GUSTAVO RIOS COUTO

8/3/2019 GUSTAVO RIOS COUTO

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO UFOP

ESCOLA DE MINAS EM

COLEGIADO DO CURSO DE ENGENHARIA DECONTROLE E AUTOMAO - CECAU

MONOGRAFIA DE GRADUAO EM

ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAO

Gustavo Rios Couto

- Ouro Preto -


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UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO

UFOP

ESCOLA DE MINAS EMCOLEGIADO DO CURSO DE ENGENHARIA DE CONTROLE E

AUTOMAO CECAU

MODELAGEM E DESENVOLVIMENTO DE CONTROLES DE

SISTEMA TERMO-HIDRULICO, E INTERFACES PARA A

AQUISIO E CONTROLE DE DADOS

MONOGRAFIA DE GRADUAO EM ENGENHARIA DE

CONTROLE E AUTOMAO

GUSTAVO RIOS COUTO

[email protected]

Outubro, 2006.


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GUSTAVO RIOS COUTO

[email protected]

MODELAGEM E DESENVOLVIMENTO DE CONTROLES DE

SISTEMA TERMO-HIDRULICO, E INTERFACES PARA A

AQUISIO E CONTROLE DE DADOS

Monografia apresentada ao Curso de

Engenharia de Controle e Automao da

Universidade Federal de Ouro Preto

como parte dos requisitos para a obteno

de Grau em Engenheiro de Controle e

Automao.

Orientador:

Prof. Paulo Marcos de Barros Monteiro

Co-Orientador:

Prof. Agnaldo Jos da Rocha Reis

Ouro Preto

Escola de Minas UFOP

Outubro / 2006.


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AGRADECIMENTOS

Aos meus pais, Maria de Lourdes Rios e Donizetti Couto, e minha famlia,

agradeo todo o amor, carinho, compreenso e respeito.

Aos amigos de Ouro Preto, que me "aturam" todos os dias. Muitas das pessoas

que passaram e passam pelo que eu passei e passo: ficar longe da famlia em busca de

um ideal comum.

Ao pessoal da Repblica Vira-Latas e da Repblica S a Gente que me

agentaram dias aps dias durante esse caminho e me ensinaram sobre a vida.

Aos meus grandes e eternos amigos: Paulinho (Radin), Julien, Vincius (MarchaLenta), Fernando, Roenick, Tiago, Francine, Michele, Kelly, Viviany, alm de vrios

outros que estiveram comigo nos bons e maus momentos deste curso e, hoje, so muito

mais que simples amigos.

Ao meu orientador e amigo, Prof. Dr. Paulo Marcos de Barros Monteiro pelo

constante incentivo, sempre indicando a direo a ser tomada nos momentos de maior

dificuldade. Ao Professor Dr. Agnaldo Jos da Rocha Reis, que permitiu espaos para

discusso de algumas questes relevantes e importantes aqui desenvolvidas. Ao Prof.Dr. HenorArtur de Souza que me auxiliou durante todo o curso. Agradeo,

principalmente, pela confiana, mais uma vez depositada, no meu trabalho de

monografia. E a todos que fizeram esse sonho se tornar realidade.


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SUMRIO

LISTA DE FIGURAS..................................................................................................viii

LISTA DE TABELAS.....................................................................................................x

RESUMO.........................................................................................................................xi

ABSTRACT...................................................................................................................xii

I. INTRODUO............................................................................................................1

1.1.Objetivos...............................................................................................................21.2.Estrutura do Trabalho...........................................................................................2

II. MODELAGEM MATEMTICA.............................................................................3

2.1. Introduo a Modelagem Matemtica..................................................................3

2.2. Modelagem Sistema Hidrulico...........................................................................4

2.3. Sistemas Termo-Hidrulicos................................................................................6

III. CONTROLE..............................................................................................................9

3.1. Elemento de controle............................................................................................9

3.2. Conceitos de metrologia.......................................................................................9

3.3. Princpios para Projetos de Sistemas de Controle..............................................10

IV. AES DE CONTROLE BSICAS....................................................................13

4.1. Controle On-Off.................................................................................................13

4.2. Tcnicas PID.......................................................................................................14

4.2.1. Controlador Proporcional (P).....................................................................15

4.2.2. Controlador Integral (I)..............................................................................16

4.2.3. Controlador Proporcional e Integral (PI)...................................................16

4.2.4. Controlador Proporcional e Derivativo (PD).............................................18

4.2.5. Controlador Proporcional Integral e Derivativo (PID)..............................19V. METODOLOGIA.....................................................................................................21

5.1 Simulao............................................................................................................21

5.1.1. Controle On-Off.........................................................................................21

5.1.2. Controle usando tcnicas de controle proporcional integral e derivativo..24

VI. AQUISIO DE DADOS......................................................................................27

6.1. Sensores..............................................................................................................27

6.2. Condicionadores de Sinais..................................................................................286.3. Conversor A/D....................................................................................................28


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6.3.1. Faixa de utilizao do conversor A/D: saturao, sub-utilizao..............28

6.3.2 Resoluo e taxa de amostragem................................................................29

6.4. Programa de Aquisio de Dados.......................................................................30

VII. COMUNICAO.................................................................................................31

7.1. Componentes de um sistema de comunicao...................................................31

7.2. Comunicao analgica versus comunicao digital.........................................31

7.2.1 Um enquadramento para a comunicao digital.........................................32

7.3. Tipos de Comunicao.......................................................................................34

7.3.1 Porta Srie...................................................................................................35

7.3.1.1. UART - Universal Asynchronous Receiver/Transmitter.................35

7.3.1.2. Funo dos Pinos..............................................................................367.3.1.2.1 PinOut da Porta Srie................................................................37

7.3.1.3. Configurao dos Registros..............................................................38

7.3.1.4 Controle de Fluxo..............................................................................39

7.3.2. Porta Paralela.............................................................................................39

7.3.2.1. Endereos das Portas........................................................................43

7.3.2.2. Registros da Porta SSP.....................................................................43

7.3.3. Bus USB....................................................................................................467.3.3.1. A Comunicao USB........................................................................48

7.3.3.2 Caractersticas Eltricas.....................................................................48

7.3.3.2.1 Deteco de erros......................................................................49

7.3.3.2.2 Recuperao dos erros..............................................................50

7.3.3.3 Formato de pacotes USB...................................................................51

7.3.3.3.1 Pacotes Token...........................................................................51

7.3.3.3.2. Pacotes Start of Frame SOF.....................................................537.3.3.3.3. Pacote de dados........................................................................53

7.3.3.3.4. Pacotes de Handshake (Confirmao).....................................53

7.3.3.3.5. Pacotes especiais......................................................................54

7.3.3.4 USB 2.0.............................................................................................54

7.3.4. Bluetooth....................................................................................................54

7.3.5 GPRS..........................................................................................................55

VIII. SISTEMAS DE CONTROLE.............................................................................57

8.1. Controlador Lgico Programvel (CLP)............................................................57


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vii

8.2. Microcontroladores.............................................................................................58

8.2.2 Programao de Microcontroladores..........................................................60

8.2.3 Compilador e Simulao no PIC................................................................61

IX. CONCLUSES E TRABALHOSFUTUROS.....................................................63

X. REFERNCIASBIBLIOGRFICAS....................................................................64

ANEXOS.........................................................................................................................66


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LISTA DE FIGURAS

Figura 2.1: Sistema Hidrulico.........................................................................................4

Figura 2.2: Sistema Termo-Hidrulico.............................................................................6

Figura 4.1: Oscilao do sistema de controle On-Off....................................................14

Figura 4.2: Comportamento de uma varivel em um controlador proporcional............15

Figura 4.3: Efeito da ao proporcional e integral.........................................................17

Figura 4.4: Comportamento de uma varivel em um controlador proporcional e

integral........................................................................................................18

Figura 4.5: Comportamento de uma varivel em um controlador Proporcional, Integral

e Derivativo...................................................................................................20Figura 5.1: Supervisrio do Sistema de Controle On-Off..............................................22

Figura 5.2: Limites Mximos e Mnimos do Controlador On-Off.................................23

Figura 5.3: Histrico da Temperatura e Nvel do Tanque..............................................23

Figura 5.4: Diagrama do Controle de Temperatura PI...................................................24

Figura 5.5: Sada do distrbio(d), temperatura(Temperature) e do controlador PID(u)25

Figura 5.6: Diagrama do Controle PID de Nvel...........................................................26

Figura 5.7: Sada do Controlador PID............................................................................26Figura 6.1: Sistema de Aquisio de dados bsico........................................................27

Figura 6.2: Saturao e subutilizao da faixa de entrada.............................................29

Figura 6.3: Aliasing........................................................................................................29

Figura 7.1: Comunicao Fonte Destino.....................................................................32

Figura 7.2: Pinagem de UART.......................................................................................36

Figura 7.3: Relao Pinos e descrio do conector DB25.............................................42

Figura 7.4: Conector Centronics 36 pinos......................................................................42Figura 7.5: Interligao lgica entre as camadas do USB..............................................47

Figura 7.6: Hierarquia o barramento USB.....................................................................47

Figura 7.7: Caractersticas eltricas do barramento.......................................................49

Figura 7.8: Hub USB com 7 portas................................................................................49

Figura 7.9: cone USB....................................................................................................50

Figura 7.10: Tipos de conectores usados.......................................................................51

Figura 7.11: Pacote Token.............................................................................................51

Figura 7.12: Campo PID................................................................................................52


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ix

Figura 7.13: Pacote SOF................................................................................................53

Figura 7.14: Pacote de dados..........................................................................................53

Figura 7.15: Pacote de handshake..................................................................................53

Figura 8.1: Arquitetura genrica de um microcontrolador.............................................59

Figura 8.2: Simulao PIC Controle On-Off..............................................................62


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LISTA DE TABELAS

Tabela 7.1: Endereos das portas srie COM1 a COM4 num PC..................................35

Tabela 7.2: Tipos de UARTs utilizadas nos PCs.........................................................36

Tabela 7.3: Pin-out da porta srie, PCs para conectores macho de 9 e 25 pinos..........38

Tabela 7.4: Localizao dos registros na UART............................................................38

Tabela 7.5: Correspondncia entre os Registros e os Pinos da Porta Paralela...............41

Tabela 7.6: Relao dos pinos e descrio da porta paralela.........................................43

Tabela 7.7: Registro de Dados (Endereo BASE+0).....................................................44

Tabela 7.8: Registro de Estado (Endereo BASE+1).....................................................44

Tabela 7.9: Registro de Controle (Endereo BASE+2)..................................................45


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RESUMO

O controle automtico de processo representa um papel vital no avano da

engenharia e da cincia. Alm de possuir importncia extrema em diversos sistemas,

tornou-se uma parte integrante e importante dos processos industriais e de fabricao

modernos. O objetivo de medir e controlar as diversas variveis fsicas em processos

industriais obter produtos de alta qualidade, com melhores condies de rendimento e

segurana, a custos compatveis com as necessidades do mercado consumidor. Os

sistemas para controle de processos so desenvolvidos de forma a maximizar a

produo, minimizar custos e proporcionar o alcance da qualidade, alm de eliminar

possveis riscos envolvidos na produo. Torna-se assim, indispensvel manipular ascondies dos insumos envolvidos nos processos. Dentre as muitas necessidades em

processos industriais, destacam-se os controles do nvel e da temperatura dos insumos.

Devido real disponibilidade de computadores digitais, analgicos e hbridos

eletrnicos para uso em grandes clculos, a utilizao de computadores no projeto de

sistemas de controle e os usos de computadores on-line na operao de sistemas de

controle constituem atualmente uma prtica comum, pois justifica a sua utilizao em

sistemas mais complexos, possibilitando a armazenagem e anlise dos dadosprocessados. Nesse contexto, esse projeto se prope a fazer uma anlise matemtica do

sistema a ser controlado, fazendo uma simulao usando tcnicas de controle, e sobre as

possveis interfaces para a aquisio de dados no sistema. Encontrando a estratgia mais

vivel para o sistema a ser controlado.

Palavra-chave: controle, PID, aquisio de dados e controle, comunicao, sistema

termo-hidrulico, temperatura e nvel, microcontroladores, PIC.


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ABSTRACT

The automatic process control represents a vital paper in the advance of

engeneer and of cience. Beyond of posses extreme importance in various systems,

become one integral and important part of industrials process and of moderns

producions. The objective of measure and regulation the many fisics variables in

industrial process is obtain products of high quality, with betters condicions of

performance and safety, at compatible costs with the needs of the consumer market. The

systems to process control are developed on a way to maximize the production,

minimize costs and provide the reach of quality, overseas of eliminate possibles dangers

involve in producion. Become like that, indispensable manipulate the condicions ofinsumes involve in the process. Among of many needs of industrials process, detach the

water-level and temperature of insumes. Due to the real disponibility of digitals,

analogics and hybrids eletronic computers for use in greats calculations, the utilization

of computers in control systems project and the uses of on-line computers in control

systems operations estabilish currently a usualy practice, therefore justify its utilization

in more complex systems, possibilitating the stockage and analysis of precessed datas.

In this context, this project propuse to make a mathematic analysis of the systems to beregulated, making a simulation using control tecnics, and about the possibles interfaces

for data aquisition on system. Finding the most viable strategy for the system to be

controlled.

Key-words: control, PID, data aquisition and control, communication, term-hydraulic

system, temperature and level, microprocessors, PIC.


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I. INTRODUO

Segundo Ogata (1967) controlar um processo significa atuar sobre ele ou sobre

as condies a que o processo est sujeito, de modo a atingir algum objetivo como, por

exemplo, podemos achar necessrio ou desejvel manter o processo sempre prximo de

um determinado estado estacionrio, mesmo que efeitos externos tentem desvi-lo desta

condio. Este estado estacionrio pode ter sido escolhido por atender melhor aos

requisitos de qualidade e segurana do processo.

Aplicaes de controle de processos podem ser encontradas em todas as

empresas que produzem um produto ou servio onde existe a necessidade de um

controle rgido dos processos envolvidos.Os sistemas para controle de processos so desenvolvidos de forma a maximizar

a produo, minimizar custos e proporcionar o alcance da qualidade, alm de eliminar

possveis riscos envolvidos na produo. Torna-se assim, indispensvel manipular as

condies dos insumos envolvidos nos processos.

Dentre as muitas necessidades em processos industriais, destacam-se os

controles do nvel e da temperatura dos insumos. A primeira tem a sua importncia

ligada manuteno da produo no caso de pequenas interrupes devido a defeitos deequipamentos a jusante do reservatrio que se quer controlar, enquanto a segunda se

revela indispensvel quando se deseja qualidade, ou mesmo segurana, durante a

produo de determinados produtos.

Em virtude de os processos modernos possurem muitas entradas e sadas

tornando-se mais e mais complexos, a descrio de um sistema de controle moderno

exige um grande nmero de equaes. A teoria de controle clssica, que trata apenas de

sistemas de entradas simples e sadas simples, tornou-se inteiramente impotente parasistemas de mltiplas e entradas mltiplas sadas. De acordo com Helfrick & Cooper

(1990) desde 1960, aproximadamente, a teria de controle moderna tem sido

desenvolvida para competir com a complexidade crescente de processos modernos e

requisitos rigorosos e estreitos em preciso, peso e custo em aplicaes militares,

espaciais e industriais.

Devido real disponibilidade de computadores digitais, analgicos e hbridos

eletrnicos para uso em grandes clculos, a utilizao de computadores no projeto de

sistemas de controle e os usos de computadores on-line na operao de sistemas de


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controle constituem atualmente uma prtica comum, pois justifica a sua utilizao em

sistemas mais complexos, possibilitando a armazenagem e anlise dos dados

processados.

Pode-se dizer que os desenvolvimentos mais recentes na teoria de controle

moderna esto na direo do controle timo tanto de sistemas determinsticos como

estocsticos, bem como para controle de aprendizado e adaptado de sistemas

complexos.

1.1.Objetivos

Realizar um estudo aprofundado sobre sistemas de controle, com o objetivo decontrolar variveis fsicas em processos industriais para a melhora da qualidade,

rendimento e segurana, a custos viveis.

1.2. Estrutura do Trabalho

No Captulo 1 e 2 apresenta-se o sistema tratado em questo, fazendo uma

modelagem matemtica conceitual (Caixa Branca). No Captulo 3, 4 e 5 faz-se a um estudo sobre sistemas de controle, seus

elementos bsicos, conceitos, princpios, as aes de controle bsica, controle on-off e

controle PID, alm da simulao do controlador on-off e controlador PID.

No Captulo 6, 7 e 8 trata-se da aquisio de dados e comunicao do sistema e

do sistema propriamente dito.

Concluindo-se no Captulo 9 a anlise sobre o sistema estudado.


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II. MODELAGEM MATEMTICA

2.1. Introduo a Modelagem Matemtica

Modelagem matemtica a rea do conhecimento que estuda maneiras de

desenvolver e implementar modelos matemticos de sistemas reais. Modelos

matemticos tm sido utilizados ao longo da histria para os mais diversos fins, como

entender e explicar fenmenos observados tanto na natureza quanto em sistemas sociais,

biomdicos, equipamentos etc; projeto de sistemas de monitorizao e controle;

predio; estimao de dados; simulao e treinamento, como por exemplo, os

simuladores de vo.O modelo desenvolvido para um determinado sistema apenas uma

representao aproximada. Conseqentemente, no existe o modelo do sistema, mas

sim uma famlia de modelos com caractersticas e desempenhos variados. Dessa forma,

o modelo no pode incorporar todas as caractersticas, tanto macroscpicas quanto

microscpicas, do processo real, deve-se normalmente buscar um compromisso entre o

custo de ter o modelo, isto , o tempo e o esforo requeridos para obt-lo e verific-lo, e

o nvel de detalhes no mesmo, bem como os benefcios esperados de sua aplicao. Opropsito do modelo determina, em ltima anlise, sua preciso.

Segundo Aguirre (2000) existem diversas maneiras e tcnicas para se obter

modelos matemticos, uma delas a modelagem de caixa branca. Nesse caso, faz-se

necessrio conhecer a fundo o sistema a ser modelado, alm de conhecer as relaes

matemticas que descrevem os fenmenos envolvidos. Modelagem caixa branca

conhecida como modelagem fsica ou natureza do processo ou ainda modelagem

fenomenolgica ou conceitual. Mas nem sempre vivel seguir esse procedimentodevido a falta de tempo e conhecimento do sistema para o equacionamento dos

fenmenos envolvidos.

Para sistemas pouco ou com nenhum conhecimento prvio do sistema usa se

tcnicas e mtodos referidos como modelagem (ou identificao) caixa preta ou

modelagem emprica. Em muitos casos ser prefervel usar tcnicas de identificao de

sistemas para se obter modelos, onde as tcnicas usadas e os requisitos necessrios so

bastante anlogos na modelagem pela natureza do processo.


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4

Os modelos matemticos podem ser classificados de acordo com os tipos de

equaes usados em sua formulao (Close e Frederick, 1978; Edgar e Himmelblau,

1988). Podem ser de parmetros concentrados onde variaes espaciais so desprezadas

obtendo equaes diferenciais ordinrias, ou distribudos que consideram variaes

espaciais no comportamento das variveis usando equaes diferenciais parciais;

equaes lineares se as variveis aparecem apenas no 1 grau onde a regra da

superposio aplicvel; o sistema ainda pode ser contnuo se a varivel pode assumir

qualquer valor dentro de um intervalo, ou discreto se a varivel assumir apenas valores

distintos no intervalo; esttico cujo valor das variveis permanece constante no tempo

ou dinmico onde as variveis variam no tempo.

Pode-se modelar a maioria dos processos industriais atravs do ganho esttico edos atrasos de transferncia e de transporte.

O caso em questo para a modelagem um sistema de controle de nvel e

temperatura amplamente utilizado em indstrias de diversos tipos, tm-se ento um

tanque onde atravs de uma bomba h uma injeo de fludo que no caso de estudo

iremos utilizar a gua, e na sada existe uma vlvula para controle do nvel do fludo.

Portanto h de se acrescentar um dispositivo de troca de calor no sistema para o controle

de temperatura.

2.2. Modelagem Sistema Hidrulico

Figura 2.1: Sistema Hidrulico


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Para a modelagem do sistema hidrulico utilizam-se as equaes de balano de

massa, e sendo A a rea transversal do tanque e h(t) a altura da coluna de lquido que

a varivel de interesse no sistema, obtm-se:

Volume no tanque: (2.1))(.)( thAtV =

Massa de lquido no tanque: )(..)( thAtM = (2.2)

Onde a densidade especfica do lquido.

Pela equao de conservao de massa

[ ]

)()(

)(..)(

tqmotqmidt

thAd

dt

tdm==

(2.3)

Onde qmi a vazo mssica de lquido que entra no tanque, e qmo a vazo que sai do

tanque.

)()()(

.. tqmotqmidt

tdhA = (2.4)

Aplicando Laplace para a obteno da funo de transferncia tm-se)()()(... sQmosQmisHsA = (2.5)

Sendo k uma constante e Q = k H para um fluxo no turbulento obtm-se

)()()(... skHsQmisHsA = (2.6)

)()()(... sQmiskHsHsA =+ (2.7)

Portanto a funo de transferncia:

)..(

1

)(

)(

sAksQmi

sH

+= (2.8)


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2.3. Sistemas Termo-Hidrulicos

Figura 2.2: Sistema Termo-Hidrulico

Para se modelar sistemas termo-hidrulicos devem-se associar as equaes de

balano de massa e momentum dos sistemas fludicos com a equao modificada de

balano de energia dos sistemas trmicos. Portanto, para se efetuar a modelagem desses

sistemas necessrio gerar as equaes de balanos de fora nas direes x, y e z; a

equao de balano global de massa; e a equao de conservao de energia.

A diferena no balano de energia entre os sistemas trmicos e termo-hidrulicos

tambm se considera a possibilidade do fluido que entra ou sai do sistema transportar

energia trmica.

Equaes do Sistema

Conservao de massa WoWidt

dm= (2.9)

WoWidt

Vd=

).((2.10)

Onde Wi a vazo mssica do lquido que entra no tanque, e Wo a vazo mssica do

lquido que sai.


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Balano de energia qpqhhoWohiWidt

mhd+= ..

)((2.11)

Onde qh o calor adicionado ao sistema e qp o calor perdido, e hi a entalpia no

lquido que est entrando e ho a entalpia do lquido que est saindo

Relaes Constitutivas Tcph .= (2.12)

R

TaTqp

)( = (2.13)

Onde cp o calor especfico do liqudo, T a temperatura do lquido, Ta a temperatura

ambiente e R a resistncia trmica do recipiente.

Equaes de movimento

Substituindo nas equaes anteriores e supondo T=T0, tm-se

R

TaTqhTcpWoTicpWi

dt

TcpVd )(....

)...( +=

(2.14)

Supondo a densidade do fluido constante, resultam as seguintes equaes de

movimento:

WoWidt

dV= (2.15)

R

TaTqhTcpWoTicpWi

dt

TVdcp

)(....

).(..

+= (2.16)

Incgnitas V e T

Dados Wi,Wo,Ti,qh e Ta

E para calcular a constante de tempo , sabe-se que )(tfxdt

dx=+ (2.17)

A constante de tempo trmica est relacionada com a temperatura, portanto, deve-se

eliminar variaes no volume V, estipulando que Wi = Wo = W, o que significa regime

permanente para a vazo. Portanto:

RTaTqhTcpWTicpW

dtdTVcp )(....... += (2.18)


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Reescrevendo a equao tm-seR

TaqhTicpW

RcpWT

dt

dTVcp ++=++ ..)

1.(... (2.19)

Ento)

1.(

..

RcpW

Vcp

+

=

(2.20)

Lembrando que a capacitncia trmica dada por C=m.cp=.V.cp

Resulta em)

1

.(

1

RCV

W+

=

(2.21)


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III. CONTROLE

Antes de iniciar um estudo sobre controle de processo necessrio se obter dos

seguintes conceitos:

3.1. Elemento de controle:

. Controlador: instrumento que tem um sinal de sada que pode ser varivel para

manter a varivel de processo (temperatura) dentro do set-point (valor

estabelecido), ou para alter-la de um valor previamente determinado. Pode ser

dividido em:. Analgico: possuem construo de tecnologia analgica;

. Digital: possuem construo de tecnologia digital;

3.2. Conceitos de metrologia:

. Faixa de medida: conjunto de valores da varivel medida que esto

compreendidos dentro dos limites inferiores e superiores da capacidade demedida ou de transmisso do instrumento. Se Expressa determinando os valores

extremos;

. Alcance: a diferena algbrica entre os valores superior e inferior da faixa de

medida do instrumento. Por exemplo, um instrumento com faixa de medida de

100C a 250C, possui um alcance de 150C.

. Erro: a diferena entre o valor medido ou transmitido pelo instrumento, em

relao ao valor real da varivel medida. Se tivermos o processo em regime

permanente, estvel, chamaremos de "erro esttico" que ser positivo ou

negativo, dependendo da indicao do instrumento que poder estar indicando a

mais ou a menos. Quando tivermos a varivel se alterando, teremos um atraso na

transferncia de energia do meio para o medidor, onde o valor medido estar

geralmente atrasado em relao ao valor real da varivel. Esta diferena

chamada de "erro dinmico";


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. Preciso: define-se como sendo o maior valor de erro esttico que um

instrumento pode ter ao longo de sua faixa de trabalho. Pode ser expressa de

diversas maneiras como: porcentagem do alcance, unidade da varivel e

porcentagem do valor medido;

. Sensibilidade: a razo entre a variao do valor medido ou transmitido para

um instrumento e a variao da varivel que o acionou, aps ter alcanado o

estado de repouso. Pode ser expressa em unidades de medida de sada e de

entrada. Por exemplo, um termmetro de vidro com faixa de medida de 0C a

500C possui uma escala de leitura de 50cm, portanto, a sua sensibilidade de0,1cm/C;

. Histerese: a diferena mxima apresentada por um instrumento, para um

mesmo valor, em qualquer ponto da faixa de trabalho, quando a varivel

percorre toda a escala nos sentidos ascendente e descendente;

3.3. Princpios para Projetos de Sistemas de Controle

Ogata (1970) defende que a abordagem bsica para o projeto de qualquer

sistema de controle prtico envolve, necessariamente, procedimentos de tentativa e erro.

A sntese de sistemas de controles lineares teoricamente possvel, e o engenheiro de

controle pode determinar sistematicamente os componentes necessrios para

desempenhar uma dada funo e atingir o objetivo desejado. Na prtica, entretanto, o

sistema pode estar sujeito a muitos vnculos ou pode ser no linear, e, nestes casos, noexiste nenhum mtodo de sntese disponvel at o presente. Alm disso, as

caractersticas dos componentes podem no ser conhecida com preciso.

Conseqentemente, procedimentos de tentativa e erro sempre so necessrios.

Na prtica quase sempre so encontradas situaes onde fornecido uma planta,

e o engenheiro de controle deve projetar o resto do sistema de modo que o conjunto

apresente as especificaes desejadas desempenhando uma dada tarefa. Note que as

especificaes devem ser interpretadas em termos matemticos.


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importante lembrar que algumas das especificaes podem no ser realistas.

Neste caso, as especificaes devem ser revistas nos estgios iniciais do projeto.

Segundo Ogata (1970) em muitos casos o projeto de um sistema de controle se

desenvolve de uma maneira tal que o projetista inicia o procedimento do projeto

conhecendo as especificaes ou ndice de desempenho, a dinmica da planta fornecida

e a dinmica dos componentes; este ltimo envolve parmetros do projeto. O projetista

de controle aplica ento, tcnicas de sntese, se disponveis, juntamente com outras

tcnicas a fim de elaborar um modelo matemtico do sistema.

Aps haver sido completado o projeto matemtico, o projetista de controle

simula um modelo em um computador a fim de testar o comportamento do sistema

resultante em resposta a vrios sinais e distrbios. Normalmente, a configurao dosistema inicial no satisfatria. O sistema deve ento ser projetada e efetuada a anlise

correspondente. Este procedimento de projeto e anlise repetido at ser obtido um

sistema satisfatrio. Pode ento ser construdo um sistema fsico como prottipo.

Uma vez formulado o problema do projeto em termos deste modelo, o

engenheiro desenvolve um projeto matemtico que fornece a soluo da verso

matemtica do problema do projeto. E neste estgio, importante a simulao do

modelo matemtico em um computador. Notando que a teoria de controle timo muitotil neste estgio de projeto porque fornece o limite superior do desempenho do sistema

para um dado ndice de desempenho. Para este procedimento construir um prottipo fica

sendo o inverso daquele utilizado na modelagem. O prottipo um sistema fsico que

representa o modelo matemtico com preciso razovel. Uma vez que o prottipo foi

construdo, o engenheiro o testa a fim de verificar se ou no satisfatrio. Se for, o

projeto est concludo. Em caso contrrio, o prottipo deve ser modificado e testado.

Este procedimento continua at o prottipo estar completamente satisfatrio utilizandouma avaliao de desempenho.

Segundo Luyben (1990) qualitativamente, o desempenho de um controlador

pode ser avaliado pela sua capacidade de manter a varivel controlada prximo ao set-

point, mesmo em presena de perturbaes externas. Em aplicaes prticas, porm,

pode ser desejvel "medir" o desempenho de um controlador por meio de um ndice que

permita buscar melhoras de desempenho.

Alguns ndices sugeridos na literatura e na prtica so dados a seguir.

Em geral, eles consideram a resposta do controlador a uma perturbao em degrau.


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Os ndices podem ser descritos da seguinte forma:

. Coeficiente de amortecimento, obtido ao comparar a resposta do controlador

de um sistema de segunda ordem;

. Overshoot, ou seja, o mximo desvio do set-point observado logo aps a

perturbao;

. Velocidade de resposta, definida como o tempo necessrio para atingir o set-

point(no necessariamente se estabilizando no set-point);

. Taxa de decaimento, medida como a razo entre as amplitudes de duasoscilaes sucessivas;

. Tempo de resposta, considerado como o tempo a partir do qual as oscilaes se

limitam a uma certa frao da mudana de set-point;

Diversos ndices calculados por integrao de uma funo do erro ao longo do

tempo: ISE(integral do quadrado do erro), IAE(integral do valor absoluto do erro) ouITAE(integral do produto entre tempo e valor absoluto do erro).

Cada critrio tem suas vantagens e desvantagens, e tm fornecido material para

muitas discusses na literatura. Shinskey (1994) discute os mritos relativos de diversos

ndices de desempenho e situaes em que eles no se aplicam.

Com esses critrios possvel premiar a capacidade de levar a varivel

controlada para prximo do set-point. Antes de aplicar um critrio de desempenho

qualquer, verifique antes se ele faz sentido para a aplicao, pelo fato de no possuirconhecimento dessa limitao analisada.

Outro aspecto no considerado nos ndices de desempenho a robustez do

controlador. possvel ajustar um controlador com um excelente desempenho para

perturbaes pequenas, mas que seja instvel quando ocorrer uma perturbao maior.

Um controlador automtico compara o valor real da sada do processo com o

valor desejado, determina o desvio, e produz um sinal de controle que produz o desvio a

um valor nulo ou muito pequeno. A maneira pela qual o controlador automtico produz

o sinal de controle denominada ao de controle.


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IV. AES DE CONTROLE BSICAS

Existem alguns tipos de aes de controle bsicas comumente utilizadas em

controladores automticos industriais. Deve-se levar em conta o princpio de operao

de controladores automticos e os mtodos para gerao de vrios sinais de controle,

tais como o uso da derivada e da integral do sinal erro. Deve se posteriormente discutir

os efeitos do modo de controle particulares no desempenho do sistema.

Podem-se classificar os controladores automticos de acordo com a ao de controle:

1. Controladores de duas posies ou On-Off;

2. Controladores proporcionais;

3. Controladores do tipo integral;

4. Controladores do tipo proporcional e integral;

5. Controladores do tipo proporcional, derivativo;

6. Controladores do tipo proporcional, integral e derivativo;

Qual dos tipos de controlador utilizar deve ser decidido pela natureza do

processo e condies de operao, incluindo consideraes como segurana, custo,disponibilidade, preciso, confiabilidade, peso e dimenso.

4.1. Controle On-Off

De acordo com o Luyben(1990) os controladores tradicionais possui diferentes

desempenhos. O Controle On-Off, evidentemente, no consegue manter a varivel em

um set-point. O comportamento da varivel controlada equivale a uma oscilaoprxima aos valores equivalentes aos comandos liga e desliga do controlador. A figura

ilustra a resposta de um sistema sob controle On-Off, mostrando que a oscilao no

necessariamente senoidal. A linha reta indica o valor desejado da varivel controlada;

observe que a mdia no equivale necessariamente ao valor desejado.

Em um sistema de controle On-Off, o elemento atuante possuem apenas duas

posies fixas que so, em muitos dos casos, simplesmente ligado e desligado. O

controle de duas posies relativamente simples e barato e, por esta razo,

extremamente utilizado tanto em sistemas de controle industrial como domstico.


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Figura 4.1: Oscilao do sistema de controle On-Off

Fonte: LUYBEN, W.L. Process Modeling, Simulation and Control for Chemical

Engineers.

No controle On-Off o controlador compara o sinal de entrada com a

realimentao, e se a sada supera a entrada, desliga o atuador, se a realimentao for

menor, liga o atuador. As vantagens deste controlador so a simplicidade e o baixo

custo, as desvantagens so a contnua oscilao da sada entre os limites de atuao do

controlador, histerese, no garantindo preciso e podendo desgastar controlador e

atuador pelo excesso de partidas.

4.2. Tcnicas PID

A implementao de controladores PID convencionais na indstria

relativamente simples e bastante difundida, j que praticamente todos os CPs

(Controladores Programveis) atuais j contm funes especficas para implementar

este controlador. A combinao das aces proporcional, integral e derivativa usadas para gerar um s sinal de controle, d origem ao que chamamos de controlador

proporcional-integral-derivativo ou simplesmente PID. O objetivo aproveitar as

caractersticas particulares de cada uma destas aes a fim de se obter uma melhora

significativa do comportamento transitrio e em regime permanente do sistema

controlado. O sinal de controle gerado pelo controlador PID assim genericamente

dado como:

))(

)(1

)(()( 0 dt

tdeTddeTiteKtu

t

++= (4.1)


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Desta forma tm-se trs parmetros de sintonia no controlador: o ganho

proporcional K (ao proporcional), o tempo integral Ti (ao integral) e o tempo

derivativo Td(ao derivativa).

4.2.1. Controlador Proporcional (P)

Na figura 4.2 ilustra-se o comportamento de uma varivel controlada por um

Controlador Proporcional (P) aps uma perturbao externa em degrau. O set-point

indicado pela linha no tracejada. Uma caracterstica do controlador proporcional que

ele no consegue "zerar" o desvio do set-point, deixando um erro residual (off-set).

Alm da atenuao das variaes no ser boa, ocorre um deslocamento (off-set),exigindo a correo manual.

Este sistema ainda simples e de baixo custo, tendo uma preciso boa, mas nem

sempre rpido, e pode se tornar instvel, se o ganho for muito alto. Instabilidade a

situao em que o controlador reage muito rpido, e a sada passa do valor na entrada

sem que haja a reverso da tendncia, o que pode levar saturao do amplificador ou

oscilao contnua em torno do valor na entrada (gerao de onda senoidal na sada,

sem entrada).

Figura 4.2: Comportamento de uma varivel em um controlador proporcional


Engineers.


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Por ser um amplificador do sinal de erro, sempre tem que haver um erro aps o

transitrio, perodo inicial durante o qual o controlador reage intensamente, para manter

acionado o atuador. o erro de regime permanente, que inversamente proporcional ao

ganho do controlador. O regime permanente a fase aps o transitrio, durante o qual a

sada permanece quase estvel (controlada). Este erro limita a preciso do controle

proporcional.

4.2.2. Controlador Integral (I)

O Controle Integral (I) o que utiliza um integrador como controlador. O

integrador um circuito que executa a operao matemtica da integrao, que pode serdescrita como o somatrio dos produtos dos valores instantneos da grandeza de entrada

por pequenos intervalos de tempo, desde o instante inicial at o final (perodo de

integrao). Isto corresponde rea entre a curva da grandeza e o eixo do tempo, num

grfico.

4.2.3. Controlador Proporcional e Integral (PI)

Com o controlador Proporcional e Integral (PI) ao adicionarmos a integral do

erro, o controlador passa a no tolerar que um desvio do set-point seja mantido por

muito tempo. Desta forma, elimina-se o problema do off-set. Entretanto, a ao integral

se aplicada isoladamente tende a piorar a estabilidade relativa do sistema. Para

contrabalanar este fato, a ao integral em geral utilizada em conjunto com a ao

proporcional constituindo-se o controlador PI, cujo sinal de controle dado por:

))(1)(()( 0+=t

eTi

teKtu (4.2)

O grfico da figura 4.2.3.1 ilustra a aplicao da ao integral conjuntamente

com a ao proporcional. A partir deste grfico podemos dar uma interpretao para Ti:

o tempo integral ou reset-time corresponde ao tempo em que a parcela relativa parte

proporcional da ao de controle duplicada. Ti comumente especificado em minutos.


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Figura 4.3: Efeito da ao proporcional e integral

Fonte: DAZZO, J.J. & HOUPIS, C.H. Linear Control System Analysis and Design.

Aplicando-se a transformada de Laplace tem-se a seguinte funo de

transferncia para o controlador PI:

s

TisK

sr

susGpi

)1

(

)(

)()(

+== (4.3)

Na figura 4.4 exibe-se o comportamento de um controle com os mtodos

proporcional e integral. O deslocamento (off-set) eliminado, mas a regulao ainda

no das melhores. O uso do integrador como controlador faz com que o sistema fique

mais lento, pois a resposta depender da acumulao do sinal de erro na entrada, mas

leva a um erro de regime nulo, pois no necessrio um sinal de entrada para haver

sada do controlador, e acionamento do atuador aps o perodo transitrio. Assim o

controle muito preciso embora mais lento.

Controle proporcional e integral a combinao dos dois controles anteriores,

realizadas pela soma dos sinais vindos de um amplificador e um integrador. Estecontrolador alia a vantagem do controle proporcional, resposta mais rpida, com a do

integral, considerado erro de regime nulo. mais usado que os anteriores.


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Figura 4.4: Comportamento de uma varivel em um controlador proporcional e integral


Engineers.

4.2.4. Controlador Proporcional e Derivativo (PD)

Controle proporcional e derivativo a combinao entre o controle

proporcional e o derivativo, que se baseia no diferenciador, um circuito que executa a

operao matemtica derivada. Esta pode ser entendida como o clculo da taxa (ou

velocidade) de variao da grandeza de entrada, em relao ao tempo (ou outra

grandeza). Isto se assemelha mdia entre os valores da grandeza entre dois instantes,

se estes instantes forem sucessivos (intervalo muito pequeno), esta mdia ser a

derivada da grandeza no instante inicial. Assim, a derivada indica a tendncia de

variao da grandeza.

A vantagem deste controle a velocidade de resposta, que se deve imediata

reao do diferenciador: inicialmente, o erro grande, e o diferenciador fornece um

sinal forte ao atuador, que provoca rpida variao na grandeza controlada, medida

que o erro vai diminuindo, o diferenciador apresenta uma sada menor (de acordo com a

velocidade de variao na grandeza), reduzindo a ao do atuador, o que evita que se

passe (ou passe demais) do valor desejado (entrada).


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A desvantagem que o diferenciador um circuito muito susceptvel a rudos de

alta freqncia, pois um filtro o que pode levar a distrbios durante o processo de

controle. O uso de ao derivativa requer cuidado, e deve ser evitada em variveis cuja

medio esteja sujeita a rudos (como vazo em escoamento turbulento). Neste caso, o

comportamento oscilante da vazo faz com que a derivada mude continuamente de

sinal, com efeito negativo sobre o desempenho do controlador.

4.2.5. Controlador Proporcional Integral e Derivativo (PID)

Controle Proporcional Integral e Derivativo (PID) a combinao doanterior com o integral. Isto se faz somando os sinais de sada de um amplificador, um

diferenciador e um integrador, todos eles com o sinal de erro aplicado na entrada. . A

ao integral est diretamente ligada preciso do sistema sendo responsvel pelo erro

nulo em regime permanente. O efeito desestabilizador do controlador PI

contrabalanado pela ao derivativa que tende a aumentar a estabilidade relativa do

sistema ao mesmo tempo em que torna a resposta do sistema mais rpida devido ao seu

efeito antecipatrio.Este o mais usado dos tipos de controle eletrnicos. Na figura 4.5 apresenta-se uma operao tpica do controle completo, isto ,

proporcional, integral e diferencial, mostrando o seu comportamento ao longo do

tempo. A ao da derivada tende a se opor s variaes da varivel do processo, fazendo

o ganho total do controle se mover para um caminho diferente na aproximao para o

set-point. Isto conduz a uma estabilizao mais rpida e uniforme do processo.

Atravs do controlador PID a ao derivativa tira proveito da informao de

processo que permite prever, em curto prazo, a tendncia da varivel de processo.Assim, ao observar que a varivel est aumentando, a ao derivativa atuar no sentido

de reduzi-la, mesmo que o erro e a integral do erro apontem em outra direo. Desta

forma, a ao derivativa torna a resposta do controlador mais rpida.

Em comparao os controladores possuem parmetros ajustveis que permitem

alterar seu comportamento de modo a obter o melhor desempenho para uma dada

aplicao. O ganho do controlador, por exemplo, est relacionado agressividade do

controlador: ganhos altos fazem com que o controlador atue com mudanas rpidas na


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sada, enquanto ganhos baixos fazem com que a sada se altere pouco, caracterizando

um comportamento mais passivo do controlador.

Figura 4.5: Comportamento de uma varivel em um controlador Proporcional, Integral

e Derivativo.


Engineers.

A funo de transferncia do controlador PID dada por:

)(

)..1

()

..

.

11(

)(

)(2

pss

Ti

pTips

Ti

TiTdsK

ps

Tdps

sTiK

sr

suGpid

+

++

++

=+

++== (4.4)

importante ressaltar que o a equao mostrada e a funo de transferncia

constituem-se na verso clssica do controlador PID. Outras verses e variaesexistem, mas a filosofia de funcionamento, a partir da combinao dos efeitos das trs

aes bsicas, a mesma.

Apesar de termos a disponibilidade das trs aes bsicas, dependendo da

aplicao no ser necessria a utilizao de uma ou mais destas aes. No caso

apresentado no se far necessrio o controle usando o tempo derivativo para a

temperatura, pois a resposta da temperatura muito lenta, portanto iremos apresentar

um controle de duas posies on-off para temperatura e nvel, alm do controle usando

tcnicas PID, utilizando um controlador PI para a temperatura e um PID para o nvel.


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V. METODOLOGIA

5.1 Simulao

Simulao a tcnica de estudar o comportamento e reaes de um determinado

sistema atravs de modelos, que imitam na totalidade ou em parte as propriedades e

comportamentos deste sistema em uma escala menor, permitindo sua manipulao e

estudo detalhado.

A evoluo vertiginosa da informtica nos ltimos anos tornou o computador um

importante aliado da simulao. A simulao por computador usada nas mais diversas

reas, citando como exemplos as anlises de previso meteorolgica, processosindustriais, treinamento de estratgia para militares e pilotagem de veculos ou avies.

A simulao de processos permite que se faa uma anlise do sistema em

questo sem a necessidade de interferir no mesmo. Todas as mudanas e conseqncias,

por mais profundas que sejam, ocorrero apenas com o modelo computacional e no

com o sistema real. Trata-se de um estudo de baixo custo, visto que todo o trabalho de

implementao testado no computador, permitindo ainda o teste de inmeros cenrios

e alternativas de solues para o sistema em estudo.Devido a facilidade de uso dos softwares para simulao, as anlise do processo

sero feitas atravs dos softwares LabVIEW, e MatLAB Simulink para as simulaes

do caso.

5.1.1. Controle On-Off

O Controle On-Off, no consegue manter a varivel em um set-point, portantooscila entre os as duas posies pr-estabelecidos. Uma caracterstica interessante do

controle On-Off que o valor mdio da varivel controlada muda conforme a

perturbao externa.

No controle On-Off o controlador compara o sinal de entrada com a

realimentao, e se a sada supera a entrada, desliga o atuador, se a realimentao for

menor, liga o atuador.

Na figura 5.1, mostra-se o supervisrio do sistema de controle de nvel On-Off

em funcionamento, onde encontram se as duas posies pr-estabelecidas de


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temperatura (Limite Max Temp e Limite Min Temp) e duas de nvel (Limite Max Nvel

e Limite Min Nvel), alm das constantes como taxa de influxo do fluido, temperatura

do fluido de entrada, e taxa de influxo do fluido de entrada.

Figura 5.1: Supervisrio do Sistema de Controle On-Off

Os limites dos sistemas On-Off so pr-definidos com antecedncia, onde no

caso estudado em questo esto em 0,70m e 0,30m para o nvel, e 95 graus Celsius, e 75

graus Celsius para a temperatura, figura 5.2.

O Controle On-Off tem uma resposta satisfatria para processos que no so

muitos rigorosos, onde possa variar entre valores sem a perda de processo, como uma

caixa dgua de uma residncia, entretanto, uma fbrica de vacina no pode ter sua

temperatura com grandes variaes, pois haveria perda do produto final, para que isso

no ocorressem grandes variaes a histerese teria que ser pequena ocasionando uma

oscilao alta, diminuindo a vida til dos equipamentos e do controlador, e aumentando

os gastos, portanto no seria uma soluo vivel apesar do seu custo barato. Devido a

este fato, analisaremos o controle do processo atravs de tcnicas PID.

Os diagramas mostram a variao dos valores devido ao controle On-Off, comodemonstrado na figura 5.3.


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Figura 5.2: Limites Mximos e Mnimos do Controlador On-Off

Figura 5.3: Histrico da Temperatura e Nvel do Tanque


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5.1.2.Controle usando tcnicas de controle proporcional integral e derivativo

Devido ao fato de um sistema trmico ter uma constante de tempo relativamente

grande, no precisa de um tempo de resposta rpido, portanto no necessrio usar o

termo derivativo.

O diagrama demonstra o funcionamento do controlador PI para controle de

temperatura, levando-se em considerao um distrbio. Onde controlado por meio de

Feedforward Control, que compensa o distrbio tentando prever a temperatura atravs

de um Delay; e do controlador proporcional e integral, onde os ganhos Kp e Ki foram

adquiridos atravs do mtodo de tentativa e erro, figura 5.4.

Figura 5.4: Diagrama do Controle de Temperatura PI

A sada (figura 5.5) demonstra o controle da temperatura proporcional, isto ,

sem a oscilao antes encontrada, e atravs do ganho integral, o erro nulo, alcanando

praticamente a temperatura desejada.


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Figura 5.5: Sada do distrbio(d), temperatura(Temperature) e do controlador PID(u)

O controle de nvel, como pode possuir uma variao mais rpida, pode se usar

o termo derivativo para melhorar no tempo de resposta do sistema de controle. Com o

controlador PID a ao derivativa tira proveito da informao de processo que permite

prever, em curto prazo, a tendncia da varivel do processo. Portanto o diagrama de

Controle de Nvel PID, realizado atravs da adio do Controlador PID antes da

funo de transferncia da Planta, isto , da funo de transferncia adquirida

anteriormente na modelagem matemtica, figura 5.6.


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Figura 5.6: Diagrama do Controle PID de Nvel

A sada (figura 5.7) demonstra o controle de nvel proporcional, isto , sem a

oscilao antes encontrada, com ganho integral, onde o erro zerado, e para auxiliar na

velocidade de resposta do controlador o termo derivativo, alcanando assim o controle

de nvel adequado.

Figura 5.7: Sada do Controlador PID


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VI. AQUISIO DE DADOS

Aquisio de dados pode ser entendida como a recolha de informao do mundo

real por forma a gerar dados que podem ser manipulados por um computador.

Normalmente envolve a aquisio de sinais e formas de onda e o processamento de

sinais para obter a informao desejada. Os componentes de sistemas de aquisio de

dados incluem sensores apropriados que convertem qualquer parmetro medido em um

sinal eletrnico, que adquirido pelo hardware de aquisio de dados. Os dados

adquiridos so normalmente monitorizados, analisados e guardado. Isto conseguido

usando-se software interativo de controle fornecido pelo produtor do hardware ou ento

os monitores dos dados e o seu controle podem ser levado a cabo usando-se umalinguagem de programao tal como LABView, Visual Basic, ou C.

Figura 6.1: Sistema de Aquisio de dados bsico.

Um sistema de Aquisio de Dados Bsico composto por 4 partes bsicas:

Sensores/transdutores; Condicionador de sinais; Conversor A/D e controles associados;

Programa.

6.1. Sensores

Os sensores e transdutores so os elementos que captam variaes fsicas e

convertem-nas em sinais e impulsos eltricos. Transdutor um termo usado para

designar alguns tipos de sensores. Em um sistema de aquisio de dados a escolha dos

sensores um passo importante para a obteno dos resultados com a preciso

adequada.


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6.2. Condicionadores de Sinais

Os condicionadoresde sinais so circuitos eletrnicos que adequam os sinais

analgicos para a converso digital. Os principais sub-componentes dos

condicionadores so os amplificadores, filtros e isoladores. Atravs dos amplificadores,

o sinal analgico amplificado para ajustar-se faixa de entrada do conversor A/D; e

quando necessrio, o amplificador responsabiliza-se tambm pela alimentao dos

sensores. Os filtros reduzem os rudos do sinal analgico, ou seja, diminuem eventuais

interferncias que podem ser originadas por diversas fontes: radiofreqncia, rede

eltrica, aterramento, etc. Os isoladores, quando presentes, tm a funo de proteger os

outros mdulos contra eventuais sobrecargas de tenso e corrente, as quais podemcausar danos irreversveis aos circuitos eletrnicos digitais.

6.3. Conversor A/D

O conversor A/D (analgico para digital) o elemento responsvel por traduzir

uma grandeza eltrica numa representao numrica adequada ao tratamento digital do

sinal aquisitado para tanto necessrio que o sinal proveniente do condicionadorrespeite algumas condies:

6.3.1. Faixa de utilizao do conversor A/D: saturao, sub-utilizao

O sinal no deve ultrapassar a faixa de entrada do conversor A/D, pois pode

ocorrer o problema de saturao da leitura do sinal.Esse problema ocorre quando a

amplitude de um sinal ultrapassa os limites da faixa de entrada do conversor A/D. Nessasituao o valor resultante da converso o valor que o sinal teria se fosse igual ao

limite ultrapassado.

Porm, pode ocorrer a subutilizao da faixa de entrada que diminui a resoluo

com que o sinal ser convertido, figura 6.2.


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Figura 6.2: Saturao e subutilizao da faixa de entrada.

6.3.2 Resoluo e taxa de amostragem

A taxa de variao do sinal deve respeitar a taxa de amostragem da aquisio para

no apresentar problemas de aliasing. Temos abaixo um exemplo de ALIASING onde

uma onda senoidal lida como se fosse uma reta devido ao valor da amostragem ser

exatamente igual frequncia do sinal, figura 6.3.

Figura 6.3: Aliasing

Aps a converso para digital necessrio que esta informao chegue ao

computador, sendo assim atravs de protocolos e meios de comunicao.


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6.4. Programa de Aquisio de Dados

O programa de Aquisio de Dados o responsvel pelo controle do sistema,

permitindo ao usurio parametrizar, comandar e monitorar o processo de aquisio de

dados. Os programas de aquisio de dados armazenam os sinais captados na forma de

arquivos que podem ser consultados posteriormente. Estes programas possibilitam a

visualizao e edio dos dados aquisitados, bem como a gerao de relatrios e outras

documentaes impressas.


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VII. COMUNICAO

7.1. Componentes de um sistema de comunicao

A comunicao digital (ou discreta) consiste na troca de informao usando um

conjunto finito de sinais, normalmente na forma de tenses ou correntes eltricas ou

campos eletromagnticos variando no tempo.

7.2. Comunicao analgica versus comunicao digital

Em oposio existe a comunicao analgica em que os valores trocados podemser um de entre uma coleo infinita de valores. Outra caracterstica diferenciadora

que nos sinais analgicos variam continuamente no tempo, enquanto que a comunicao

digital baseia-se na produo de eventos em intervalos regulares (um novo valor de

produzido de T em T segundos, sendo T operodo de sinalizao).

A preferncia pela utilizao de tcnicas digitais deve-se a vrios fatores, entre

os quais se podem assinalar os seguintes:

a) Independncia do perodo de sinalizao usado: O contedo da informao, seja

texto, imagem, idntico independentemente do ritmo de transmisso. Isto permite a

partilha fcil de um meio de transmisso por vrias mensagens em simultneo.

b) Facilidade de cifragem: As mensagens digitais so mais facilmente cifradas que

sinais analgicos.

c) Facilidade de armazenamento e acesso: Uma mensagem pode ser fcil e

rapidamente manipulada por um computador (digital) ao passo que a armazenagem de

informao analgica feita usando-se dispositivos mais lentos e menos fiveis.

d) Facilidade de reconstituio: Se for usado um sistema de transmisso com

mltiplos passos, uma mensagem digital pode ser reconstruda com fidelidade em cada

passo - num sistema analgico o sinal vai sendo deteriorado e distorcido.


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7.2.1 Um enquadramento para a comunicao digital

Para simplificar admite-se que a comunicao se processa entre uma nicafonte

e um nico destinatrio. A figura abaixo mostra um modelo para uma comunicao

digital ponto a ponto. Na figura 7.1 apresenta-se os principais elementos e descreve-se

resumidamente o papel de cada um dos blocos:

Figura 7.1: Comunicao Fonte Destino.

Fonte: Desconhecida.


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a) Fonte: A fonte pode ser digital (por exemplo, um teclado) ou analgica (por

exemplo, um sinal produzido por um microfone). Em qualquer dos casos a fonte pode

ser modelizada probabilisticamente, e as mensagens W(t) podem ser consideradas como

produzidas aleatoriamente.

b) Destinatrio: Espera receber uma cpia o mais fiel possvel da mensagem W(t).

c) Canal: Um canal um mecanismo fsico que recebe um sinal de entrada S(t) e

entrega na sada um sinal que uma verso modificada de S(t). Esta modificao deve-

se a rudo interno (produzido pelo equipamento usado para a comunicao), rudo

externo (fontes externas de sinal que interferem com o sinal) e distores de amplitude,fase e freqncia que so inerentes ao meio usado na transmisso.

d) Codificador da fonte: Este componente tambm conhecido porcompressor da fonte

recebe a sada da fonte e produz uma seqncia de smbolos U. Este seqncia de

smbolos (normalmente binria) representa o que saiu da fonte de uma maneira eficaz e

com uma aproximao definida por um dado critrio. Se a fonte digital a

representao pode ser perfeita; se a fonte analgica tem se proceder a um processo dediscretizao ou converso analgica digital.

e) Descodificador da fonte: Procede converso inversa feita pelo codificador da

fonte.

f) Cifrador: Converte a seqncia de bits S (mensagem em claro) numa seqncia de

bits U (mensagem cifrada) com os objetivos de tornar a mensagem ininteligvel pordestinatrios diferentes do inicial e de autenticar o emissor da mensagem.

g) Decifrador: Converte a seqncia de bits U (mensagem cifrada) numa seqncia de

bits S (mensagem em claro).

h) Codificador de canal: Introduz capacidades de deteco e correo de erros. Isto

conseguido modificando a seqncia de bits U para uma seqncia de bits X, que inclui:


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i) Redundncia: So acrescentados bits seqncia de forma a que nem todas as

combinaes seja, possveis. A recepo de uma seqncia impossvel permite

detectar erros introduzidos no processo.

j) Memria: Um dado bit da seqncia depende de bits que o precederam. Isto

permite detectar erros. Outra funo tem a ver com a modificao da seqncia de

bits produzida de forma a tornar a seqncia adequada ao canal. Um exemplo deste

aspecto ser garantir transies 0-1 que facilitem a sincronizao dos relgios entre

emissor e receptor.

k) Descodificador de canal: Converte a seqncia de bits X para a seqncia U. Nesteprocesso podem ser detectados erros e eventualmente feita a sua correo.

l) Modulador: Recebe uma entrada que consiste num smbolo de um alfabeto com M

smbolos e produz um de entre M sinais analgicos adequados transmisso atravs do

canal.

m) Desmodulador: Realiza a operao inversa da anterior.

7.3. Tipos de Comunicao

Aps a converso para digital necessrio que esta informao chegue ao

computador, temos inmeras formas para isto:

Comunicao Serial RS (RS-232, RS-422, RS-485, etc);

Comunicao USB; Comunicao atravs da porta paralela (usada normalmente pela impressora). A

porta paralela est caindo em desuso, sendo substituda gradualmente pelo USB.

Conexo ao slot (barramento interno) do computador. Existem diversos padresde barramento, sendo na linha PC com arquitetura Intel os mais importantes os

slot ISA e PCI.

Comunicao via Radio Freqncia, Bluetooth Comunicao via GPRS


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Comunicao em rede Ethernet. Esta tecnologia apresenta inmeras vantagenspara a aquisio de dados. Podem-se utilizar os muitos avanos nesta tecnologia

em um sistema de aquisio de dados, tais como a capacidade de conexo a

longa distncia seja por fio ou rdio (wireless LAN) ou fibra ptica.

7.3.1 Porta Srie

O estudo do funcionamento da porta srie nos PCs, o estudo da UART

utilizada para a implementar. Os endereos na memria de entrada/sada so referidos

na tabela abaixo, em que COM1, COM2, COM3 e COM4 correspondem

respectivamente porta srie 1, 2, 3 e 4, Tabela 7.1.

Tabela 7.1: Endereos das portas srie COM1 a COM4 num PC.

Nome Endereo IRQ

COM1 3F8 4

COM2 2F8 3

COM3 3E8 4

COM4 2E8 3

7.3.1.1. UART - Universal Asynchronous Receiver/Transmitter

As UARTs necessitam de um relgio para trabalhar. Neste caso o cristal

utilizado de 1.8432 MHz. O cristal ligado diretamente UART nos pinos XIN e

XOUT, usando poucos componentes adicionais de modo a ajudar o cristal a oscilar.Este relgio vai ser usado para gerar a taxa de transmisso em que a velocidade de

transmisso calculada por 1.8MHz /(16x velocidade de transmisso), Tabela 7.2 e

figura 7.2.


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Tabela 7.2: Tipos de UARTs utilizadas nos PCs.

Tipo Descrio

8250 Primeira UART utilizada nos PCs, no dispunha de registro de uso geral.

16450 Comeou a ser utilizada nos ATs, pode atingir a taxa de transmisso at

38.4KBps. Ainda comum a existncia de a UART.

16550 Primeira de uma gerao de UARTs com buffer de memria. Tem uma

memria FIFO de 16 bytes.

16650 Contem um buffer de 32 bytes. Permite a programao de controle de fluxo

XON/XOFF.

16750 Com memria FIFO de 64 bytes.

Figura 7.2: Pinagem de UART

7.3.1.2. Funo dos Pinos

a) TD Transmit Data: Por onde so transmitidos os dados em srie.

b) RD Receive Data: Por onde so recebidos os dados em srie.


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c) CTS - Clear To Send: Quando a zero indica que o modem ou o dispositivo de dados

est pronto para trocar dados. A linha /CTS um sinal de entrada, que indica o estado

do modem, cujo valor pode ser testado, pela leitura do bit 4 do registro MSR. O bit zero

do MSR indica se houve variao do /CTS, desde a ultima leitura deste registro.

d) DCD - Data Carrier Detect: Quando a zero indica que a portadora foi detectada

pelo modem. uma entrada de estado do modem, cujo valor pode ser testado pela

leitura do bit 7 do registro MSR. O bit 3 do MSR indica se houve variao na linha

/DCD desde a ultima leitura deste registro.

e) DSR - Data Set Ready: Quando a zero indica que o modem est pronto para

estabelecer a comunicao. A linha DSR um linha de estado do modem, cujo valor

pode ser testado em MSR no bit 5. O bit 1 do MSR indica se houve alguma variao na

linha /DSR desde a ultima leitura deste registro.

f) DTR - Data Terminal Ready: Quando a zero informa o modem que a UART est

pronta para estabelecer a comunicao. O sinal /DTR pode ser ativado a zero colocandoum1 no bit zero do registro MCR.

g) RTS - Request To Send: Quando a zero informa o modem que a UART est pronta

para trocar dados, o sinal /RTS pode ser ativo a zero, colocando um 1 no bit 1 do

MCR.

h) RI - Ring Indicator: Quando a zero indica que o modem recebeu um sinal decorrente de chamar, esta linha pode ser testada pela leitura do bit 6 do registro MSR. O

bit 6 o complemento do sinal /RI. O bit 2 do MSR indica se houve variao na linha

RI desde a ultima leitura.

7.3.1.2.1 PinOut da Porta Srie

Na Tabela 7.3 apresenta-se a pinagem da porta srie para PCs


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Tabela 7.3: Pin-outda porta srie, PCs para conectores macho de 9 e 25 pinos.

DB25 DB09 Nome

Pino 2 Pino 3 TD

Pino 3 Pino 2 RD

Pino 4 Pino 7 RTS

Pino 5 Pino 8 CTS

Pino 6 Pino 6 DSR

Pino 7 Pino 5 GND

Pino 8 Pino 1 CD

Pino 20 Pino 4 DTR

Pino 22 Pino 9 RI

7.3.1.3. Configurao dos Registros

Na Tabela 7.4 apresenta-se a Localizao dos registros da porta srie.

Tabela 7.4: Localizao dos registros na UART.


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7.3.1.4 Controle de Fluxo

O controle de fluxo pode ser realizado por software ou por hardware. Por

software so utilizados dois caracteres Xon e Xoff, que correspondem aos caracteres

ASCII 17 e 20. Nas aplicaes com modems este como tm um buffer de memria

pequeno, enviam o caractere Xoff, quando este enche, de modo a indicar ao computador

para o envio de dados, quando volta a poder aceitar dados envia o caractere Xon. Este

tipo de controle de fluxo tem a vantagem de no necessitar de hardware adicional, o que

pode ser uma desvantagem em ligaes a baixa velocidade, pois como cada caractere

requer pelo menos 10 bits, o envio do Xon e Xoff pode baixar a taxa de transmisso.

O controle de fluxo por hardware tambm conhecido por RTS/CTS. Usa duaslinhas na comunicao srie em vez dos caracteres de controle atrs referidos. Este

controle por hardware no baixa a taxa de transmisso, Assim quando o computador

quer transmitir dados ativa a linha de RTS, ento o modem se pode receber dados,

reponder ativando a linha de CTS e o computador comea a transmisso de dados.

Caso o modem no pode receber dados no ativa a linha de CTS.

O controle de fluxo atrs referido, foi exemplificado com uma ligao de um

computador a um modem onde no anexo encontra-se um exemplo do funcionamento da porta srie, no entanto os mecanismos referidos aplicam-se entre quaisquer dois

equipamentos em comunicao srie. Podendo ser o mecanismo de comunicao entre

os componentes do sistema de controle.

7.3.2. Porta Paralela

A porta paralela uma interface de comunicao entre o computador e umperifrico e freqentemente utilizado para realizar interface entre o PC e o exterior.

Esta porta permite 9 bits como entrada e 12 bits como sada, sendo mnimos os circuitos

externos necessrios para realizar a interligao. A porta composta por 4 linhas de

controle, 5 linhas de estado e 8 linhas de dados. facilmente identificvel na parte de

trs do PC, conector DB 25 pinos fmea.

Em 1994 foi definida uma nova porta paralela standard que define 5 modos de

operao:

1. Modo Compatvel Standard Parallel Port


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2. Modo Nibble Standard Parallel Port

3. Modo Byte - Standard Parallel Port

4. Modo EPP Enhanced Parallel Port

5. Modo ECP Extended Capabilities Port

Em que o objetivo foi definir novos drivers e dispositivos compatveis uns com

os outros e que mantivesse a compatibilidade com a porta paralela Standard (SPP). Os

modos compatvel, nibble e byte usam o hardware Standard disponibilizado pelas

originais placas da porta paralela, enquanto os modos EPP e ECP requerem hardware

adicional que permite trabalhar a velocidades mais rpidas mantendo no entanto a

compatibilidade com o SPP.O modo compatvel ou centronics como comumente chamado, somente pode

transmitir dados numa direo (de sada) com uma velocidade tpica de 50 KBytes por

segundo. De modo a poder receber atravs da porta de dados deve ser utilizado o modo

nibble ou modo byte. O modo nibble pode receber um nibble (4 bits) na direo inversa,

ou seja do dispositivo para o computador. O modo byte usa a porta paralela com a

funcionalidade bidirecional, para poder ler um byte, no sentido inverso.

Os modos, EPP e ECP, utilizam o hardware da porta para implementarmecanismos de handshaking.

Na Tabela 7.5 mostra-se a relao entre a numerao e o sinal com a direo de

entrada e sada do mesmo.

O DB25 um conector que o cabo paralelo se conecta ao computador para poder

enviar e receber dados. No DB25, um pino est em nvel lgico 0 quando a tenso

eltrica no mesmo est entre 0 0,4v. Um pino se encontra em nvel lgico 1 quando a

tenso eltrica no mesmo est acima de 3.1 e at 5v.Na figura 7.3 mostra-se o conector padro DB25, com 25 pinos, onde cada pino

tem um nome que o identifica.


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Tabela 7.5: Correspondncia entre os registros e os pinos da porta paralela.

N do Pino

(DB 25)

N do pino

CentronicsSinal SPP

Direco

Entrada/SadaRegistro

Lgica

Negativa

1 1 /STROBE Entrada/Sada Controle Sim

2 2 Dados 0 Sada Dados








10 10 /ACK Entrada Status

11 11 BUSY Entrada Status Sim

12 12 Paper-out Paper-End Entrada Status

13 13 Select Entrada Status

14 14 /Auto-Linefead Entrada/Sada Controle Sim15 32 /Error Entrada Status

16 31 /initialize Entrada/Sada Controle

17 36 /Select-Printer

/Select-in

Entrada/Sada Controle Sim

18-25 19-30 Terra GND

O conector macho Centronics 36 pinos faz parte do cabo da impressora,

atravs deste cabo que a impressora conectada ao computador. Quando

desenvolvemos um projeto que utilize uma interface para conectarmos ao computador,

poderemos utilizar um conector centronics 36 pinos fmea, isso faz com que nossa

interface aproveite o cabo da impressora.


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Figura 7.3: Relao Pinos e descrio do conector DB25

Na figura 7.4 e tabela 7.6 mostra-se o conector Centronics 36 pinos e sua descrio:

Figura 7.4: Conector Centronics 36 pinos

Do mesmo modo que o computador comunica-se com a impressora ou oscanner, atravs da porta paralela, ele pode comunicar-se com um sensor trmico ou um

motor pela mesma porta. Para isso necessrio um sistema de aquisio e controle de

dados que se comunique com a porta paralela.


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Tabela 7.6: Relao dos pinos e descrio da porta paralela.

Nmero do Pino Descrio

1 Strob

2 ao 9 Dados (D0...D7)

10 Ack

11 Busy

12 Paper End

13 Select Out

14 Auto Feed

15 ao 18 No conectado19 ao 30 Ground

31 Init

32 Error

33 Ground

34 a 35 No conectado

36 Select In

7.3.2.1. Endereos das portas

A porta paralela utiliza trs endereos base indexados ao LPT1, LPT2 e LPT3. O

LPT1 normalmente a atribudo ao endereo 0378h, enquanto que o LPT2 atribudo

ao 0278h, este endereo podem, contudo variar, pois existem situaes onde o endereo

para a porta paralela LPT1 03BCh.

7.3.2.2. Registros da Porta SSP

Se a porta bidirecional ento podero existir operaes de escrita e leitura caso

contrrio s poderemos escrever no registro. O endereo base, vulgarmente designado

porto de dados ou registro de dados utilizado como porta de sada pelas linhas de

dados (pino 2 a 9). Se a porta no for bidirecional e efetuarmos uma operao de leiturao que vamos ler o ultimo dado escrito na porta, Tabela 7.8 e Tabela 7.9.


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Tabela 7.7: Registro de Dados (Endereo BASE+0)

Bit Designao Funo

7 D7 Bit de dados 7 (pino 9)






1 D1 Bit de dados 1 (pino 3)0 D0 Bit de dados 0 (pino 2)

Tabela 7.8: Registro de Estado (Endereo BASE+1)

Bit Designao Funo

7 BUSY Indica impressora ocupada (pino 11)

6 ACK ACK da impressora (pino 10)

5 PAPER OUT Falta de papel na impressora (pino 12)4 SELECT IN Impressora seleccionada (pino 13)

3 ERROR Estado de erro na impressora (pino 15)

2 IRQ Pedido de interrupo

1 RESERVADO

0 RESERVADO

A porta de controle uma porta de escrita/leitura. As linhas de controle mais

utilizadas so STROBE, AUTO-LINEFEED, INICIALIZAO e SELECT-PRINTER.

A sada da porta de controle em coletor aberto, ou em dreno aberto para os

dispositivos CMOS, significando isto que tem dois estados, um nvel lgico 0 e um

estado de alta impedncia. Normalmente as placas da porta j dispem na sua

constituio resistncias de pull-up, mas no ser de esperar que existam em todas pelo

que na construo do hardware, comum utilizar uma resistncia de 4,7 K, para por o

pino a nvel lgico 1. No conveniente utilizar um valor mais baixo, pois como no


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sabemos a constituio efetiva da porta e no caso de haver j uma resistncia interna a

resistncia externa ficar em paralelo diminuindo assim o valor total de resistncia,

quando estiver no estado de alta impedncia deveremos ter nvel lgico 1, quando

estiver neste estado o dispositivo externo dever conseguir colocar a zero o pino de

modo que se possa efetuar a leitura correta atravs destas 4 linhas. Bits 4 e 5 so de

controle interno, o bit 4 habilita a interrupo e o bit 5 habilita a porta de dados

bidirecional, sendo apenas possvel em portas que suportem este modo os bits 6 e 7 so

reservados, qualquer escrita neste dois bits ignorada.

Tabela 7.9: Registro de Controle (Endereo BASE+2)

Bit Designao Funo

7 NO USADO Bit de dados 7 (pino 9)

6 NO USADO Bit de dados 6 (pino 8)

5 BI-DIRECTIONAL habilita porto de dados em funcionamento bidireccional

4 IRQ habilita IRQ via linha de ack

3 SELECT selecciona impressora

2 INITIALIZE inicializa impressora

1 AUTO-LINEFEED line-feed automtico

0 STROBE strobe

O bit 5 da porta de controle habilita ou inibe a funo bidirecional da porta

paralela. Funo esta que somente ativa em portas que sejam verdadeiramente

bidirecionais. Quando este bit ativo, colocado a 1, os pinos 2 a 9 da porta so

colocados em alta-impedncia. Uma vez colocado neste estado possvel a leitura apartir da porta paralela. Qualquer dado escrito guardado, mas no transparece para o

exterior. Para anular o modo bidirecional devemos colocar o bit 5 do porta de controle a

0.

Portanto, podemos conseguir uma alta taxa de transferncia de dados atravs das

linhas de controle e dados, pois ocorre a transmisso simultnea de grupos de bits.

Contudo um maior nmero de cabos deve ser utilizado, acarretando um problema maior

de interferncia eletromagntica.


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7.3.3 Bus USB

O barramento USB (Universal Serial Bus) surgiu de um grupo de engenheiros

das empresas Compaq, DEC,IBM, Intel, Microsofrt, Nec e North Telecom.

USB a abreviao para Universal Serial Bus, barramento srie para a ligao

de perifricos a um PC. Atravs do USB podemos adicionar perifrico a ao computador

sem termos de abrir a caixa para se instalar uma placa, no temos de nos preocupar se

existe ou no um slot vago, no temos de nos preocupar com o mapeamento na

memria nem to pouco se ainda temos um IRQ disponvel e correndo o risco no

podermos mesmo efetuar a ampliao do computador. Com o USB, no existe esse

problema a instalao de um novo dispositivo automaticamente detectada e nemsequer necessrio efetuar um Reset, podem ser ligados 127 dispositivos USB no

barramento.

Todos os dispositivos perifricos de um PC podem ser ligados, que tenham um

funcionamento srie, por exemplo, teclado, rato, modem, joystick e tambm todos os

outros comofloppy drives cd-rom, scanners, impressoras, nas impressoras j comum

trazerem tambm o interface USB e o standard.

De modo a obter as vantagens referidas anteriormente necessrio a implementao decertas regras que permita a co-habitao e todos os componentes do sistema, assim as

componentes possveis de encontrar so:

HOST - o dispositivo que controla o barramento e a transmisso de dados.

Geralmente o PC. Nos PCF que suportam USB o chipset tem incorporado um

controlador USB HOST.

DISPOSITIVO - Este perifrico que est ligado ao HOST, atravs do

barramento e que disponibiliza a informao de entrada e sada para o HOST. Aquitambm necessrio e existncia de um controlador que verifique a informao no

barramento e permita a troca de informao.

HUB - o que permite a ligao de dispositivos USB ao barramento. Alguns

dispositivos, tais como os teclados, tem uma entrada e sada de USB para permitirem

ligar um outro perifrico em USB, ou seja, criado uma estrutura em rvore. Desta

forma podem existir at trs camadas, o comprimento de uma ligao individual est

limitado aos 5 metros e seja como for o limite mximos de dispositivos ligados no

barramento de 127, figura 7.5 e 7.6.


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Figura 7.5: Interligao lgica entre as camadas do USB.

Figura 7.6: Hierarquia o barramento USB.


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7.3.3.1 A comunicao USB

Existem trs camadas lgicas. Pacotes e informao so transportados nos dois

sentidos do HOST para o perifrico e do perifrico para o HOST, estes podem ser de

8Kbps ou de 64 Kbps. O controle de fluxo e a sincronizao do barramento so

assegurados por um token que enviado pelo HOST, o token um contentor de dados,

usado para o transporte da informao. O HOST envia o token para o bus e s o

destinatrio do bus que o recebe e coloca a informao no token, a taxa de transmisso

de 1,5 Mbps ou de 12 Mbps.

A camada fsica tem a ver com as ligaes fsicas e permite realizarmecanicamente as ligaes entre o HOST e um dispositivo, como o USB pode operar

em duas velocidades, a 12 Mbps o que requer um cabo blindado com dois condutores de

alimentao e dois para entrelaados para a transmisso de sinal, a uma velocidade de

1,5 Mbps no se to exigente nas condies exigidas para o cabo. Existem dois tipos

de conector a utilizar, uma a designada serie A orientada para a ligao ao HOST e a

serie B, orientada para ligao ao dispositivo. Foi tambm criada o cone USB, que

serve para identificar os conectores e cabos.

7.3.3.2 Caractersticas Eltricas

O cabo de ligao dos dispositivos USB constitudo por 4 condutores, dois

condutores para a transmisso do sinal e outros dois para alimentao, designados

respectivamente: D+ e D-, para a transmisso de sinal e VBUS e GND para alimentar os

dispositivos ligas nos barramentos a tenso de VBUS de +5V, na origem. A distanciaque o cabo USB pode ter de poucos metros, dependendo das especificaes do cabo, de

modo a garantir os nveis das tenses de entrada em valores apropriados devem ser

consideradas terminaes dos cabos. Estas terminaes tambm permitem a deteco de

dispositivos ligados no barramento e realizar a distino entre dispositivos que

funcionam a taxas de transmisso a 12 Mbps e a 1,5 Mbps, figura 7.7.


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Figura 7.7: Caractersticas eltricas do barramento.

Todas as transmisses envolvem a transmisses de trs pacotes. Cada

transmisso comea no HOST, este envia um pacote descrevendo a direo de transao

o dispositivo USB dispositivo e o nmero do endpoint. referido como o token packet.

O dispositivo que endereado selecionado pela descodificao do endereo. Numadada tra

GUSTAVO RIOS COUTO

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