13_3 - Transmissão

Instrumentação Industrial
Transmissão
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Electrotécnica
Instrumentação Industrial
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Electrotécnica
Instrumentação Industrial
sensor
sensor
A
S/H
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ADC
A
S/H
ADC
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Eléctrico
• 0 – 10 V
• 4-20 mA
• Digital
Pneumático (0,2 a1 bar)
Standard Types of Electrical Signals
0 — 1000 millivolts (mV)
0 — 20 milliamps (mA)
4 — 20 milliamps (mA)
0 — 10 volts
2 — 10 volts
-10 to +10 vollts
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Digital ou (ainda...) Analógico ?
Sinal
Transmissão
Ex.
Analógico
Analógico
Rádio
Analógico
Digital
Telefone
Digital
Analógico
Wireless/Modem
Digital
Digital
Ethernet
Amplitude (AM)
Frequência (FM)
Fase (PM)
Qualidade
Versatilidade
Distância
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Transmissão analógica
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4-20 mA Analógico
Princípio de funcionamento
Vmin  mínimo necessário para assegurar a transmissão dos 4-20 mA
1) Conversor ??  I
2) Conversor I  V
3) Alimentação
Vmax máxima capacidade de dissipação
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4-20 mA Analógico
Dimensionamento da fonte de alimentação
I/V
sensor
V/I
sensor
8V
50 W
mínimo
250 W
Ve
 4 mA  1V
V  250  
20 mA  5V
50 W
Ve = S (Rx I)
Ve  250  20.103  50  20.103  8  50  20.103
Ve  5  1  8  1  15 V
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4-20 mA Analógico
Implementação com AmpOp
R
250 W
-
ZL
iL = 4 ... 20 mA
+
vin → 1 ... 5 V
Vin = 5 V → V+ = 5 V = V–
5V
250 W
I
5
 20 mA
250
como Ig  0  I  IZ
Vin = 1 V → I =1/250 = 4 mA
Como V+  V– ,é indiferente o valor de ZL
Apenas é necessário que o AmpOp tenha
potência suficiente para manter os 20 mA
Another name for this circuit is transconductance amplifier. In electronics, transconductance is the mathematical ratio of current change divided by voltage change
(ΔI / Δ V), and it is measured in the unit of Siemens, the same unit used to express conductance (the mathematical reciprocal of resistance: current/voltage).
In this circuit, the transconductance ratio is fixed by the value of the 250 Ω resistor, giving a linear current-out/voltage-in relationship.
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4-20 mA Analógico
Exemplo
Loop-Powered 4–20 mA Sensor Transmitter
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4-20 mA Analógico
Vantagens
V/I
vin
I/V
iL = 4 ... 20 mA
RLinha
250 W
+
R
250 W
-
• Alimentação (V) e sinal (I) podem utilizar os mesmos 2 fios
• Não necessária alimentação precisa e estável
sinal de tensão (Isinal x Rcarga) é independente das variações de tensão e da resistência da linha
• Insensibilidade às quedas de tensão (RxI)  grandes distâncias
• Imunidade ao ruído (
)
• Potência (para o sinal) pode ser fornecida remotamente (localização da fonte de alimentação)
• Ligação possível de várias cargas em série
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Transmissão digital
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Digital
“1”
“0”
analógico
digital
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HART (Highway Addressable Remote Transducer)
Sobreposição de comunicação digital na comunicação analógica 4-20mA
FSK – Frequency Shift Keyed
+0,5 mA
 Sinal analógico
0
-0,5 mA
2.200 Hz
“0”
1.200 Hz
“1”
Valor médio = 0  não afecta o sinal analógico
Velocidade de transmissão de 1200 Baud(*)
20 mA
“1”
4 mA
(*)
“0”
“0”
“1”
“1”
number of distinct symbol changes (signalling events) made to the transmission medium per second.
É diferente de bps (bits por segundo)
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Master
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Slave
comman
d
Indication
Request
O “escravo” só responde,
quando interrogado pelo “mestre”
time-out
respons
e
Response
Confirmation
Hart frame format (character-oriented):
preamble
start
address
5..20
(xFF)
1
1..5
command bytecount
1
1
[status]
data
data
[2]
0..25
(slave response) (recommended)
checksum
1
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(+ info):
http://www.thehartbook.com/default.htm
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Transmissão de sinais por tensão
Analógico
Digital
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Interfaces
- Série:
RS-232 – sinais são referidos a uma terra
Ruído !
Ligação ponto-a-ponto (DTE/DCE)
Ruído
RS-422 – sinais são diferenciais (2 linhas p/ transmissão + 2 p/ recepção)
Ligação ponto-a-ponto
RS-485 – melhoramento do RS-422
Ligação multiponto
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RS-232
(hoje: EIA232F)
Single-ended [terra (referência) comum]
Representação da informação por tensão
“0” → +3 a +12 V
“1” → -3 a -12 V
2
3
5
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RS-422/485
Transmissor
Receptor
A
B
A
B
Receptor
Transmissor
VA  VB  200mV  "1"
 200mV  VA  VB  200mV  "0" ou"1" (aleatória mente)
VA  VB  200mV  "0"
422
485
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USB
(Universal Serial Bus)
• maior velocidade de transmissão (1)
• facilidade de instalação (“plug&play”)
• possibilidade de mútiplos dispositivos em cada porto
• capacidade de fornecer potência para alimentação de dispositivos
Dispositivo
USB
Porto
USB
5 m (máx)
(1)
USB 1
USB 2
USB 3
- 1,5 / 12 Mbits/s
- 1,5 / 12 / 480 Mbits/s
- 10 x mais rápida
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Interfaces
- Paralelo:
IEEE-488 – (GPIB1)
( porta paralelo/impressora)
Simplifica a ligação de instrumentos programáveis
Permite ligar instrumentos de fabricantes diferentes a um cabo standard
1
General Purpose Intrumentation Bus
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8 data lines
Signal
Dispositivo 1
Fala, Escuta
management lines
Dispositivo 2
Fala, Escuta
< 20 m
5 interface
Controlador
Controle,
Fala, Escuta
<2m
3 handshaking lines
.
.
.
Dispositivo n (15)
Fala, Escuta
IEEE 488 Bus concept
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INTERNAL
RS232
RS485
GPIB
ETHERNET
USB
Max Distance
0m
50 m
1000 m
2m
185 m
per cable segment
5m
per cable segment
Max Speed samples/sec
250 000
700
700
1 MHz
36 000
80
Number of Devices
depends on
no. of slots
1 per cable
31 per cable
14 per cable
29 per cable segment
8
Computer Adaptor
No
No
Yes
Yes
Yes
No
Microlink Hardware
500 Series
1500 & 3000 Series
1500 & 3000 Series
3000 & 4000 Series
600 & 3000 Series
700 Series
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PWM (Pulse Width Modulation)
Se
>
“1”
(senão “0”)
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Valor médio
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T
A
B
SPAN
C
OFFSET
80%
" duty cycle " 
B C
tON

AC
T
10%
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“Reconstrucção” do sinal
50 ms
f = 20 kHz
Detecção VL → VH
{
Inicia timer t;
}
Detecção VH → VL
{
Pára timer t;
}
t  DVmáx
VIN =
50ms
50 ms
t
DVmáx
VIN
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•
Simplex
– Um único sentido
•
Half duplex
– Dois sentidos, mas apenas um de cada vez
•
Full duplex
– Dois sentidos simultâneamente
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Amplitude
do sinal (V)
Comprimento
da ligação
f
(d)
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Linhas de transmissão
R
2
L
2
L
2
C
G
R
2
Z0 
j L  R
jC  G
(dependente de f )
G – representa as perdas capacitivas
[.../m]
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“Jitter”
At the Digital Out of a $100 CD-player we have the same 1's and 0's as we do in the $30,000 player.
The only difference is in the Jitter content.
The presence of Jitter means that the data (the 1's and the 0's) is not perfectly time-aligned,
but is transmitted either slightly earlier or later than it should be in the ideal case
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1 Mbps – sinal problemático
3,4 Mbps – sinal irrecuperável
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Regra heurística:
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Tipo
Velocidade
Distância
RS-232
< 20 kbps
< 15 m
RS-485
< 10 Mbps
< 600 m
IEEE-488
< 1Mbps
<4m
4-20 mA
< 19,2 kbps
< 610 m
Data rate [bits/s] x Comprimento [m]  108
(c/ par trançado de qualidade standard)
50 m 
f
 20 MHz
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Outras formas de comunicação de dados:
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“Redes Industriais” (3ºA/2ºS)
•RS-232
•RS-485
•Current Loop
•RS-485
•Fiber Optics
•Modbus
•Data Highway + /DH485
•HART
•ASI Bus
•DeviceNet
•Profibus PA/DP/FMS
•Foundation Fieldbus
•Industrial Ethernet
•TCP/IP
•Radio and Wireless
Seven Layer OSI Network Model
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Single ended – Diferential ended
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PXI (PCI eXtensions for Instrumentation)
designed for measurement and automation applications that require high-performance and a rugged industrial form-factor
PXI combines PCI electrical-bus features with the rugged, modular, Eurocard packaging of CompactPCI, and then adds specialized
synchronization buses and key software features
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PXI systems are comprised of three basic components – chassis, system controller, and peripheral modules