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Aquisição e Tratamento de Dados – Teoria (3): Aquisição de Dados e Configuração do Sistema de Controlo

Aquisição e Tratamento de Dados – Teoria (3):

Aquisição de Dados e Configuração do Sistema de Controlo

Aquisição de Dados e Configuração do Sistema de Controlo


Exemplo de Extensómetro

Em muitas aplicações, e especialmente na aquisição de dados e controlo de processos, o poder e a flexibilidade do PC permite aos sistemas de DAQ serem configurados de várias formas, cada uma com as suas vantagens.
A chave para um uso eficaz do PC é a simbiose dos requisitos específicos de uma dada aplicação de aquisição de dados e o hardware e software disponíveis.
A escolha do hardware, e da configuração do sistema, é largamente ditada pelo ambiente no qual o sistema vai operar (ex: laboratório I&D, fábrica, localização remota ou não, etc.). O número de sensores e actuadores necessários e a sua localização física em relação ao PC, o tipo de tratamento/condicionamento de sinal necessário, e a agressividade do ambiente, são factores chave.

Muitas das configurações de sistema mais comuns são:
– Computador com placa I/o plug-in;
– I/O distribuído;
– Registadores e controladores independentes ou distribuídos;
– Instrumentos IE-488.

Computador com placa I/o plug-in

As placas de plug-in I/O são ligadas directamente no bus de expansão do computador, são geralmente compactas, e representam o método mais rápido de adquirir dados para a memória do computador e/ou alterar saídas. Junto com estas vantagens, as placas de plug-in representam também a opção mais barata para um sistema completo de aquisição de dados e sistemas de controlo e são, por isso, comummente utilizadas como um dos artigos de um hardware de DAQ.
Como é mostrado na figura seguinte, exemplos de placas de plug-in I/O são placas de A/D de múltiplas entradas analógicas, placas D/A de múltiplas saídas analógicas, placas digitais de I/O, placas contador/temporizador, placas de controlo especializadas (tais como controladores de servomecanismos e motores de passo-a-passo) ou placas de instrumentação especializadas (tais como osciloscópios digitais).

Placas de DAQ multifuncionais, contendo conversores A/D (ADCs), conversores D/A (DACs), portas I/O digitais e circuitos de contagem ou temporização, realizam todas as funções equivalentes a placas individuais especializadas. Dependendo do número de entradas/saídas analógicas e entradas/saídas digitais necessárias para uma dada aplicação, as placas multifunções representam a melhor relação custo-benefício e a solução mais flexível para sistemas DAQ.
As placas de expansão plug-in são comummente utilizadas em aplicações onde o computador está perto dos sensores usados para as medições ou dos actuadores a serem controlados. Em alternativa, elas podem ser interfaceadas para transdutores e actuadores remotamente localizados, através de módulos de condicionamento de sinal, conhecidos como transmissores de dois-fios. Esta configuração de sistema é discutida na secção seguinte.

I/O Distribuída

Com frequência, os sensores têm de ficar longe do computador onde os dados são processados e armazenados. Isto é especialmente verdade nos ambientes industriais, onde os sensores e os actuadores podem estar localizados em ambientes hostis, numa grande área, possivelmente a centenas de metros de distância do computador. Em ambientes ruidosos, é muito difícil aos muito pequenos sinais recebidos dos sensores tais como termopares e extensómetros (da ordem dos mV) sobreviver na transmissão a longas distâncias, especialmente na sua forma bruta, sem a qualidade dos dados do sensor ser comprometida.
Uma alternativa de montar longos, e possivelmente caros, fios sensores, é o uso de I/O distribuída, que está disponível na forma de módulos condicionadores de sinal remotos, localizados perto dos sensores aos quais servem de interface. É necessário um módulo para cada sensor utilizado, permitindo elevados níveis de modularidade do sistema (desde um a centenas de pontos por localização). Embora isso possa tornar os sistemas mais caros, os benefícios em termos da qualidade do sinal e fiabilidade podem valer a pena.
Uma das formas de I/O distribuídas mais utilizadas é o transmissor digital. Este dispositivos inteligentes executam todas as funções de tratamento/condicionamento do sinal (amplificação, filtragem, isolamento, etc.), contêm um microcontrolador e um conversor A/D, para executar a conversão digital do sinal dentro do próprio módulo. Os dados convertidos são depois transmitidos para o computador através de uma interface de comunicação RS-232 ou RS-485. A utilização de redes de multiqueda RS-485, como mostrado na figura seguinte reduz a quantidade de cabo necessário, pois cada módulo de condicionamento de sinal partilha o mesmo par de cabos. Ligar até 32 módulos, a distâncias de comunicação até 10km, é possível usando uma rede multiqueda RS-485 standard. Contudo, como poucos computadores têm de raiz o suporte para o standard RS-485, é necessário um conversor RS-485 para RS-232 para permitir a comunicação entre o computador e os módulos remotos.

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