Kledder Hugo Correia Pousas de Oliveira

7/24/2019 Kledder Hugo Correia Pousas de Oliveira

1/105

UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETOESCOLA DE MINAS

COLEGIADO DO CURSO DE ENGENHARIA DECONTROLE E AUTOMAO - CECAU

KLEDDER HUGO CORREIA POUSAS DE OLIVEIRA

SISTEMA DE AQUISIO DE DADOS E CONTROLE DE PROCESSOS:APLICAES COM COMPACTRIO E LABVIEW

MONOGRAFIA DE GRADUAO EM ENGENHARIA DE CONTROLE EAUTOMAO

Ouro Preto, 2013


2/105

2

KLEDDER HUGO CORREIA POUSAS DE OLIVEIRA

SISTEMA DE AQUISIO DE DADOS E CONTROLE DEPROCESSOS: APLICAES COM COMPACTRIO E

LABVIEW

Monografia apresentada ao Curso deEngenharia de Controle e Automaoda Universidade Federal de Ouro Pretocomo parte dos requisitos para aobteno do Grau de Engenheiro deControle e Automao.

Orientadora: Msc. Adrielle de Carvalho

Santana.

Ouro Preto

Escola de MinasUFOPDezembro/2013


3/105

3

Fonte de catalogao:[email protected]

Ol41s Oliveira, Kledder Hugo Correia Pousas de.Sistema de Aquisio de Dados e Controle de Processos: aplicaes

com compactRIO e labVIEW. [manuscrito] / Kledder Hugo CorreiaPousas de Oliveira.2013.105f. : il., color., graf.

Orientador: Prof. Dr. Adrielle de Carvalho Santana.

Monografia (Graduao) Universidade Federal de OuroPreto. Escola de Minas. Colegiado do Curso de Engenharia de Controlee Automao.

rea de concentrao: Engenharia de Controle e Automao.

1.Automao industrial. 2. Controladores programveis. 3. Lgica

difusa. 4. LabVIEW. 5. Linguagem de programao (Computadores)6. Aquisio de dados. I. Universidade Federal de Ouro Preto. II. Ttulo.

CDU: 681.5


4/105

4


5/105

5

"E voc aprende que realmente pode suportar, que realmente forte, e que pode ir

muito mais longe depois de pensar que no se pode mais..."

William Shakespeare.


6/105

6

Agradecimentos

Gostaria de agradecer antes de tudo a Deus, e as outras dedicatrias e agradecimentos

minha famlia, onde obtive sempre todo o suporte e apoio necessrio. Escola deMinas, Universidade Federal de Ouro Preto e a todos os professores pelosensinamentos e oportunidades acadmicas. A todos os meus amigos do Par, de OuroPreto, do Brasil e do mundo inteiro, pelos momentos vividos e aprendizados de vidacompartilhados. E Repblica Exlio e a todos os Exilados, pela segunda famliadesenvolvida, onde foram superados vrios desafios em conjunto, alm do crescimento

pessoal e alegrias compartilhadas.


7/105

7

SUMRIO

1 INTRODUO ........................................................................................... 13

1.1 Objetivo ........................................................................................................... 131.2 Metodologia .................................................................................................... 141.3 Estrutura do trabalho ........................................................................................ 151.4 Reviso Bibliogrfica ...................................................................................... 17

2 SISTEMAS DE AQUISIO DE DADOS .............................................. 182.1 Outros de Sistemas de Aquisio de Dados ................................................... 202.1.1 NI USB 6009 - National Instruments ............................................................. 21

2.1.2 NI CompactDAQ - National Instruments ...................................................... 232.1.3 O Arduno ....................................................................................................... 242.2 Aquisio de dados a partir de placas USB no LabVIEW ............................. 25

3 CONTROLE DE PROCESSOS ............................................................... 273.1 O Controlador Lgico Programvel ............................................................... 283.2 Programao de CLPs .................................................................................... 313.3 Controle on/off ............................................................................................... 323.4 Controle PID .................................................................................................. 343.4.1 Acionamento por PWM ................................................................................. 363.5 O CompactRIO e LabVIEW .......................................................................... 38

4 COSIMULAAO ....................................................................................... 414.1 Processor-in-the-loop(PIL) ............................................................................ 424.2 Real Time Hardware-in-the-Loop(RT-HIL) .................................................. 42

5 APLICAES ................................................................................................ 445.1 Sistema de Aquisio de Dados I - Resposta grfica e numrica ................... 445.2 Sistema de Aquisio de Dados II - Registrando Dados ao Disco ................. 525.3 Controle de Processos I - Controle on/off ....................................................... 605.4 Controle de Processos II - Controle PID ........................................................ 68

6 CONCLUSO ............................................................................................ 786.1 Trabalhos Futuros ............................................................................................ 79


8/105

8

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ........................................................ 80

APNDICES...................................................................................... 85

Apndice AConfiguraes de hardware, softwaree consideraes relativas rede .................................................................................................... 86

Apndice BConfiguraes de rede, conexo CompactRIO - computador eformatao/resetdo CompactRIO ...................................................... 90

Apndice CConfiguraes adicionais do CompactRIO e interao com oLabVEW ............................................................................................. 94


9/105

9

Lista de Figuras

Figura 2.1 - Esquemtica de um Sistema de Aquisio de Dados ................................ 18Figura 2.1.1 - Exemplos de dispositivos de aquisio de dados. a) Placa interna; b) Placa

com sistema serial; c) Sistema USB; d) CLP ................................................................ 20Figura 2.1.1.1 - NI USB 6009 ....................................................................................... 21Figura 2.1.1.2 - Conexes do dispositivo ...................................................................... 22Figura 2.1.1.3 - Arquitetura NI USB 6009 .................................................................... 22Figura 2.1.2.1 - O CompactDAQ .................................................................................. 23Figura 2.1.3.1 - Vista superior do Arduno UNO .......................................................... 24Figura 3.1 - Dispositivos de entrada, sada e controlador em um processo .................. 27Figura 3.1.1 - Exemplo de um CLP ............................................................................... 29Figura 3.1.2 - Arquitetura de um CLP ........................................................................... 29Figura 3.1.3 - Princpio de funcionamento CLP ............................................................ 30Figura 3.1.1.1 - Exemplo cdigo LabVIEW ................................................................. 31Figura 3.2.1 - Diagrama de blocos controlador on/off ...................................................32Figura 3.2.2 - Controle on/offde temperatura ............................................................... 33Figura 3.2.3 - Relao acionamento on/offe atuador .................................................... 33Figura 3.3.1 - Diagrama de blocos com controlador PID .............................................. 34Figura 3.3.2 - Diagrama de blocos com ganhos do controle PID .................................. 34Figura 3.3.3 - Relao ganhos de um controlador PID ................................................. 36Figura 3.3.1.1 - Exemplo duty cycle ............................................................................. 37Figura 3.3.1.2 - Exemplos PWM .................................................................................. 38Figura 3.4.1 - Tipos diferentes de chassi do CRIO ....................................................... 39Figura 3.4.2 - Controladora ........................................................................................... 39

Figura 3.4.3 - Mdulos de Entrada/Sada ...................................................................... 40Figura 3.4.4 - O CompactRIO ....................................................................................... 40Figura 3.4.5 - Exemplo programa em LabVIEW .......................................................... 41Figura 4.2.1 - Exemplo da arquitetura de uma plataforma HIL .................................... 43Figura 5.1.1 - Hardwares utilizados ............................................................................. 44Figura 5.1.2 - Propriedades do mdulo de termopares ................................................. 45Figura 5.1.3 - CompactRIO selecionado no projeto ...................................................... 45Figura 5.1.4 - Abas de programao no LabVIEW ....................................................... 46Figura 5.1.5 - Palheta de ferramentas (Tools Pallete) ................................................... 46Figura 5.1.6 - Palheta de Funes (Functions Pallete) .................................................. 47Figura 5.1.7 - Palheta de Controle (Controls Pallete) ................................................... 47

Figura 5.1.8 - Localizao bloco While Loop ................................................................ 48Figura 5.1.9 - Mdulo utilizado do CompactRIO no programa .................................... 48Figura 5.1.10 - Localizao do bloco Wait .................. ................................................ 49Figura 5.1.11 - Programa desenvolvido no momento ................................................... 49Figura 5.1.12 - Localizao bloco Waveform Chart ..................................................... 50Figura 5.1.13 - Localizao blocoNumeric Indicator ................................................... 50Figura 5.1.14 - Programa desenvolvido na aba de IHM ................................................ 50Figura 5.1.15 - Bloco de programao atual ................................................................. 51Figura 5.1.16 -Run Project ........................................................................................... 51Figura 5.1.17 - Imagem da Interface Homem Mquina em execuo .......................... 51Figura 5.1.18 - Encerramento do programa ................................................................... 52

Figura 5.2.1 - Localizao do Standard State Machine ................................................ 53Figura 5.2.2 - Constante Stopj presente no programa ................................................. 53


10/105

10

Figura 5.2.3 - Conexes dos blocos .................... ...........................................................54Figura 5.2.4 - CasoInitialize ......................................................................................... 55Figura 5.2.5 - Propriedades do bloco Write To Spreadsheet File .................................. 56Figura 5.2.6 - Caso e programao para salvar os dados em disco ............................... 56

Figure 5.2.7 - Cdigo do casoAcquire ......................................................................... 57Figura 5.2.8 - Cdigo do casoInitialize..................... ...................................................57Figure 5.2.9 - Cdigo do caso Stop............................................................................... 58Figure 5.2.10 - Cdigo do casoDecision.......................................................................58Figura 5.2.11 - Resposta do sistema ...............................................................................59Figura 5.2.12 - Dados mensurados noMicrosoft Exce .............. ....................................59Figura 5.3.1 - Mdulos utilizados no projeto ................................................................ 60Figura 5.3.2 - Programao aquisio de dados do termopar ........................................62Figura 5.3.3 - Propriedades do mdulo de termopares .................................................. 63Figura 5.3.4 - Cdigo caso 1 .......................................................................................... 63Figura 5.3.5 - Regies de operao ............................................................................... 64

Figura 5.3.6 - Cdigo caso 2 .......................................................................................... 64Figura 5.3.7 - Cdigo caso 3 .......................................................................................... 65Figura 5.3.8 - Cdigo completo do projeto ................................................................... 66Figura 5.3.9 - Interface homem mquina (sistema supervisrio) .................................. 67Figura 5.4.1 - Requisitos de hardwareutilizados ......................................................... 69Figura 5.4.2 - Projeto em LabVIEW com os mdulos utilizados na aplicao ............ 70Figura 5.4.3 - Sistema supervisrio da aplicao .......................................................... 70Figura 5.4.4 - Cdigo do grfico da temperatura e doset-point.....................................71Figura 5.4.5 - Conexes do termopar e valor doset-point ............................................ 71Figura 5.4.6 - Caso onde a temperatura maior que oset-point................................... 72Figura 5.4.7 - Cdigo do controlador PID ..................................................................... 72Figura 5.4.8 - Conexes para representao dos valores do PWM ............................... 73Figura 5.4.9 - Cdigo da programao da aplicao "Controle de Processos II - ControlePID" ............................................................................................................................... 73Figura 5.4.10 - Resposta 1 analisada do sistema .................... .......................................74Figura 5.4.11 - Resposta 2 analisada do sistema ........................................................... 74Figura 5.4.12 - Resposta 3 analisada do processo ....................... ..................................75Figura 5.4.13 - Resposta 3 da anlise do sistema ........................ ..................................75Figura 5.4.14 - resposta 4 da anlise do sistema .......................... .................................76Figura 5.4.16 - Motor com hlice no encoder ............................................................... 77Figura A.1 - Hardwares necessrios ...............................................................................86

Figura A.2 - Ligao fonte de alimentao - controladora ........................................... 87Figura A.3 - chaves da controladora .............. ............................................................... 87Figura A.4 - Janela de Configuraes Avanadas de Rede ........................................... 88Figura A.5 - Prioridade na rede para conexo local ...................................................... 89Figura B.1 - Conexes de Rede ..................................................................................... 90Figura B.2 - Status de Conexo de rede local ................................................................ 91Figura B.3 - Propriedades de conexo de rede local ..................................................... 91Figura B.4 - Definio de IP para conexo de rede local ............................................. 92Figura C.1 - cone para execuo do MAX ................................................................... 94Figura C.2 - Ambiente de trabalho do software MAX .................................................. 94Figura C.3 - Expandindo Remote Systems .................................................................... 95

Figura C.4 - Aba de Configuraes de Rede do CompactRIO no MAX ...................... 95Figura C.5 - Propriedades do CompactRIO ................................................................... 96


11/105

11

Figura C.6 - Sistmas no MAX ....................................................................................... 96Figura C.7 - Instalao de softwares no CompactRIO pelo MAX ................................ 97Figura C.8 - Softwares disponveis para instalao ....................................................... 98Figura C.9 - Localizao do Distributed System Manager ........................................... 99

Figura C.10 - Ambiente do Distributed System Manager ............................................. 99Figura C.11 - Mdulos e requisitos de memria do CopactRIO ................................ 100Figura C.12 - Sistema CompactRIO e seus mdulos .................................................. 100Figura C.13 - Tagse valores do canal do CompactRIO. ............................................. 101Figura C.14 - cone para execuo do LabbVIEW ..................................................... 101Figura C.15 - Janela inicial do LabVIEW .................. .................................................102Figura C.16 - Tipos de projeto LabVIEW ................................................................... 102Figura C.17 - Localizao do projeto para a seleo e adio dos targets and devices............................................................................................................................................ 103Figura C.18 - Targets and Devicesa serem adicionados ............................................ 103Figura C.19 - Definio do modo de programao ..................................................... 104

Figura C.20 - CompactRIO no projeto LabVIEW ....................... ...............................104


12/105

12

RESUMO

A aquisio de dados e controle de processos essencial para garantir a execuo do

sistema de modo que atenda aos requisitos desejados. Desta forma, nesta monografiaso apresentadas aplicaes de sistemas de aquisio de dados junto ao controle de umprocesso feito por um controlador on/offe numa outra aplicao, o controle PID comatuao via PWM, ambos utilizando o controlador lgico programvel CompactRIO.Sua programao juntamente com a criao de um sistema supervisrio se deu por meiodo softwareLabVIEW. Objetiva-se assim com estas aplicaes, desenvolver sistemasque exibam a resposta em temperatura de um termopar nas formas grficas e numricas,gerao de um banco de dados com estes valores medidos, criao de trs casos decontrole on/offpor rels e um controle PID acionando, por PWM, um motor de correntecontnua. Ambas as aplicaes de controle possuem como varivel controlada atemperatura amostrada por meio de um termopar. Os resultados obtidos foram

satisfatrios em relao s respostas simuladas.

Palavras chaves: CompactRIO, LabVIEW, controle, aquisio de dados, PID, PWM,temperatura, on/off.


13/105

13

ABSTRACT

The data acquisition and processes controlling are essential to ensure the system

execution so that it meets the desired requirements. So, in this undergraduate work areshown data acquisition systems and process controlling applications using an on/off

controller and in another application, a PID control acting via PWM, both using the

programmablem logic controller CompactRIO. Its programming along with the

creation of a supervisory system was made by the software LabVIEW. The goal with

these applications is develop systems that exhibit the temperature response from a

thermocouple in graphical and numeric forms, generate a data base with these

measured values, the creation of three cases of an on/off control system by relays and a

PID control triggering, by PWM, a DC motor. Both control applications have as

controlled variable, the temperature sampled by the thermocouple. The results were

satisfactory considering the simulated responses.

Keywords:CompactRIO, LabVIEW, control, data acquisition, PID, PWM, temperature,

on/off.


14/105

14

1 INTRODUO

Em processos industriais, automao predial, prottipos laboratoriais e em outros

ambientes onde importante a aquisio de sinais e controle do sistema, existem e soutilizados uma vasta gama de equipamentos e tcnicas, sempre com a finalidade degarantir a superviso e otimizao do processo.

Entre estes equipamentos, destaca-se o controlador lgico programvel CompactRIO,da National Instruments. A utilizao deste equipamento est em crescimentoatualmente e este destaque em alguns congressos e feiras na rea de automtica econtrole de processos. Algumas caractersticas importantes do CompactRIO so a suarobustez, caracterstica modular, sua comunicao com o software LabVIEW, e suascaractersticas de tempo real.

Neste trabalho foi utilizado o CompactRIO, visando obter um primeiro contato com esteequipamento e assim realizando diversas aplicaes como aquisio de dados de umtermopar e controles on/off,alm de controles PID de sistemas.

No ambiente laboratorial onde foram desenvolvidas as aplicaes citadas, alm deexperincias com o CompactRIO, tambm foram aprimorados, por meio de estudos e

prticas, outros conhecimentos utilizados durante o curso de Engenharia de Controle eAutomao, como habilidades em eletrnica de potncia e eletrnica em geral, controle

de processos por meio de CLP, tcnicas de controle e acionamento de motores, comopor exemplo os acionamentos por rel e PWM.

Como softwarede programao e criao de um sistema supervisrio, foi utilizado oLabVIEW, tambm da National Instruments, pela liberdade na programao ecompatibilidade com o CompactRIO, o controlador lgico programvel em questo.

Assim, as aplicaes desenvolvidas neste trabalho so exemplos de aplicaes e basepara futuros projetos, em que objetiva-se controlar um processo seja pela temperatura,como foi feito, ou controlando outra varivel e utilizando outros possveis atuadores,

com os mdulos de entrada/sada adequados.

1.1 Objetivo

Este trabalho tem como objetivo desenvolver um sistema de aquisio de dados, umaaplicao de controle on/offe uma aplicao de controle PID de um motor de corrente

contnua de 5V, utilizando para isto o controlador lgico programvel NI CompactRIOcom interao junto ao software LabVIEW. Tambm sero desenvolvidos um estudo e


15/105

15

anlise da utilizao de outros equipamentos de hardware para aquisio de dados;implantao de tcnicas de controle e interfaceamento de processos, todos integrados aoLabVIEW.

1.2 Metodologia

O desenvolvimento do trabalho se compreende na abordagem experimental realizadaem laboratrio, que tem como finalidade o desenvolvimento de 4 aplicaes diferentesem sistemas de aquisio de dados e controle de processos com o CompactRIO e noLabVIEW, alm de estudos bibliogrficos. A montagem da estrutura da abordagem

prtica foi realizada a partir das etapas definidas:

Instalao dosoftware LabVIEW;

Realizao da conexo CompactRIO - computador;

Configuraes e instalao dos device driversdo CompactRIO;

Realizao da integrao do CompactRIO com o LabVIEW;

Desenvolvimento da aplicao: Sistemas de Aquisio de Dados I - Resposta Grfica eNumrica;

Verificao dos resultados obtidos;

Desenvolvimento da aplicao: Sistemas de Aquisio de Dados II - Registrando Dados

ao Disco;

Verificao dos resultados obtidos nesta aplicao;

Desenvolvimento da aplicao: Controle de Processos I - Controle on/off.


Desenvolvimento da aplicao: Controle de Processos II - Controle PID.


16/105

16


Nova anlise e pequenas correes de todas as aplicaes desenvolvidas.

1.3 Organizao do Texto

A fim de facilitar o entendimento do projeto desenvolvido, visando tambm a ordem deestudos e procedimentos realizados em laboratrio, a estrutura deste texto foiorganizada em seis captulos da seguinte maneira.

Captulo 1: Introduo.

Este captulo integra os elementos referentes a aspectos iniciais para melhorcompreenso do trabalho, abrangendo assim uma introduo sobre este, os objetivosvisados neste trabalho, a metodologia aplicada para a confeco da monografia,comentrios sobre a organizao e estrutura textual da monografia e referencias

bibliogrficas onde so comentados outros trabalhos presentes na literatura que seassemelham e foram importantes para melhores compreenses dos assuntos abordadose auxlios no desenvolvimento da parte prtica.

Captulo 2: Sistemas de Aquisio de Dados.

Neste captulo so abordados os princpios e teorias de sistemas de aquisio de dados,comentando sobre seu funcionamento e aplicaes.

Neste capitulo tambm so apresentados e comentados os diferentes equipamentos deaquisio de dados, com suas caractersticas e especificidades. Alm da conexo desistemas de aquisio de dados via USB com o softwareLabVIEW, sendo este utilizadono desenvolvimento da parte prtica desta monografia.

Captulo 3: Controle de Processos.

O terceiro captulo refere-se a controle de processos, comenta como isto feito e suafinalidade de utilizao.

Comenta tambm de forma um pouco mais especfica o controle on/offe controle PID,

acionamento de sistema por rels e por PWM. Estes tipos de controle e acionamentoforam utilizados no projeto prtico que foi desenvolvido para esta monografia. Ainda


17/105

17

neste captulo faz-se uma abordagem sobre o CompactRIO e o LabVIEW, que sorespectivamente o controlador lgico programvel e o software de programao domesmo sendo desenvolvidos neste ltimo os sistemas supervisrios, que foramutilizados.

Captulo 4: Cosimulao.

No captulo 4, so apresentados conceitos e tcnicas de testes e validao de projetos apartir de Processor-In-The-Loop e Hardware-In-The-Loop. A partir disto possvelanalisar os erros e parmetros que em simulaes apenas a partir de softwaresno so

possveis de se identificar, alm de anlise de rerequisitos de tempo-real do sistema quetambm so simulados e analisados.

Captulo 5: Aplicaes.

O quinto captulo destinado s aplicaes prticas desenvolvidas em laboratrio, queso apresentadas em uma maneira de simples reproduo e adaptao em outros

projetos.

No primeiro tpico abordado apresentado a aplicao de um sistema de aquisio dedados onde foram obtidos a leitura dos valores de temperatura a partir de um termopar,e em seguida apresentados no sistema supervisrio os valores de temperatura de forma

numrica e grfica com relao ao tempo.

No segundo tpico, alm do que foi apresentado no tpico anterior, tambm criado umbanco de dados com os valores mensurados de temperatura do termopar.

No terceiro tpico, apresentado um controle on/off com acionamento de rels, tendocomo varivel contralada a temperatura, que medida pelo termopar, alm deapresentar 3 casos diferentes de aplicao deste controle.

No quarto e ltimo tpico deste captulo, abordado um controle PID a partir da PWMda tenso de um motor de corrente contnua de 5V, onde este controla a temperatura doambiente, e no sistema supervisrio criado so apresentados os grficos da temperatura,

set-pointe duty cycledo PWM aplicado ao motor.

Captulo 6: Concluso.

Este captulo aborda os comentrios finais desta monografia, apresentando asconcluses, erros, possveis solues, e propostas de trabalhos futuros a fim de

complementar este trabalho que foi desenvolvido e aqui apresentado.


18/105

18

1.4 Reviso Bibliogrfica.

Esta monografia apresentar aplicaes de aquisio de dados e controle de sistemas

com o CompactRIO e LabVIEW. Desta maneira foram estudados artigos relacionados aaplicaes com os equipamentos citados.

A aquisio de dados uma das etapas mais importantes para a construo de umsistema de mensurao. Lin, Xie e Tang (2010), apresentaram um sistema de aquisiode dados utilizando um laptop, uma interface NI CompactRIO-9052 StarFabric e umCompactRIO multi canais quando necessrio. Este sistema criado designado paradesempenhos de extrema robustez, confiabilidade e baixo consumo de energia. Foicriada a possibilidade da utilizao da interface e linguagem FPGA no chassi com taxasde at 50MB/s. E obtiveram assim um resultado de uma soluo reconfigurvel ideal

para aplicaes em que so requeridas a flexibilidade do FPGA programado para oCompactRIO e alta largura de bandas para aplicaes de elevado nmero de canais.

Wilczynski, Mittelan e Lim (2009), descreveram uma aplicao com o CompactRIO eLabVIEW de um sistema de controle wireless embarcado em um rob utilizado nacompetio FIRST Robotics Competition ocorrida em 2009, em que o controle desterob foi desenvolvido em LabVIEW e C/C++, utilizando a biblioteca WPI RoboticsdoLabview. Este sistema de controle contou tambm com sistema de viso, controleautnomo e monitoramento de sistema.

Para o controle em tempo real de motores sncronos de ms permanentes, Vesely ePohl (2012), desenvolveram uma aplicao utilizando o CompactRIO de maneiraembarcada, baseando na programao no modofield programmable gate array(FPGA)do mesmo. Realizaram a sincronizao do PWM do conversor Analgico/Digital paramedio da corrente no controle FPGA.

Um outro estudo muito interessante, que envolve a utilizao do CompactRIO emengenharia biomdica foi desenvolvido por Kanthi, Karteek, Mruthyunjaya e George(2012), onde o objetivo principal foi o desenvolvimento de um sistema de controleembarcado para o controle do movimento de flexo dorsal ou plantar, utilizando sinais

da eletromiografia de superfcie (sEMG) em uma prtese ativa de tornozelo. O sistemade controle proposto consiste dos eletrodos do sEMG, CompactRIO, mdulos deentrada analgica, sada digital, driverde motor e um motor de corrente contnua. PeloCompactRIO foram realizados a aquisio dos dados e o controle do motor, e a

programao desenvolvida no LabVIEW.

Foi percebido uma grande diversidade de aplicaes, e tambm que a maioria dosartigos encontrados so de certa forma recentes, o que comprova e indica o fato que oCompactRIO ainda uma tecnologia recente e que vem aumentando consideravelmentesuas aplicaes nestes ltimos anos.


19/105

19

2 SISTEMAS DE AQUISIO DE DADOS

Um Sistema de Aquisio de Dados, no ingls Data Acquisition System (DAQ; um

sistema que realiza a amostragem de um sinal eltrico gerado a partir de algumfenmeno fsico e faz a converso destas informaes para um formato digital paraposteriores visualizaes, anlises, armazenamento e processamento. A partir destesistema possvel monitorar e supervisionar as variveis e os dispositivos de sistemasde controle conectados por meio de controladores.

O funcionamento de um sistema de aquisio de dados pode ser dividido em fenmenofsico, transdutores, condicionamento de sinal, converso de sinal e computador.

Na figura 2.1 apresentada uma esquemtica de um sistema de aquisio de dados eseus "subsistemas".

Figura 2.1 - Esquemtica de um Sistema de Aquisio de Dados.

Definido um fenmeno fsico que se deseja monitorar, controlar e verificar seu estado,defini-se o tipo de transdutor a ser utilizado. Este transdutor um dispositivo tal comosensores, atuadores,smart sensors, smart transducers.


20/105

20

No caso dos dispositivos de entrada, como os sensores (transdutores), estes produzemum sinal eltrico analgico a partir de uma determinada grandeza fsica. Como exemplo,os termopares convertem a temperatura do ambiente, no qual esto inseridos, em umsinal analgico proporcional.

Existem sensores intrusivos e no intrusivos, que correspondem a sensores queinterferem diretamente com o meio onde realizam as medies, e que no interferem,respectivamente. Como exemplo pode-se citar sensores de caudal de turbina, os quaisso inseridos no escoamento e desta maneira so sensores intrusivos, e os sensores decaudal por ultrassons, que no so intrusivos.

Esta gerao de sinal eltrico feita pelos sensores est submetida a vrios tipos deinterferncias e rudos. Para evitar erros, sua propagao e adequao da forma de onda

numa forma apropriada para o equipamento de medio; necessrio realizar ocondicionamento do sinal, onde so realizados principalmente a filtragem, amplificao,linearizao, isolamento e alimentao do sinal eltrico criado.

A converso de sinais eltricos responsvel pelo gerenciamento dos sinais de entrada esada medidos e/ou controlados. responsvel tambm pelo processamento dos sinaisgerados pelos transdutores e tratados pelo condicionamento de sinal, e realiza aconverso de sinais analgicos para digitais e de sinais digitais para analgicos; destamaneira ocorre a comunicao dos transdutores com o computador.

O equipamento de aquisio de dados no funciona sem software, pois este o quetransforma o sistema em uma aquisio completa de dados, visualizao e controle desistemas.

No computador, utilizado um software especfico para a aquisio completa de dados,onde ocorrem a visualizao desses dados e controle de sistemas. Deste modo, aquiloque foi medido ou que ser controlado, ser bem supervisionado, assim como os valoresatuais e histricos das variveis desejadas.

Existe uma grande gama de softwares disponveis para a aquisio de dados, desde ossoftwares especficos para determinadas aplicaes a plataformas de desenvolvimentode aplicaes de alto e baixo nvel. Neste trabalho, a aquisio de dados das aplicaesdesenvolvidas sero realizadas atravs do CLP CompactRIO e o software LabVIEW,ambos da National Instruments, mas tambm sero comentados outros hardwares deaquisio de dados (alguns tambm realizam controle) que podem ser integrados com osoftware LabVIEW


21/105

21

2.1 Outros Sistemas de Aquisio de Dados.

Existem inmeras configuraes e abordagens para solues diferentes para sistemas de

Aquisio de Dados, assim so divididos quatro em vertentes.

A vertente de placas internas, onde so placas inseridas diretamente em umslotda placame do computador, e ocorre a conexo via cabo com os sinais de entrada e sada.Vertente de sistemas USB, onde o sistema externo e ligado ao computador via portaUSB, assim ocorre a comunicao de modo rpida e segura, alm da grandeversatilidade. Vertente de Sistemas de comunicao Serial, onde o sistema tambm externo e a ligao com o computador ocorre atravs de cabo serial, estes cabos podemser bastante longo mas a comunicao relativamente lenta, no permitindo frequnciasde amostragem muito altas. E a vertente dos Controladores Lgico Programveis

(CLPs), que so sistemas mais voltados para aplicaes industriais, e assumem diversasformas e desempenhos, estes incorporam o sistema de aquisio de dados,desempenham a monitorao e controle de forma independente e podem ser conectadosao computador apenas para programao e a superviso externa, tipicamente somodulares, robustos e com mdulos conforme as necessidades de entrada e sada.

Figura 2.1.1 - Exemplos de dispositivos de aquisio de dados. a) Placa interna; b) Placacom sistema serial; c) Sistema USB; d) CLP.

Fonte: LABVIRTUAL, 2007.

Como previamente comentado, em todas as aplicaes deste trabalho a aquisio dedados foi feita a partir do CLP CompactRIO e o software LabVIEW, mas neste itemsero abordadas algumas caractersticas de outros equipamentos de aquisio de dados


22/105

22

que so bastante difundidos e utilizados em ambientes no somente laboratoriais comotambm industriais.

2.1.1 NI USB 6009 - National Instruments

A placa NI USB 6009, da National Instruments, possui oito entradas analgicas para omodo RSE (Single-Ended) ou quatro entradas para o modo diferencial. O primeirocomentado possui resoluo de 13 bits para a faixa de amplitude do sinal de entrada,captando ao mximo a faixa entre -10 e +10 V e mnimo de -1 a +1 V. J o segundo

possui resoluo de 14 bits realizando a captao mxima na faixa de -20 a +20 V e nomnimo -1 a +1 V. A placa NI USB 6009 possui tambm duas sadas analgicas, 12canais de entrada/sada digital e um contador de 32 bits.

Sua taxa de amostragem mxima de 48000 amostras por segundo e compatvel comLabVIEW, LabWindows/CI e Measurement Studio for Visual Studio.

Figura 2.1.1.1 - NI USB 6009.

Fonte: DE OLIVEIRA, 2008.

As entradas e sadas do dispositivo so dispostas como apresentado na figura 2.1.1.2.Sua arquitetura onde so encontrados o microcontrolador, suas entradas e sadas, fontede alimentao e seus barramentos, apresentada na figura 2.1.1.3.

A conexo da placa de aquisio de dados NI USB 6009 com o computador feita pormeio de cabo USB, e suas configuraes de software e comunicao com o LabVIEWsero abordados no item 2.3 (Aquisio de dados a partir de placas USB no LabVIEW),

deste trabalho.


23/105

23

Figura 2.1.1.2 - Conexes do dispositivo.Fonte: NATIONAL, 2012.

Figura 2.1.1.3 - Arquitetura NI USB 6009.Fonte: NATIONAL, 2012.


24/105

24

2.1.2 NI CompactDAQ - National Instruments

O NI CompactDAQ outro sistema de aquisio de dados da National Instruments, que

visa a simplicidade de aplicao com dispositivo do tipo plug and play, conexo com ocomputador por USBpermitindo o sensoriamento em bancadas, no campo e em linhasde produo.

Possui um sistema modular com uma grande variedade de mdulos, dentre eles, comomdulos de conversores analgico/digital (A/D), mdulo de rels, mdulos de entradase sadas digitais e analgicas, e outros mdulos especficos para diversas aplicaes.Seus mdulos so padronizados e permitem a utilizao dos mesmos no controladorlgico programvel NI CompactRIO e outras plataformas de controle e mediestambm da National Instruments.

Figura 2.1.2.1 - O CompactDAQ.Fonte: NATIONAL, 2009.

Diferentes de muitos outros sistemas de aquisio de dados, o NI CompactDAQ noutiliza rels eletromecnicos para o chaveamento de sinais da entrada analgica. Estesrels sofrem desgastes ao longo do tempo, o que pode provocar falhas nos sistemas etestes.

Ao invs da utilizao de rels para tal finalidade, o NI CompactDAQ utilizamultiplexadores de estado slido que no sofrem desgastes com o tempo e podemchavear canais de entrada com taxas de 250 mil vezes por segundo, garantindo

medies de alta velocidade e exatido, ao invs de taxas de 1 mil vezes por segundodos rels.


25/105

25

Possui comunicao com os softwares como LabVIEW, LabWindows/CVI e VisualStudio.NET, atravs dos driversNI-DAQmx, DAQ Assistant e outras funcionalidades,

possibilitam caractersticas de alto desempenho como multi-threadinge compactao dedados. Pelo LabVIEW, so disponibilizadas ferramentas, ambientes especficos para

automao, testes, monitoramento, medies e controle de sistemas.

2.1.3 O Arduno

O Arduno uma plataforma de prototipagem eletrnica de hardware livre, com ummicrocontrolador Atmel AVR, com suportes de entrada/sada digital e analgica,visando a comunicao com os instrumentos envolvidos no sistema a ser controlado,interface serial ou USB para a comunicao com o computador, com uma linguagem de

programao semelhante e baseada em C/C++.

Seu objetivo a criao de ferramentas e sistemas flexveis, acessveis, e de fcilimplementao. Bastante utilizada em laboratrios, ambientes acadmicos e tambmconta com grandes aplicaes em indstrias e sistemas complexos aproveitando suascaractersticas de sistemas embarcados simplicidade na programao e grande liberdadena utilizao em diferentes aplicaes.

Figura 2.1.3.1 - Vista superior do Arduno UNO.Fonte: ARDUINO, 2011.

Um importante aspecto do Arduno a maneira padro que seus conectores soexpostos, o que permite a interligao a outros mdulos expansivos, outros circuitosdesenvolvidos, o que garante uma gama muito grande de possibilidades de aplicaes

com diversos tipos de sensores e atuadores em conjunto com o Arduno.


26/105

26

Existem vrias verses e placas diferentes de Arduno, com caractersticas diferentes,mas todas com o mesmo conceito de conectores expostos. Existe tambm uma grandevariedade de dispositivos e mdulos expansivos para a complementao do sistemadesenvolvido com o Arduno, alm de outras placas, acessrios e kits todos

desenvolvidos baseados na tecnologia Arduno para uma maior flexibilidade doproduto.

O Arduno possui mdulos de comunicao USB, serial,Bluetooth, WiFi e outros, e suaprogramao no computador realizada pelo seu software Arduno IDE, geralmentecom conexo via USB ou serial com o computador, permitindo a programao einterao em tempo real. Sua comunicao com o LabVIEW tambm ocorre via USB.

2.2 Aquisio de dados a partir de placas USB no LabVIEW.

Nesta seo ser apresentada uma descrio passo a passo da implementao econfiguraes de sistemas de aquisio de dados a partir de comunicao via USB entrea placa e o computador a fim de realizar a aquisio de dados pelo LabVIEW.

A abordagem deste tpico importante no apenas pela utilizao do LabVIEW nestamonografia, mas como foi confirmado a versatilidade e a eficincia na aquisio de

dados, controle, simulao e criao de um sistema supervisrio a partir do mesmo, setorna relevante comentar a possibilidade de sua aplicao com outros equipamentos deaquisio de dados e de dispositivos de entrada e sada.

Aps os driversde aquisio de dados (NI-DAQ e DAQmx), terem sidos devidamenteinstalados, conectou-se a placa de hardware do tipo USB ao computador. Ao plugar a

placa, certificou-se que o computador reconheceu o dispositivo, caso contrario, serianecessrio executar novamente a ao ou reiniciar a ao.

No LabVIEW, selecionou-se o bloco DAQ Assistant, encontrado em: functions >Express > Input > DAQ Assistant. Assim que arrastado para o ambiente deprogramao, uma tela de configurao se abrire.

Em seguida, seleciona-se que tipo de funo de dispositivo ser utilizada: AcquireSignal (read) ou Generate Signal (write). Para a aplicao de aquisio de dados,utiliza-se a opoAcquire Signal.

Aps estes passos, uma nova janela se abrir com as possibilidades de aquisio.Geralmente utilizada a aquisio de tenso (Voltage), mas de acordo com asnecessidades do projeto e a disponibilidade do sistema de hardware, pode-se escolheroutro tipo.


27/105

27

Caso o LabVIEW no reconhea a placa de aquisio, ser fornecida uma mensagem deerro com os dizeres:No supported devices found. Caso isto ocorra, deve-se certificar sea placa esteja devidamente conectada no computador e aguardar o seu reconhecimento.

Aps o reconhecimento da placa, seleciona-se qual/quais ser/sero a(s) entrada(s) areceber o sinal da placa.

Na prxima janela so definidas as configuraes. necessrio certificar que o range deentrada da placa de aquisio compatvel com o sistema externo. Recomenda-se usar

Diferential para aquisio de um sinal diferencial de tenso eRSEpara aquisio comrelao ao Terra interno da placa

Feito isso, a placa j est configurada e pronta para escrever novos programas edesenvolver os projetos desejados no LabVIEW.


28/105

28

3 CONTROLE DE PROCESSOS

O controle do processo visa garantir o comportamento ideal da planta, diminuindo seus

erros e otimizando o processo em todos os nveis, seja em velocidade, preciso, comotambm aumentando a segurana do trabalhador, melhores condies de trabalho emaior rentabilidade.

Uma forma de se realizar o controle do processo em questo, utilizando-sedispositivos de entrada (sensores), controlador e dispositivos de sada (atuadores). Estesequipamentos em conjunto realizam a aquisio dos dados do processo, processamentodestes dados baseado na lgica desenvolvida e a atuao no processo como resposta daanlise dos dados para que as variveis e a situao do processo estejam sempre nos

valores e comportamentos desejados.

A figura 3.1 exemplifica o ciclo do controle de um processo assim como a relao dosdispositivos comentados.

Figura 3.1 - Dispositivos de entrada, sada e controlador em um processo.

Existe uma diversa gama de dispositivos utilizados em processos para a automao comcaractersticas e funcionalidades diferentes. Definido um fenmeno fsico que se desejamonitorar, controlar e verificar o seu estado, so definidos assim os tipos e quaisdispositivos sero utilizados, que so: dispositivos de entrada como sensores, botoeiras,

smart sensors; dispositivos de sada, que so os atuadores; e o controlador a serutilizado.

Os dispositivos de entrada (sensores) so dispositivos utilizados para mensurar asvariveis desejadas do processo respondendo de forma eltrica aos estmulos


29/105

29

fsico/qumicos. A sua resposta em forma de sinal eltrico, corrente ou tenso, condicionada e tratada a fim de evitar distrbios, rudos e tornar o sinal em uma escalaadequada para a transmisso e leitura dos dados. E a partir da resposta condicionada dosensor, se tm a leitura e a analogia do valor do sinal eltrico para um valor da varivel

desejada, como temperatura, vazo, velocidade de motores e outros; alm de gerarhistricos e a partir da lgica desenvolvida controlar os dispositivos de entrada e sada.

Os dispositivos de sada so dispositivos que a partir das instrues geradas pelocontrolador, em forma de sinais eltricos, realizam algum trabalho do processo. Ou seja,recebem informao e atuam no sistema. Alguns exemplos de atuadores so motores,

buzinas, alarmes sonoros, luzes, vlvulas, contatores ou qualquer outro elemento querealize um comando recebido de outro dispositivo, com base em uma entrada oucritrios pr-definidos.

Neste captulo ser apresentado, de forma geral, o Controlador Lgico Programvel que um dispositivo de controle amplamente utilizado nas indstrias atualmente. Tambmse abordar o funcionamento dos controles on/offe PID utilizados nas aplicaes destetrabalho e, por fim, ser feita uma breve apresentao do controlador CompactRIO.

3.1 O Controlador Lgico Programvel

O Controlador Lgico Programvel (CLP), do ingls Programmable Logic Controller(PLC), o controlador indicado para lidar com sistemas caracterizados por eventosdiscretos. As entradas e/ou sadas digitais so os elementos discretos, as entradas e/ousadas analgicas so os elementos variveis entre valores conhecidos de tenso oucorrente.

Os CLPs so originais dos painis eltricos de rels (Relay Sequencers), e compartilhamcaractersticas similares como a linguagem de programao e acionamento de relscomo dispositivo de sada.

Um CLP um computador de pequeno porte, autocontido e robusto, desenvolvido paracontrolar processos em ambientes hostis e industriais. Um exemplo de um CLP apresentado conforme a figura 3.1.1.

Cada CLP constitudo de um microprocessador que devidamente programado para

acionar os dispositivos de sada baseado nos valores fornecidos pelos dispositivos deentrada. Tambm possui uma fonte de alimentao, memria de programa, memria de


30/105

30

dados, barramentos e mdulos de entrada e sada digital e analgica. A representao desua arquitetura ilustrada na figura 3.1.2.

Figura 3.1.1 - Exemplo de um CLP.

Fonte: BARBOSA, 2011.

Figura 3.1.2 - Arquitetura de um CLP.

Fonte: CARRILHO, 2012.

Seu princpio de execuo baseado na leitura dos sinais de entrada, definido umperodo de varredura (perodo de amostragem); e a execuo do programa de controle eatualizao dos sinais das sadas de acordo com as decises determinadas pela lgicadefinida. Esta sequncia apresentada na figura 3.1.3.


31/105

31

Figura 3.1.3 - Princpio de funcionamento CLP.Fonte: DA SILVA, 2007.

A fonte de alimentao responsvel por converter a tenso da rede em +5VCC,+12VCC ou +24VCC, que alimentam os circuitos eletrnicos, entradas e sadasassociados ao CLP.

Sua unidade de processamento (CPU), composta por microprocessadores, onde ocorrea manipulao dos dados e as tomadas de decises para as sadas.

A memria do programa supervisor onde so armazenados os dados, os comandos e oprograma supervisor em si, que responsvel pelo gerenciamento de todas as atividadesdo CLP. No pode ser modificada pelo usurio e a memria de armazenamento geralmente do tipo PROM, EPROM e EEPROM.

A memria de dados onde so armazenados os valores do programa do usurio, comoos cdigos de erro, as senhas definidas e valores de contadores e temporizadores, assimcomo os dados de entrada e sada onde a CPU busca as informaes para a tomada dedecises para o processo.


32/105

32

3.1.1 Programao de CLPs

Para a programao de um CLP, existem diferentes linguagens aplicveis. O

responsvel pela padronizao dessas linguagens de programao o InternationalElectrotechnical CommitteeIEC, sendo a norma IEC 6 1131-3.

A partir da norma IEC 1131-3, so definidas as seguintes linguagens de programao deCLPs que se dividem em dois grupos, as linguagens grficas e linguagens textuais.

Em linguagem grfica temos os Diagramas de Funes Sequenciais (SequentialFunction Chart - SFC), Diagramas de Contatos (Diagrama Ladder, Ladder Diagram -

LD) e Diagramas de Blocos de Funes (Function Block Diagram - FBD).

E em linguagem textual, existem a Lista de Instrues (Instruction List - IL) e TextoEstruturado (Structured Text - ST).

Entre essas linguagens a escolhidapara fazer a programao do CLP utilizado nestamonografia, foi a linguagem disponibilizada pelo software utilizado, o LabVIEW, que uma linguagem de blocos desenvolvida pela National Instrumets. Esta escolha devidoa sua facilidade de implementao, blocos intuitivos de utilizao e ampla

possibilidades de programaes e conexes com outras plataformas, como linguagemC/C++ e cdigos de Matlab.

A figura 3.1.1.1 representa um exemplo de cdigo de programao em linguagem deblocos desenvolvida nosofwareLabVIEW.

Figura 3.1.1.1 - Exemplo cdigo LabVIEW.Fonte: UFSM, 2007.


33/105

33

3.2 Controle on/off

Ser brevemente comentado nesta seo sobre o tipo de controle on/off(liga/desliga), e

onde esta tcnica de controle foi utilizada durante a aplicao a ser descrita no captulo5, subcaptulo 5.3. Na aplicao desenvolvida foram acionados rels de estado slido domdulo de rels NI 9485 da National Instruments.

O controle on/off a forma de controle mais simples existente e tambm a mais barata,por isso extremamente utilizada, onde h a comparao do sinal de entrada com doissinais de referncia, tambm denominados de set-points. Quando o valor do sinal deentrada fica menor que o limite inferior dos sinais de referncia, a sada do controlador ativada acionando o atuador em sua potncia mxima. E quando o valor do sinal deentrada fica acima do limite superior dos sinais de referncia, a sada do controlador

desligada e como consequncia o atuador tambm fica desligado.

Deste modo o sistema de controle fica oscilando entre a faixa compreendida entre osdois sinais de referncia definido, variando de um valor mximo a um mnimo noatingindo nenhum valor especfico.

Nos controladores on/off, a atuao obtida em funo do sinal do erro do sistema.Onde para diferentes valores do erro "e", a resposta do sistema "u(t)" assume doisvalores diferentes "u1" e "u2". O erro a comparao do sinal de entrada do sistema, ovalor da varivel que est sendo medida, com oset-pointdefinido.

Equao 3.2.1 - Resposta de um sistema on/off.

Na figura 3.2.1, apresentado um esquema de diagrama de bloco de um sistema comcontrole on/off. possvel notar o valor de entrada (set-point), a comparao com o

sinal de sada e o erro encontrado. A partir deste erro, tem-se a atuao do controleon/offdo sistema.

Figura 3.2.1 - Diagrama de blocos controlador on/off.


34/105

34

Um exemplo para associao uma geladeira, onde uma faixa de temperatura definidapara sua operao, como exemplo entre 7 e 13C, e o seu motor acionado paratemperaturas maiores que 13C, e desligado para temperaturas menores que 7C,repetindo este ciclo mantendo a temperatura da mesma na faixa desejada. Este modelo

pode ser melhor compreendido analisando o grfico da figura 3.2.2 que representa oslimites superiores e inferiores onde ocorre o acionamento do motor de uma geladeira.

Figura 3.2.2 - Controle on/offde temperatura.Fonte: ETEC, 2012.

Na figura 3.2.3, possvel perceber o acionamento do atuador quando recebe valor on(ligado), interferindo na varivel controlada fazendo com que a mesma aumente o seuvalor, e quando no acionado, nos momentos recebe valor off (desligado), ocorre a

diminuio no valor da varivel controlada.

Figura 3.2.3 - Relao acionamento on/offe atuador.Fonte: SENAI, 1999.

A maior limitao de um controle on/off que o sistema no opera em um pontoespecfico, o sistema no fica estvel em nenhum ponto da grandeza controlada, omesmo oscila entre o ponto desejado entre os limites inferiores e superiores.


35/105

35

Outro grande problema que ocorre um grande chaveamento no equipamento deatuao para que se controle a grandeza na faixa desejada, e este rpido chaveamentodiminui a vida til de equipamentos.

3.3 Controle PID

O controle Proporcional, Integral e Derivativo (PID) uma tcnica que visa aminimizao do sinal de erro de um sistema. Onde este erro a diferena entre o valorde entrada, valor para qual o sistema deve convergir, e o valor da sada, valor real ondeo sistema se encontra.

Trata-se da unio das tcnicas de controle Proporcional (P), Integral (I) e Derivativo(D). Com a unio destas 3 tcnicas grande parte dos problemas industriais soresolvidos, alm de sua capacidade de implementao em sistemas cujo modelomatemtico desconhecido.

Em suma, em um diagrama de blocos, os ganhos do controlador PID se encontram naseguinte maneira como indicado nas figuras 3.3.1. e 3.3.2.

Figura 3.3.1 - Diagrama de blocos com controlador PID.

Figura 3.3.2 - Diagrama de blocos com ganhos do controle PID.


36/105

36

E a partir disto, o clculo do controlador PID envolve trs parmetros: Proporcional,Integral e Derivativo. A frmula do PID dada por:

Equao 3.3.1 - Frmula matemtica controlador PID.

Onde R(s) o sinal de referncia (set-point), e(t) o sinal de erro, u(t) a lei de controleaplicada na planta ou processo, Y(s) a sada do sistema. E Kp, Ki e Kd so os ganhos

proporcional, integral e derivativo respectivamente que definem a intensidade de cadaao.

A ao proporcional age proporcionalmente ao erro entre a entrada e a sada do sistema,assim, com uma perturbao no sistema, se necessita de um ganho Kp alto para que asada do processo seja prxima ao valor de referncia.

O controlador proporcional tem o efeito de reduzir o tempo de subida, mas sem acapacidade de eliminar o mesmo, em uma ao imediata e proporcional; mas emcontrapartida, aumenta o overshootdo sistema e o erro em regime permanente

A ao do controlador integral tem como efeito eliminar o erro de regime estacionriode maneira gradual estabilizando a malha, mas pode tornar a resposta transitria pior,aumentando o tempo de acomodao do sistema e tambm aumenta o overshoot, o

perodo de oscilao e tempo de estabilizao.

O controle derivativo tm o efeito de aumentar a estabilidade do sistema reduzindo oovershoote melhorando a resposta transitria, mas no afeta o tempo de subida nem oerro em regime permanente.

Deste modo, essas correlaes nos valores dos ganhos dos controladores podem no serprecisos, isto pois os mesmo so dependentes um do outro, alm de que a alterao deuma destas variveis afeta diretamente o efeito das outras.

De forma resumida, os efeitos dos ganhos Kp, Ki e Kd em um sistema de circuitofechado resumidos so apresentados na tabela da figura 3.3.3.


37/105

37

Figura 3.3.3 - Relao ganhos de um controlador PID.Fonte: MICHELS, 2011.

3.3.1 Acionamento por PWM

Por meio do controle PID, o sinal de controle gerado acionou um motor de correntecontnua de 5V atravs de modulao por largura de pulso.

O acionamento de motores por modulao por largura de pulso, ou do ingls pulsewidth modulation(PWM), utilizado para o controle de velocidade variando o valor da

potncia entregue ao mesmo, e esta variao no valor da potncia ocorre com afrequncia de chaveamento de dispositivos eletrnicos, ou na frequncia de sinais 0 ou 1(true or false, ou aberto ou fechado) como no caso aplicado neste trabalho, que acionamo circuito para o funcionamento do motor ou deixam o circuito aberto de modo que omotor no seja acionado.

Quando o circuito est fechado, o motor recebe potncia mxima e atua em sua potnciamxima, j quando o circuito est aberto, nenhuma potncia aplicada ao motor e esteno entra em funcionamento.

Seguindo esta analogia, se a chave (ou pulso) que alimenta o circuito do motorpermanecer chaveando de forma rpida a fim de que 50% do tempo o circuito estejaaberto e nos outros 50% o circuito esteja fechado, deste modo, ser entregue 50% de

potncia para o motor e este funcionar em uma velocidade de 50% de sua velocidadetotal.

Desta forma, definimos uma relao em porcentagem entre o tempo que a chave, oupulso no valor 1, permanece alimentando o circuito. A porcentagem de tempo em que osinal est sendo transferido ao motor, perodo de chave fechada ou perodo em que o

pulso est em valor 1, chamado de duty cycle. Na figura 3.3.1.1, representado o dutycycle de 50%, e a tenso mdia tambm de 50% aplicada.


38/105

38

Figura 3.3.1.1 - Exemplo duty cycle.Fonte: Alves, 2009.

Assim, variando a largura do pulso, que variar o tempo em que o pulso permanece emsinal 1 ou variar o tempo em que a chave est fechada no circuito, so obtidos dutycyclesdiferentes e consequentemente potncias diferentes so aplicadas ao motor. Este

princpio de funcionamento apresentado na figura 3.3.1.2, onde tm-se exemplos de1% e 99% de potncia sendo aplicada, o que correspondem respectivamente a um dutycylede 1% e de 99%.

Figura 3.3.1.2 - Exemplos PWM.Fonte: ALVES, 2009.

Na prtica, este dispositivo que chaveado rapidamente, geralmente um transistorbipolar, um FET de potncia, um IGBT ou outras dispositivos que atendem aosrerequisitos de chaveamento e tenso a eles aplicados, e a estes dispositivos algumcircuito de controle oscilador para gerar a frequncia de chaveamento, ou uma sada

programada em computador ou ainda algum controlador que tenha como resposta agerao de pulsos na frequncia desejada.


39/105

39

Este o princpio bsico do controle PWM, modula-se a largura do pulso a fim decontrolar o ciclo ativo (duty cycle) do sinal aplicado em um motor ou em uma carga e,com isso, a potncia aplicada no mesmo.

3.4 O CompactRIO e LabVIEW

O CompactRIO (CRIO) um Controlador Lgico Programvel da NationalInstruments, voltado a aplicaes industriais com registro remoto de dados, monitoraode condio, rudo, vibrao, parmetros estruturais e a monitorao de sua energiaeltrica.

Possui caractersticas de ser modular, possuir pequenas dimenses, amplo poder deprocessamento de sinais, reconfigurvel, robustez mecnica e propriedades dedesempenho em tempo real; destinado a aplicaes de controle e aquisio de dadosonde se exigido alto desempenho.

Sua arquitetura composta pelo chassi, mdulos de entrada e sada e o controlador detempo real, conforme ilustram as figuras 3.4.1 a 3.4.4.

Figura 3.4.1 - Tipos diferentes de chassi do CRIO.Fonte: NATIONAL, 2013.


40/105

40

Figura 3.4.2 - Controladora.Fonte: NATIONAL, 2013.

Figura 3.4.3 - Mdulos de Entrada/Sada.Fonte: NATIONAL, 2013.

Figura 3.4.4 - O CompactRIO.Fonte: NATIONAL, 2013.

O LabVIEW, tambm da National Instruments, um software que permite rapidez na

programao em tempo real de sistemas. constitudo de uma rea de programao euma rea para interface homem-mquina (painel frontal). Por meio da programao do


41/105

41

LabVIEW, so realizados o controle do processo, a aquisio de dados e a criao dosistema supervisrio. E no painel frontal, onde se encontra o sistema supervisrio, sorepresentados todas as caractersticas, valores, alarmes e outras propriedades desejadasdo processo.

Figura 3.4.5 - Exemplo programa em LabVIEW.Fonte: NATIONAL, 2003.


42/105

42

4 COSIMULAO

Uma maneira de se obter uma ponte entre a simulao e a construo final de um

sistema a simulao a partir de processor-in-the-loop (PIL) e real-time-hardware-in-the-loop (RT-HIL). Essas solues aumentam o realismo nas simulaes e fornecemacesso a rerequisitos de hardware que no so disponveis em simulaes que utilizamapenassoftwares.

O CompactRIO junto ao LabVIEW pode ser utilizado para a realizao de cosimulaesdo tipo PIL e HIL possibilitando projetar e simular o funcionamento de um controlador

j em seu hardware(nesse caso o CompactRIO) sem a presena a planta fsica, uma vezque esta poderia ser simulada no LabVIEW ou em outro softwareque se comuniquecom este. Isto confere segurana quando se necessita realizar testes em plantas de

grande porte e/ou caras, ou ainda, que apresentem alta periculosidade de forma que seucontrole no possa apresentar problemas.

Nestas simulaes com a utilizao de sistemas PIL e RT-HIL, possvel obter ostestes do software de controle programados, sendo executados em um prottipo virtualda planta, onde este modelo da planta e o cdigo gerado para o controle executado nohardwarede tempo real.

Nas simulaes PIL, alguns equipamentos e hardware so utilizados para se obter

situaes mais reais onde o algoritmo de controle ser executado. O sistema desimulao utilizado em testes com a tcnica PIL no so de tempo real, e suacomunicao com o controlador e o computador dada via porta serial.

A operao desoftwareem tempo real dada pelos testes HIL, o que permite dividir osproblemas que sero analisados nas simulaes em duas partes a serem verificadas eanalisadas separadamente. Na etapa HIL de simulao, includo a emulao eltrica desensores e atuadores em uma plataforma de tempo real, e os valores dos sinais emuladosso controlados pela simulao da planta. Desta forma, a comunicao entre o

processos de simulao HIL, com o controlador e os dispositivos de entrada/sada dada a partir de plataformas de aquisio de dados.

Deste modo, para garantir a simulao do sistema antes de sua validao final, oalgoritmo de controle implementado testado primeiramente em uma modelo de plantasimulado atravs do mtodo PIL, e posteriormente usando o mesmo modelo de planta, testado atravs da simulao RT-HIL, e por fim o hardware validado.

Neste captulo feita uma breve abordagem acerca das cosimulaes PIL e HIL. Apesarde tais cosimulaes no serem aplicadas neste trabalho, importante ressaltar a

possibilidade da sua realizao com o CompactRIO junto ao LabVIEW devido s suas

caractersticas operacionais em especial aquela que possibilita a realizao de controle


43/105

43

em tempo real. Tal informao se faz importante ao se visar o uso do CompactRIO eLabVIEW em aplicaes futuras de cosimulaes PIL e HIL.

4.1 Processor-in-the-loop(PIL)

A simulao PIL o primeiro mtodo para se testar o algoritmo de controleimplementado no controlador. Neste estgio o modelo de simulao interage com ocontrolador via porta serial. o Virtual Test Bed (VTB) no um softwarede simulaoem tempo real, mas este simula a planta em um intervalo de tempo e envia as sadas dosistema para o controlador.

Quando o Controlador recebe estes dados da planta simulada, o mesmo executa seuscdigos de controle e envia, tambm por conexo serial, os sinais de controle para a

plataforma de simulao.

Nesta etapa, a simulao de um ciclo de amostragem est completo e a planta executanovamente este procedimento para o prximo ciclo de amostragens.

Nestes estgios possvel determinar os parmetros para o controle da planta, mas no

leva em conta algumas variveis envolvidas entre o controlador e a planta, comovariaes no sinal PWM gerado pelo controlador e a preciso da conversoAnalgico/Digital dos sinais.

4.2 Real Time Hardware-in-the-Loop(RT-HIL).

A fim de se testar precisamente o algoritmo de controle implementado, a simulao RT-

HIL executada por um sistema de simulao HIL, como um ambiente de hardwarepara simulao de prottipos e controle de sistemas em tempo real possuindo interfacesde entrada/sada.

Esta fase de testes pode ser considerada a ltima etapa antes da validao de umsistema, onde a partir deste processo, o usurio pode verificar a correo do algoritmo etambm a sua capacidade de atender os requisitos e restries de tempo real quando emexecuo no real hardwaredo sistema.

Na figura 4.2.1, apresentado um exemplo de plataforma RTVTB de simulao HIL,que possui uma interface de aplicao de tempo real,Real-Time Application Interface


44/105

44

(RTAI), que utilizado para a criao de tarefas para o hardware, atravs deprogramao no ambiente Kernel no Linux. Ela possui tambm uma plataforma deaquisio de dados (DAQ), onde feita a comunicao do controlador, os dispositivosde entrada/sada do sistema e a plataforma de simulao.

Figura 4.2.1 - Exemplo da arquitetura de uma plataforma HIL.Fonte: JIANG, 2004.

Deste exemplo de plataforma HIL, o RTVTB l as entradas analgicas, que seriam ossinais de controle, da plataforma de aquisio de dados; o RTVTB Solver, calcula os

estados do sistema virtual na amostragem em questo. Aps isto, o mesmo envia assadas analgicas da planta simulada para o controlador, por meio da plataforma deaquisio de dados, e o sistema de controle do controlador calcula as sadas de controle

para os prximos passos das seguintes amostragens.

O desenvolvimento de aplicaes embarcadas, assim como controles para processosdedicados, podem ser facilitados a partir das aproximaes obtidas da utilizao da co-simulao do processo pelo Processor-In-The-Loop (PIL) e Hardware-In-The-Loop(HIL). Estas simulaes so utilizadas para a validao de projetos atravs da anlise de

problemas reais relatados transmisso de dados entre controlador, processador e o

sistema.


45/105

45

5 APLICAES

Neste tpico sero abordados duas aplicaes de implementao de sistemas de

aquisio de dados utilizando o CompactRIO e o LabVIEW, assim como comentriospara a integrao e utilizao de placas de aquisio de dados via USB com oLabVIEW.

O foco deste trabalho foram a conexo do CompactRIO com o computador, princpiosde integrao do mesmo com o software LabVIEW e o desenvolvimento de aqplicaesde aquisio de dados; alm de controle e simulao de processos, juntamente com acriao de um sistema supervisrio (Interface Homem Mquina) pelo LabVIEW.

5.1 Sistema de Aquisio de Dados I - Resposta grfica e numrica

Esta primeira aplicao retrata um projeto simples e rpido para a aquisio do valor datemperatura, gerao de um grfico referente aos dados coletados e o valor pontual decada momento.

Foram utilizados o controlador NI CompacRIO 9012, mdulo de termopares NI 9211

um termopar modelo KEW T-82, o software LabVIEW e um cabo Ethernet para acomunicao do controlador para o computador.

Figura 5.1.1 -Hardwaresutilizados.


46/105

46

Clicando com o boto direito sobre o Mod1 (mdulo de termopares do CompactRIO)

e indo na aba "propriedades", possvel configurar o tipo de termopar em cada canal(K, J, L ...), e o tipo de resposta (graus Celsius, tenso, graus fahrenheit ...). Nestetrabalho foi utilizado o termopar do tipo K e definido a sua resposta como graus

Celsius.

Figura 5.1.2 - Propriedades do mdulo de termopares.

Aps um novo projeto ser criado e o CompactRIO adicionado, o que foram previamentecomentados neste trabalho; foi criado um novo VI. Para isto, foi necessrio clicar com o

boto direito na controladora CompactRIO, ir em: new > VI.

Figura 5.1.3 - CompactRIO selecionado no projeto.


47/105

47

Foram abertas duas abas, uma para o programador (aba branca) e outra como uma IHM(aba cinza). Para mudar de aba, existe o atalho ctrl + e.

Figura 5.1.4 - Abas de programao no LabVIEW.

interessante inserir as palhetas de funes e de ferramentas de programao seguindo

o caminho: view > Functions Pallete eview > Tools Pallete.

E inserir a palheta de controle na aba de IHM: view > Controls Pallete.

Figura 5.1.5 - Palheta de ferramentas (Tools Pallete).


48/105

48

Figura 5.1.6 - Palheta de Funes (Functions Pallete).

Figura 5.1.7 - Palheta de Controle (Controls Pallete).


49/105

49

Feito isto, implementou-se a aplicao seguindo os procedimentos descritos a seguir:

Na aba de programao inseriu-se um While Loop. Para isto basta na Functions Pallete

ir em: Programming > Structures > While Loop. Para inserir os blocos, deve-seselecionar e arrastar o mesmo para a aba de programao.

Figura 5.1.8 - Localizao bloco While Loop.

Arrastou-se oslotAI0 do mdulo utilizado do CompactRIO para dentro do While Loopda aba de programao.

Figura 5.1.9 - Mdulo utilizado do CompactRIO no programa.

- No boto vermelho (Loop Condition) do While Loop, clicar com o boto direito einserir: Create Constant (desta maneira o loopir rodar continuamente, parando apenascom o boto abortna execuo) ou Create Condition(que cria um boto na IHM paraencerrar o loop durante a sua execuo).


50/105

50

Inseriu-se um bloco Waitao While Loop. Ele se encontra em:Programming > Timming> Wait. Este bloco permite especificar o perodo de amostragem, que significa oquanto em quanto tempo (ms) o loop ser executado.

Figura 5.1.10 - Localizao do bloco Wait.

No While Loop inseriu-se uma Numeric Constant. Basta ir em: Programming >Numeric > Numeric Constant.Em Tools Pallete,seleciona-se a "mozinha" e com elaclica-se no nmero do blocoNumeric Constantinserido, e defini-se 100.

Neste ponto do processo, a aba de programao dever estar semelhante ao ilustrado nafigura 5.1.11:

Figura 5.1.11 - Bloco de programao com While Loop, Numeric Constant e Wait.

Selecionando a aba de IHM, inseriu-se Waveform Chart. Que se encontra na ControlsPallete em:Modern > Graph > Waveform Chart. A figura 5.1.12 ilustra este bloco.


51/105

51

Figura 5.1.12 - Localizao bloco Waveform Chart.

Inseriu-se na aba de IHM o bloco Numeric Indicator.Ela se encontra em: Modern >

Numeric > Numeric Indicator. A igura 5.1.13 ilustra este item.

Figura 5.1.13 - Localizao blocoNumeric Indicator.

Com o auxlio da seta, do Tools Pallete, arranjam-se os blocos inseridos de uma formaamigvel na aba de IHM, e na aba de programao, colocou-se estes dois os blocosWaveform CharteNumeric Indicator dentro do While Loopconforme a figura 5.1.14.

Figura 5.1.14 - Programa desenvolvido na aba de IHM.


52/105

52

Com o uso de Connect Wire da palheta Tools, conectou-se os blocos de modo a ficar daforma ilustrada na figura 5.1.15:

Figura 5.1.15 - Bloco de programao atual.

Assim o programa est concludo e pronto para ser executado. Para executar, bastaclicar emRune observar a resposta na aba de IHM. Como no projeto desenvolvido foicriado um loop sem critrio de parada, o boto Run ir executar o programacontinuamente; no sendo necessrio a utilizao do botoRun Continuosly.

Figura 5.1.16 -Run Project.

Figura 5.1.17 - Imagem da Interface Homem Mquina em execuo.


53/105

53

Para encerrar o programa, na aba de Interface clicar no boto STOPquando criado, ouemAbort Execution.

Figura 5.1.18 - Encerramento do programa.

Desta maneira, o programa de aquisio de dados que fornece a resposta grfica enumrica do sistema est concludo e devidamente em operao. Na figura 5.1.17 representada a resposta grfica entre os perodos de 66 a 166 segundos de execuo, e o

valor pontual no instante em que a imagem foi retirada. No grfico nota-se uma bruscasubida no valor da temperatura, pois o termopar foi esquentando a fim de analisar a suaresposta variao de temperatura, e posteriormente uma diminuio mais branda namesma medida em que o termopar se aproxima temperatura ambiente local semnenhum processo de retirada ou insero de calor externo.

5.2 Sistema de Aquisio de Dados II - Registrando Dados ao Disco

Esta aplicao retrata um projeto de aquisio de dados, que gera um grfico daresposta e a armazenagem dos dados amostrados em disco.

Foram utilizados o controlador NI CompactRIO 9012, um termopar modelo KEW T-82,mdulo de termopares NI 9211, software LabVIEW e cabo ethernet para comunicaoda controladora com o computador. Os rerequisitos e configuraes de hardware foramos mesmo utilizados na aplicao Sistema de Aquisio de Dados I - Resposta Grfica e

Numrica, que foi abordada no item 5.1 desta dissertao.

Primeiramente foi criardo um novo projeto no LabVIEW, definido o Real-TimeCompactRIO como Targets and Devicese selecionado o modelo de programao Scan

Mode. Aps isto, clicado com o boto direito no CompactRIO no projeto e criado umnovo VI. Estes primeiros passos esto detalhados previamente neste trabalho.

Aps isto, no projeto selecionou-se foi em file > new, e em seguida um novo StandardState Machine,que fica localizado em VI > From Template > Desgin > Standard State

Machine, como apresentado na figura 5.2.1 e por fim clicou-se em ok.


54/105

54

Figura 5.2.1 - Localizao do Standard State Machine.

Isto criar uma nova VIno projeto. E selecionando a aba de programao observadoque j existe uma simples arquitetura desenvolvida. A primeira ao ser garantir a

parada do loopj existente de forma correta.

Assim, foi criado um boto STOP, localizado em Controls Palette > Modern >Boolean > Stop,e arrastado para a aba de programao. Assim foi criada uma cpia daconstante Stop que j se encontrava no programa.

Figura 5.2.2 - Constante Stopj presente no programa.

Foi inserido tambm o bloco Select, que se encontra em Functions Palette >Programming > Comparision > Select.Desta maneira os blocos foram conectados da

maneira apresentada na figura 5.2.3.


55/105

55

Figura 5.2.3 - Conexes dos blocos.

At o momento, o State Machinepossui apenas dois estados (Initialize e Stop), assim,foi acrescentado outros estados para o correto funcionamento da aplicao, isto foicriado clicando com o boto direito sobre a constante Stop j presente no programa,selecionado Open Type Def., o que abriu outra aba. Clicado com o boto direito no itemnesta presente, selecionou-se as propriedades eEdit Items.

Em Edit Items foram inseridos os estados: Acquire, Decision e Log Data; feito isto,clicou-se em ok, salvou-se o que foi desenvolvido e fechou-se esta nova aba que foiaberta.

No diagrama de blocos, clicou-se com o boto direito na borda do Case Structuree foiselecionado Add case for every value.Isto ir definir uma estrutura do casepara cadacaso adicionado comoAcquire, Decisione os outros.

Assim, foi clicado no bloco no topo do Case Structure, selecionado Acquire. Criadouma cpia daEnumerated Constante com o valor modificado para Decision, clicandocom o boto direito no mesmo, ele foi conectado borda do Case Structure.

Esta ao foi repetida com os seguintes conjuntos de valores, do Case Structure e doEnumerated Constant criados respectivamente.


56/105

56

Initialize > Acquire.

Acquire > Decsion.

Log Data > Aquire.

Stop > Stop.

Feito isto, o Case Structured com o caso Initialize ficar como apresentado na figura5.2.4, e os outros casos anlogos.

Figura 5.2.4 - CasoInitialize.

No caso Acquire, foi programado a aquisio de dados. Foi inserido o bloco relativo entrada do termopar do CompactRIO ao Case Structures, adicionado um WaveformChart, que se encontra em Controls Palette > Modern > Graph > Waveform Chart, econectado ao bloco do termopar.

Foi inserido o blocoBuild Array, que se encontra emFunctions Palette > Array > BuildArray, sua entrada foi conectado sada do bloco do termopar, e a sada conectada

borda do While Loop. Surgir um quadrado preto na conexo do mesmo com o WhileLoop, assim foi clicado com o boto direito neste quadrado e selecionaou-se Relacewith shift register, para que deste modo as informaes fossem transferidas entre asiteraes do While Loop.

Clicou-se no quadrado laranja na borda do Case Structured, e definido Create & wireunwired casesem linked input tunnel. Deste modo, todos os casos do Case Structured,tambm tero as informaes transferidas e foram conectados os dois quadrados laranjaem todos os casos do Caswe Structured.


57/105

57

Para programar o salvamento dos dados em disco, foi selecionado o caso Log Data, edentro do Case Structured, foi inserido o bloco Write to Spreadsheet File,localizado em

Functions Palette > Programming > File I/O > Write to Spreadsheet File.

Este bloco ir criar e escrever os dados mensurados em um novo arquivo. Suaspropriedades so apresentadas na figura 5.2.5.

Figura 5.2.5 - Propriedades do bloco Write To Spreadsheet File.

Assim, foram criadas constantes conectadas em append to file? (new file:F), onde aconstante conectada foi true; e em file path (dialog if empty), onde a constante criadaindica o local onde ser criado e salvo o arquivo, o local definido neste trabalho foidireto no disco D:, e o nome criado foi dados.csv. Desta maneira nesta constante estavaescrito "D:\dados.csv", o que indica o nome do arquivo e o local onde ser salvo.

A porta 1 D data, foi conectada a linha laranja presente no cdigo, desta maneira ocdigo ficou conforme apresentado na figura 5.2.6.

Figura 5.2.6 - Caso e programao para salvar os dados em disco.


58/105

58

A programao dos outros casos ficaram da seguinte maneira como indicado nas figurasentre 5.2.7 e 5.2.10.

Figure 5.2.7 - Cdigo do casoAcquire.

Figura 5.2.8 - Cdigo do casoInitialize.


59/105

59

Figure 5.2.9 - Cdigo do caso Stop.

Figure 5.2.10 - Cdigo do casoDecision.

Desta maneira, aps o projeto e os VIs salvos, o programa que est completo foiexecutado. O programa foi executado em um curto perodo de tempo, sua resposta sedeu como apresentada na figura 5.2.11, e aps seu encerramento o arquivo com os

dados foi gerado e criado no endereo que foi indicado.


60/105

60

Figura 5.2.11 - Resposta do sistema.

O arquivo gerado do formato que abre diretamente com o Microsoft Excel, mastambm pode ser aberto em outros programas como o Bloco de Notas, e o arquivo destaaplicao apresenta os dados conforme a resposta apresentada de forma grfica no

supervisrio criado. O arquivo com os dados foi aberto no local onde foi salvo e osdados so dispostos conforme a figura 5.2.12.

Figura 5.2.12 - Dados mensurados noMicrosoft Excel.


61/105

61

5.3 Controle de Processos I - Controle on/off

Esta aplicao obtm como resultado uma interface amigvel e interativa com o

operador, onde so representados os valores pontuais da temperatura mensurada, seusvalores em forma grfica em relao ao tempo e um termmetro vertical onde se podeanalisar os valores da temperatura.

Alm disto, nesta aplicao foi desenvolvido o controle de processo de maneira aadaptar-se simplesmente a diferentes sistemas de controle de temperatura relacionados aacionamentos de rels.

Para isto foram utilizados o controlador CompactRIO 9012, um termopar modelo KEW

T-82, o mdulo de entrada de termopares NI 9211, mdulo de sada de rels NI 9485 eo software LabView.

O projeto uma simulao em LabVIEW, mas ocorre a real aquisio de dados dotermopar e o acionamento de rels, apenas no foi implementado uma sada para o rel,o que torna o projeto bastante vivel a diversas e diferentes aplicaes. Na figura 5.3.1 apresentado o projeto do LabVIEW assim como os mdulos e tags do CompactRIOutilizados.

Figura 5.3.1 - Mdulos utilizados no projeto.


62/105

62

Para o desenvolvimento desta aplicao, primeiramente foi criado um novo projeto noLabVIEW, definido o Real-Time CompactRIO como Targets and Devices, eselecionado o modelo de programao Scan Mode, e criado um novo um novo VI para o

projeto. Estes primeiros passos esto detalhados previamente neste trabalho.

Na interface do usurio, existem trs opes diferentes de controle on/off onde ooperador define qual utilizar com o processo executando.

Para a seleo de cada opo, foi criada uma varivel onde o operador pode definir osvalores 1, 2 e 3, e na lgica programada verificado a igualdade desta varivel comseus possveis valores. Quando ocorre esta igualdade, executado o cdigo programado

para esta opo. Desta maneira foram programadas as opes diferentes e assim foidefinido quando cada cdigo de cada opo ser executado.

Para cada opo definida, acionado um sinal luminoso na interface do usurioindicando o caso escolhido e suas determinadas funcionalidades.

Esta implementao das opes foi programada definindo um Numeric Control queaceita valores de 1 a 3, e na aba de programao, verifica-se a igualdade da varivelcom cada nmero. Para definir os valores que a varivel aceita, clicou-se com o botodireito em cima do bloco, selecionou-se Propriedades e em Data entry, foi definido 1como valor mnimo e 3 como valor mximo.

Como resposta, ligou-se a sada da igualdade a um Square Led, e a um Case Structure.

Deste modo, foram criados 3 Case Structures, 1 para cada caso, e 3 Square Led, queindica na aba de IHM, qual caso foi selecionado. A localizao dos elementos utilizadosso:

Functions Pallete > Programming > Comparison > Equal?.

Functions Pallete > Programming > Structures > Case Structure.

Controls Pallete > Modern >Boolean > Square Led.

Controls Pallete > Modern >Numeric > Numeric Control.

Para a aquisio de dados do termopar, foi feita uma programao de forma semelhanteaos projetos de aquisio de dados previamente comentados. O bloco do termopar foi


63/105

63

conectado ao bloco de gerao de grficos, o bloco que define valores numricospontuais e ao bloco do grfico de termmetro. Esta parte da programao ficou daseguinte maneira como indica a figura 5.3.2.

Figura 5.3.2 - Programao aquisio de dados do termopar.

Estes blocos foram inseridos dentro de um While loop. Foi adicionado um bloco Waitde250ms, e criado um boto STOP como condio de parada do While Loop.

Foi adicionado o bloco do termopar a partir de sua localizao no CompactRIO noprojeto e arrastado para o While loop.

Os blocos Waveform Chart, Numeric Indicator eThermometerse encontram em:

Controlls Pallete > Modern > Numeric >Numeric Indicator.

Controlls Pallete > Modern > Graph > Waveform Chart.

Controlls Pallete > Modern > Numeric > Thermometer.

Tambm foram utilizadas as opes no mdulo de termopares como nas aplicaes desistemas de aquisio de dados, onde foi definido o tipo do termopar, tipo K, e suaresposta em graus Celsius. Estas opes foram definidas conforme indicado na figura

5.3.3.


64/105

64

Figura 5.3.3 - Propriedades do mdulo de termopares.

Na primeira opo, o operador define a temperatura de acionamento de um rel. Destamaneira quando a temperatura estiver inferior ao set pointdefinido, o rel fica aberto, equando ela ultrapassa o set point, o rel fecha e assim acionado (Square Led) oequipamento desejado; um sinal luminoso tambm acionado e apresentado nainterface do usurio indicando o acionamento do rel.

Na figura 5.3.4 apresentada a programao do caso 1. Onde ocorre a verificao davarivel para execuo da programao da opo, o acionamento do sinal luminoso paraindicar a opo selecionada, a comparao da temperatura com o set point definido eacionamentos do rel e sinal luminoso.

Figura 5.3.4 - Cdigo caso 1.

No segundo caso, o operador define dois valores de set pointpara a temperatura, destaforma so definidas 3 regies de operao, como apresentado na figura 5.3.5.


65/105

65

Figura 5.3.5 - Regies de operao

Desta forma, na regio de operao 1, onde a regio com as temperaturas mais baixasdas regies, no ocorre acionamento de nenhum rel, consequentemente de nenhumatuador. Na regio de operao 2, um rel acionado e na regio de operao 3, doisrels so acionados.

Assim, mesmo com apenas um controle on/off, onde apenas possvel o acionamentode desligamento do rel, e por consequncia do atuador, foi criado um cdigo queapresenta uma melhor preciso e controle do processo em questo.

Na figura 5.3.6 apresentada a programao do caso 2, com lgica semelhante ao

Documents

Kledder Hugo Correia Pousas de Oliveira