Os sinais de medição e atuação na rede industrial didática presente no laboratório são sinais de 4-20mA. Porém, esses sinais provenientes na rede Foundation Fieldbus devem ser convertidos para sinais que possam ser processados pela Estação de Simulação. Para conversão do padrão utilizado na rede Foundation Fiedlbus para o padrão usado nos com- putadores utilizou-se a interface mostrada na figura 5.2. Cada módulo desta interface é descrito a seguir.
5.4. INTERFACE DE INTERCONEXÃO COM A REDE INDUSTRIAL 41
5.4.1 Placas de Aquisição de Dados
As placas de aquisição de dados correspondem aos módulos conversores analógico / digital (A/D) e digital / analógico (D/A) da interface conversora de sinais. Estas placas fo- ram adquiridas de uma empresa especializada em equipamentos deste tipo, a Advantech .R Estas placas foram desenvolvidas exatamente para propósitos de comunicação entre PC’s e redes industriais. Elas possuem várias facilidades em sua utilização seja na aquisição de dados da rede, seja no envio de dados à rede, pois possuem compatibilidade com algu- mas linguagens de programação, permitindo a leitura e escrita do valor das variáveis do processo simulado através da rede industrial Foundation Fieldbus.
As placas utilizadas são dos modelos PCI-1713 e PCI-1724U, sendo a primeira uma placa de conversão A/D e a segunda uma placa de conversão D/A, que por sua vez são conectadas às placas de conexão terminal PCLD-881B e ADAM-3962, respectiva- mente. As placas de conexão terminal ficam conectadas aos circuitos externos, enquanto as placas PCI estão instaladas em slots PCI do computador da Estação de Simulação. Cada placa tem 32 canais. As especificações das placas PCI-1713 e PCI-1724U po- dem ser encontradas nos seus respectivos manuais referenciados em [Advantech 1999] e [Advantech 2004].
Na interface conversora, os sinais de saída da planta são emitidos para o meio externo através da placa conversora D/A. A placa D/A PCI-1724U trabalha tanto com padrões de saída de tensão (-10 ∼ 10 V) assim como de loops de corrente (0 ∼ 20mA, 4 ∼ 20mA). Quando configurada para trabalhar na saída com loops de corrente, resulta que os disposi- tivos IFs da rede FF não conseguem medir essas correntes nos seus respectivos canais de entrada, pois o sentido das fontes de correntes presente em cada canal da placa é oposto ao sentido que deve circular a corrente nos canais de entrada dos IFs. Devido a esta incom- patibilidade, foi optado por configurar a placa para trabalhar com loops de tensão na sua saída e utilizar um circuito conversor de loop de tensão para corrente. Esses sinais ana- lógicos provenientes do placa D/A e em seguida do circuito conversor de loop de tensão para corrente são convertidos para sinais digitais FF pelos canais dos IFs disponibilizando a informação no barramento.
Os FI’s convertem sinais digitais FF para sinais de corrente entre 4 e 20 mA. Na prática, esses sinais são captados por atuadores analógicos como válvulas de controle. Na arquitetura desenvolvida esses sinais de controle são enviados para planta simulada através da placa conversora A/D. A placa A/D não trabalha com loops de corrente. Dessa forma, foi utilizado um circuito produzido no próprio laboratório, que converte o loop de corrente de 4-20 mA em tensões na faixa de -2 até -10 Volts, respectivamente. Com esta placa, faz-se o "interfaceamento"/ entre a placa de aquisição e o equipamento da rede Foundation Fieldbus.
5.4.2 Circuito Conversor Loop de Tensão para Corrente
No projeto da placa conversora de loops de tensão para corrente foi utilizado o XTR110, um conversor de precisão de tensão para corrente para transmissão de sinais analógicos,
42 CAPÍTULO 5. ARQUITETURA HÍBRIDA
da Burr-Brown [Burr-Brown 1993]. Ele aceita entradas de 0 a 5V ou 0 a 10V e pode serR configurado para saídas de 4 a 20mA, 0 a 20mA, 5 a 25mA e outras faixas mais comuns. A figura 5.3 mostra as conexões básicas necessárias para converter 0 a 10V em 4 a 20mA. Outras escalas de conversão tensão-corrente requer mudanças nas conexões dos pinos 3, 4, 5, 9 e 10 conforme mostrado na tabela da figura 5.3.
Figura 5.3: Configuração básica do XTR100
A placa foi projetada com 18 canais, ou seja, 18 módulos conversores trabalhando em paralelo. O circuito de cada módulo é mostrado na figura 5.4. O ajuste da corrente de offset(4mA) é regulado pelo resistor R1quando setado na entrada uma tensão de 0 Volt.
O span é o ajuste da corrente máxima de saída usando o potenciômetro R2quando setado
na entrada uma tensão de 10 Volt.
Figura 5.4: Configuração do XTR100 para ajuste das correntes de offset (4mA) e spam (20mA)
5.4. INTERFACE DE INTERCONEXÃO COM A REDE INDUSTRIAL 43
O projeto das placas, detalhado no Apêndice A, foi realizado no editor para desenho de circuitos impressos Eagle 5.6.0. A placa impressa com os componentes soldados pode ser vista na figura 5.5.
Figura 5.5: Placa com 18 módulos XTR110KP para conversão de loops de tensão em loops de corrente
5.4.3 Circuito Conversor Loop de Corrente para Tensão
Os sinais de controle analógicos provenientes da rede FF chegam na simulação atra- vés da placa A/D depois de convertidos de valores de corrente para valores equivalentes
44 CAPÍTULO 5. ARQUITETURA HÍBRIDA
em tensão. O princípio utilizado para essa conversão baseou-se na Lei de Ohm descrita abaixo:
Resistência (R) = Tensão (V) / Corrente (I)
Para um resistor linear de precisão no valor de 500Ω, obtemos a seguinte relação corrente-tensão:
(corrente) (diferença de potencial no resistor) (4mA) ←→ (2V)
(20mA) ←→ (10V)
A figura 5.6 mostra como deve ser realizada as conexões de saída do FI302. Nela, verifica-se que o terminal positivo da fonte de alimentação é comum aos terminais po- sitivos dos equipamentos conectados a cada canal da FI. Para conversão de padrões de corrente para tensão, os equipamentos da figura em questão serão substituídos pelas resis- tências de 500Ω de forma que o terminal positivo da fonte de alimentação e que é comum às resistências será conectado ao canal GND da placa A/D e os outros terminais das re- sistências que por sua vez estarão conectados nos diferentes canais da FI também deverão estar conectados em um correspondente canal da placa A/D conforme mostrado na figura 5.7. Portanto, nos diferentes terminais na placa A/D estarão presentes sinais negativos de tensão que poderão variar de -10V até -2V.