Instrumentos Analógicos e Digitais

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1 Instrumentos Analógicos e Digitais Walter Fetter Lages [email protected] Universidade Federal do Rio Grande do Sul Escola de Engenharia Departamento de Engenharia Elétrica Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica ELE00002 Sistemas de Automação Copyright (c) Walter Fetter Lages p.1

2 Sistema de Automação Industrial Copyright (c) Walter Fetter Lages p.2

3 Controle Analógico Copyright (c) Walter Fetter Lages p.3

4 Controle Digital Copyright (c) Walter Fetter Lages p.4

5 Instrumento Inteligente Copyright (c) Walter Fetter Lages p.5

6 Barramentos Industriais Barramento Digital Serial Multidrop Bi-direcional Para a comunicação com o nível mais baixo de controle e dispositivos de instrumentação. Barramento para chão-de-fábrica Copyright (c) Walter Fetter Lages p.6

7 Tipos de Dispositivos Sensores/Atuadores com capacidade de comunicação via barramento digital (execução de protocolo) E/S distribuída Sensores/Atuadores com capacidade de processamento local Dispositivos inteligentes Copyright (c) Walter Fetter Lages p.7

8 Conexões Lógicas Copyright (c) Walter Fetter Lages p.8

9 Blocos Funcionais Representam uma função especializada Contém dados e algoritmos Possuem uma interface bem definida Escondem o seu conteúdo (tal como CIs) Encapsulamento Information Hidding Separam a funcionalidade da implementação Podem ser reutilizados em outros sistemas Podem ser compostos por outros blocos funcionais Blocos funcionais executam em paralelo Implementados em hardware ou software Copyright (c) Walter Fetter Lages p.9

10 Programação Estruturada Identificação das interfaces do sistema de controle Definição dos sinais trocados entre o sistema e outros sistemas Definição de todas as interações com o operador, ações de controle e dados de supervisão Análise do problema de controle de cima para baixo, quebrando o mesmo em partições lógicas Definição dos blocos funcionais necessários Definição dos tempos de ciclo exigidos pelas diferentes partes da aplicação Configuração do sistema através da definição dos recursos, conexão dos programas com as entradas e saídas físicas e associação dos programas e blocos funcionais com as tarefas Copyright (c) Walter Fetter Lages p.10

11 Exemplo Processo de fermentação Copyright (c) Walter Fetter Lages p.11

12 Processo de Fermentação Grande vaso que pode ser enchido (Válvula de Alimentação) com líquido Pode ser aquecido com a Camisa de Aquecimento A refrigeração ocorre por convecção Pode ser agitado através do motor Fluidos ácido e alcalino podem ser adicionados no mesmo É usada a Válvula de Dreno para obtenção do produto Copyright (c) Walter Fetter Lages p.12

13 Etapa 1 Identificação das interfaces do sistema de controle Sensor de temperatura Sensor de ph Sensor das posições da válvula Sensor de funcionamento do motor Atuação das válvulas Atuação do motor Atuação da camisa de aquecimento Copyright (c) Walter Fetter Lages p.13

14 Etapa 2 Definição dos principais sinais trocados entre o sistema e outros sistemas Não existem acoplamentos com outros sistemas Copyright (c) Walter Fetter Lages p.14

15 Etapa 3 Definição de todas as interações com o operador, ações de controle e dados de supervisão Botão de Partir Botão de Parar Duração Copyright (c) Walter Fetter Lages p.15

16 Etapa 4 Análise do problema de controle de cima para baixo, quebrando o mesmo em partições lógicas Seqüência Principal, por exemplo, etapas macros do processo enchimento, aquecimento, agitação, fermentação, drenagem, limpeza. Controle da Válvula, por exemplo, válvulas usadas na operação para encher e esvaziar o vaso. Controle de Temperatura para monitoração da temperatura do vaso: modulação do aquecedor. Controle do Agitador para acionamento do motor do agitador pela seqüência principal do processo. Controle de ph para monitoração da acidez da fermentação, adicionando reagente ácido ou alcalino quando necessário. Copyright (c) Walter Fetter Lages p.16

17 Etapa 5 Definição dos Blocos Funcionais necessários Copyright (c) Walter Fetter Lages p.17

18 Etapa 6 Definição dos tempos de ciclo exigidos pelas diferentes partes da aplicação Neste exemplo tem-se um único ciclo, de por exemplo 20ms O tempo restante poderia ser usado para seqüências adicionais, como o controle e monitoração do sistema de transporte/envase da drenagem, por exemplo, ou mesmo a monitoração de quaisquer condições de falha e proteção. Copyright (c) Walter Fetter Lages p.18

19 Etapa 7 Configuração do sistema através da definição dos recursos, conexão dos programas com as entradas e saídas físicas e associação dos programas e blocos funcionais com as tarefas Mapeamento das entradas e saídas simbólicas para o endereçamento físico dos cartões Através da representação simbólica é possível criar uma alta independência do hardware Mapeamento dos recursos, indicando quais partes irão ser executadas em quais processadores do sistema Mapeamento das tarefas para os ciclos de varredura e eventos, conforme definido no passo 6. Copyright (c) Walter Fetter Lages p.19

20 Instrumento Inteligente Copyright (c) Walter Fetter Lages p.20

21 Instrumento Inteligente Hardware Processador Memória Dispositivos de I/O Interfaces com sensores e/ou atuadores Software Sistema de tempo-real Comunicação (protocolos) Driver para os dispositios Registradores de configuração Blocos funcionais Copyright (c) Walter Fetter Lages p.21