SUPERVISÃO E CONTROLE OPERACIONAL DE SISTEMAS

Apresentação em tema: "SUPERVISÃO E CONTROLE OPERACIONAL DE SISTEMAS"— Transcrição da apresentação:

1 SUPERVISÃO E CONTROLE OPERACIONAL DE SISTEMAS
Prof. André Laurindo Maitelli DCA-UFRN

2 AQUISIÇÃO DE DADOS

3 Conceitos É a coleta de informações para fins de armazenamento e uso posterior, como análise dos dados e conseqüente controle e monitoração do processo; Nas aplicações industriais, a aquisição de dados deve ser em tempo real, ou seja, o sistema deve ter a habilidade de coletar os dados ou fazer uma tarefa de controle dentro de uma janela aceitável de tempo ;

4 Conceitos Os elementos básicos de um sistema de aquisição de dados são: Sensores e transdutores; Cabeamento de campo; Condicionadores de sinal; Hardware para aquisição de dados; PC (sistema operacional) Software para aquisição de dados;

5 Conceitos

6 Condicionador de sinal Sequenciador programador
Conceitos Sensor Entrada analógica Condicionador de sinal Circuito sample e hold Conversor D/A Sequenciador programador Registrador Computador Circuito de controle Buffer de saída Outras entradas analógicas Controle Multiplexador analógico

7 Sensores/Transdutores
Um transdutor é um dispositivo que converte uma forma de energia ou quantidade física em outra, de acordo com uma relação definida; Quando o transdutor é o elemento sensor que responde diretamente à quantidade física a ser medida, o transdutor é referido como sensor;

8 Transdutores Sensor Mensurando (não elétrica) Saída (elétrica) Alimentação (se necessária) Em sistemas de aquisição de dados os transdutores (sensores) convertem um sinal não-elétrico (pressão, temperatura, vazão, etc) em um sinal elétrico proporcional. Poder ser: Ativos: requerem fontes externas de alimentação. Ex: termopares, opto eletrônicos; Passivos: não requerem. Ex: fotovoltaicos, piezoeléticos, termoelétricos.

9 Transdutores Características:
Exatidão: erro entre valor exato e valor medido; Sensibilidade: variação da saída em função da variação da entrada; Repetitibilidade: proximidade de duas medidas do mesmo valor de entrada; Faixa (Range): faixa entre os valores máximo e mínimo da medida;

10 Condicionadores de Sinal
Fazem alterações necessárias nos sinais analógicos gerados pelos sensores antes que sejam introduzidos no sistema de aquisição de dados. Tipos: Transmissor; Buffer; Filtro; Amplificador; Conversor; Linearizador.

11 Transmissor Possui as funções de: Padrões:
Padronizar o sinal, proporcionando uma padronização dos instrumentos e interfaces receptoras; Isolar o sinal do processo do sistema receptor Levar a informação para locais remotos, sem corrupção ou deformações; Padrões: 4 a 20 mA eletrônico 3 a 15 psi pneumático

12 Buffer Impede o efeito de carga de um circuito em outro. Sem buffer
+ - 10 W 10 V Fonte Buffer Carga 10 W 10 V Sem buffer Com buffer

13 Filtros Os ambientes industriais introduzem muitos sinais de interferência espúrios, que afetam o desempenho do sistema, no mínimo, introduzindo grandes erros nos valores das medições; Estes sinais indesejáveis são chamados genericamente de ruído; Podem ser provocados por transformadores, motores elétricos (principalmente partida), disjuntores, chaves, linha de alimentação (60 Hz ou 400 Hz) e outros dispositivos que tenham transiente de tensão.

14 Filtros Eliminam ou atenuam determinadas freqüências dos sinais;
Podem ser ativos (amplificadores operacionais) ou passivos. C Vi R Vo Frequência de Corte (atenuação >3dB) fc dB dB=20log(Vo/Vi) Filtro passa-baixa

15 Filtros Ativos Usam Amplificadores Operacionais
Filtro passa-baixa ativo Filtro passa-alta ativo

16 Amplificador Altera o nível ou amplitude do sinal;
A atenuação pode ser conseguida através de divisores de tensão (resistores em série); A amplificação requer dispositivo ativo, como transistor com o amplificador operacional. R2 R1 - + Vi Vo

17 Conversor de Sinal Geralmente converte a variação de um parâmetro elétrico em uma variação proporcional de outro parâmetro. Exemplos: corrente (usada em transmissão) para tensão (usada localmente); tensão em freqüência; resistência em tensão ou corrente.

18 Linearizador A saída do sensor pode ser linearizada usando um amplificador que tenha ganho que seja uma função matemática inversa de sua entrada, fornecendo assim uma saída linear; z=10x f f -¹ x y Y=log10x=x f f -¹ ΔP z Z = Q2 = k2 ΔP

19 Linearizador Variável Saída (1) (3) (2) (1) Curva de transferência do sensor, mostrando a relação não linear entre variável e saída do sensor (2) Curva de transferência do linearizador entre saída e entrada (3) Curva final linearizada, mostrando relação linear entre saída do linearizador e variável medida.

20 Multiplexação É a técnica de compartilhar sinais no tempo
sinal analógico Decodificador de endereço Conversor A/D Canais de entradas analógicas Multiplexador sinal digital

21 Multiplexador Analógico
Conjunto de chaves paralelas ligadas a uma linha de saída comum; As chaves podem fechar-se sequencialmente ou aleatoriamente; A saída de um MUX é uma série de amostras, tomadas de diferentes sinais de medição em diferentes tempos.

22 Multiplexador Analógico
Dispositivo sample e hold 1 2 3 DT Sinal multiplexado Sinal de controle Multiplexador 4 canais Decodificador de endereço Sinal binário endereço canal Endereço Canal Sinais de entrada Sinal sample e hold Hold Sample DT/4 Chaves eletrônicas

23 Circuito Amostrador/Segurador
Em geral, a amplitude do sinal analógico varia continuamente com o tempo; O sample and hold garante que o sinal permaneça constante durante a conversão A/D. Chave Entrada Saída Acionador da chave Controle da amostra Capacitor

24 Digital para Analógico
Conversor D/A Geralmente o conversor digital para analógico (D/A) é um sub-circuito do conversor analógico para digital (A/D); Os tipos principais de conversor D/A são: amplificador somador de tensão; circuito com resistor ponderado binário; -V +V G Conversor Digital para Analógico (D/A) Vo VR Tensão de saída analógica ao a1 a2 an-1 an .

25 Amplificador Somador de Tensão
R2=2R1 Conversor D/A de 2 bits

26 Amplificador R-2R Utiliza resistores de 2 valores;
A resistência de qualquer nó para o terra e para um terminal de entrada é 2R. 2R Rf - MSB + Vo LSB R Bit Tensão saída MSB V/2 2o MSB V/4 3o MSB V/8 4o MSB V/16 5o MSB V/32 6o MSB V/64 7o MSB V/128 8o MSB V/256 9o MSB V/512 LSB V/1024

27 Conversor A/D Há vários métodos para esta conversão, diferindo na precisão, custo, taxa de conversão e suscetibilidade ao ruído. As quatros técnicas principais são: Tensão para freqüência; Simultânea; Rampa; Aproximação sucessivas. -V +V G Conversor Analógico para Digital (A/D) Vi Comandos, como finalizar conversão, começar conversão, ler Linhas de saída paralelas bn bn-1 b2 b1 . VR

28 Conversor Tensão para Freqüência
Converte uma tensão de entrada analógica em uma forma de onda periódica, com uma freqüência que é diretamente proporcional à tensão de entrada; A base da conversão tensão para freqüência é um oscilador com tensão controlada muito linear; O oscilador com tensão controlada deve ser projetado de modo que a relação entre a freqüência de saída e a tensão de entrada seja constante. Oscilador com tensão controlada Gerador de Pulsos Contador Display digital Pulso

29 Conversor A/D tipo Rampa
Tensão de entrada analógica Clock Controle + - Conversor D/A escada binária Contador binário Tensão de referência Display digital OBS: O tempo de conversão está diretamente relacionado com a amplitude da tensão de entrada

30 Conversão A/D por Aproximações Sucessivas
O sistema começa habilitando os bits do conversor D/A um por vez começando pelo mais significativo. Se vda > vi o bit é setado para zero, caso contrario é setado para 1; Ex: 3 bits, sendo vi =3v 110 101 011 010 001 000 111 100 Vi Clock + - Saída de tensão do Conversor D/A MSB Registro de Aproximação sucessiva Saída serial Saída paralela Comparador de tensão Vda OBS: O tempo de conversão depende do n˚ de bits

31 Conversor Simultâneo São os mais rápidos conversores operando com taxas da ordem de dezenas de MHz; É utilizado quando altas taxas de conversão com baixa resolução são requeridas; Faz 2n-1 comparações simultâneas; Entrada analógica Saída digital 0 a V/4 00 V/4 a V/2 01 v/2 a 3V/4 10 3V/4 a V 11

32 Resolução da Conversão
É a menor variação de tensão de entrada que produz variação na saída. É o menor valor detectado em uma medida; Depende do número de bits; Um conversor com n-bits tem 2n possíveis saídas e a resolução é 1/2n; Ex: n=10 bits Resolução: 1/210=1/1024=0.0976%

33 Erro de Quantização Como o conversor A/D pode representar uma voltagem de entrada em uma resolução finita de 1 LSB, o erro máximo é de ±½ LSB;

34 Erro de Quantização Pode haver desvios do erro de quantização:
Erro de offset; Erro de ganho;