário MEEA, Pedro Adão e Tiago Santos (Novembro 2001)

35 A aquisição de dados aliada á manutenção de centrais térmicas
O conceito de manutenção predictiva condicionada: Só possível com uma eficiente monitorização, que abranja a maioria dos equipamentos essenciais ao funcionamento da instalação (Turbinas a gás ou a vapor; Filtros de entrada de ar; Condensadores; Caldeiras; Bombas e auxiliares de elevado consumo) O sistema deve ser capaz de prever uma futura falha crítica o mais cedo possível – Cada variável medida tem uma gama de variabilidade apertada – Exemplo: Consulta de curvas de tendência da temperatura de metal na zona de convecção. Englobar as variáveis de condição de funcionamento, medidas, em algoritmos de cálculo que predizem quando um componente precisa de ser vistoriado (fadiga de um veio, fluência de tubagens, rendimento termodinâmico, circuito de lubrificação - offline, ....) A monitorização deve ter em conta qual a “assinatura” do sinal recolhido – Se é um sinal do domínio do tempo (posição dos pólos do rotor do alternador - sicronização); do domínio da frequência (identificar mudanças nos valores do espectro – desequilibragems, desalinhamentos, integridade mecânica de componentes rotativos); de regimes transientes (identificar mudanças nas condições de arranque ou paragem – Fadiga de veios, evolução térmica); do próprio processo (potência, caudal de combustível, rendimentos) – Exemplo:Horas equivalentes de serviço Exemplo de aquisição de dados em grande escala para a manutenção de uma central térmica Importante falar sobre classificação das condições de funcionamento em que um determinado conjunto de dados foi recolhido Por consulta a curvas de tendência da temperatura de metal na zona de convecção, pode decidir-se parar o grupo e proceder a uma limpeza dos painéis da zona de radiação MEEA, Pedro Adão e Tiago Santos (Novembro 2001)

36 A aquisição de dados aliada á manutenção de centrais térmicas
A classificação dos dados deve ser feita tendo em conta as condições de funcionamento para que não surjam falsos alarmes – Os dados medidos devem ser incluídos em “pacotes” de dados provenientes de situações comparáveis, assim os algoritmos de cálculo têm uma fonte de dados mais diversificada, apropriada e realista. A intervenção de manutenção incide sobre os equipamentos identificados pelo sistema como estando próximo do período de risco de falha ou a funcionar fora das condições nominais. A manutenção condicionada apoia-se na análise feita pelo sistema. Referir que uma forma de predizer a vida restante de um componente crítico de central é saber o numero de arranques a frio a quente Tentar arranjar mais exemplos em que seja notória a falta de classificação de dados ou condições em q foram medidos Concluir com breve comparação entre este tipo de manutenção e a manutenção preventiva sistemática Maximiza a disponibilidade dos GGV’s intervenções pontuais de pequena duração; Maiores períodos entre grandes inspecções – indisponibilidades forçadas; Redução dos custos de manutenção – Menor numero de tarefas de manutenção; Menor quantidade de pessoal - Fundos que podem ser aplicados para I&D ou novas tecnologias de preservação do ambiente; Redução do uso de peças de substituição e consumíveis (MP) – informação on-line da vida restante dos componentes monitorizados Redução do consumo de combustíveis, logo de emissões de CO2 – Avaliação de parâmetros que, quando corrigidos, permitem maximizar o rendimento global ( Exemplos - perdas de carga nos filtros de ar de turbinas e compressores, pontos de funcionamento de turbinas e grandes bombas, fugas de vapor e aumento de certas folgas devido ao desgaste e á erosão). Ver apresentação sobre variações de consumo – co2 – se o rendimento não for o nominal MEEA, Pedro Adão e Tiago Santos (Novembro 2001)

37 Esquema do sistema de monitorização on-line - OPENpredictor
Sistema de informação para manutenção predictiva Referir as 3 áreas distintas: Terreno/Sala de instrumentação/Sala de controlo Terreno – medições e condicionamento de sinal, transferência geralmente em analógicoaté a sala de instrumentação Sala de instrumentação – Placas ou cartas de aquisição de dados (80 canais), distribuição da informação para o centro de diagnóstico e para o centro de controlo do processo Sala de controlo – Onde estão as consolas ou interfaces operador/sistema; onde é armazenada em disco óptico a informação medida e a processada, que pode servir de histórico para fins diversos O sistema deve ser capaz de providenciar informação a várias áreas: Aos operadores, acerca de possíveis riscos a curto prazo e perda de eficiência Ao departamento de manutenção sobre vistorias aconselhadas e análise de vida restante dos equipamentos Aos especialistas de vibrações sobre o estado dos equipamentos rotativos Aos engenheiros de processo para a optimização do rendimento do ciclo Falar na medição de emissões poluentes MEEA, Pedro Adão e Tiago Santos (Novembro 2001)

38 MEEA, Pedro Adão e Tiago Santos (Novembro 2001)
Cadeia de actuação *** Sistema a Controlar 45554 Sensores Utilizador Actuadores Processamento Software de aquisição Placa/hardware MEEA, Pedro Adão e Tiago Santos (Novembro 2001)