SUPERVIS

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
Conceitos
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

• 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
• 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
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.

dB20log(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

z10x
Ylog10xx
Z Q2 k2 ?P
19
Linearizador
(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

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
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.

24
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

25
Amplificador Somador de Tensão
R22R1
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.

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.

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.

29
Conversor A/D tipo Rampa
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 gt vi o bit é setado para zero, caso
  contrario é setado para 1
• Ex 3 bits, sendo vi 3v

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 n10 bits
• Resolução 1/2101/10240.0976

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