Sistema de aquisição de dados

O sistema SCADA ou sistema supervisório consiste na aplicação responsável pela coleta e transferência de informações lógicas e analógicas sobre o estado corrente do sistema, pela exibição desses dados na tela de um computador e pelo comando remoto de dispositivos (automaticamente ou por iniciativa do operador). O sistema SCADA, deste trabalho, consiste em uma aplicação desenvolvida para controlar e registrar as leituras dos transdutores que realizam a medição dos ângulos das juntas e supervisão dos controladores Fuzzy e PID embarcados no CLP, além de funcionar como servidor OPC para comunicação com o gerador de trajetória no Matlab. A comunicação entre o CLP e o computador em que é executado o supervisório é estabelecida via Ethernet e por meio de cabo par trançado com blindagem.

Foi utilizada uma versão gratuita do software Elipse SCADA e a tela principal pode ser vista na Figura 5.10. Os objetos da tela principal são uma planilha (histórico de posições) na qual os valores de referências (setpoints) e os valores medidos pelos transdutores são gravados a uma taxa de 100 ms, dois gráficos de tendência em que é possível observar o comportamento do erro em cada junta, um botão para mudar de tela e um botão para exportar os dados da operação para uma planilha eletrônica. As telas secundárias são para monitorar saídas analógicas e para sintonia dos controladores PIDs (Ver Capítulo 4).

Figura 5.10 - Tela principal do Sistema SCADA desenvolvido.

Determinar o deslocamento angular de eixos em rotação é uma constante em diversas aplicações, seja no setor veicular, aeronáutico ou na engenharia biomédica, como na caracterização de movimento de membros do corpo humano e, neste trabalho, consiste em determinar a posição angular da junta rotativa de um manipulador robótico. O manipulador originalmente utilizava encoders para medição dos ângulos das juntas, porém no retrofitting esses encoders foram substituídos por potenciômetros. A utilização de potenciômetros neste trabalho se deu devido a sua disponibilidade em laboratório. Para garantir que as medições dos ângulos eram em torno do eixo de rotação de cada junta, foram fabricados suportes para os potenciômetros serem fixados no braço robótico, como mostrado na Figura 5.10; portanto, uma medição direta dos ângulos das juntas.

Os potenciômetros proporcionam a forma mais simples de sensoriamento de posição. Instalados a uma configuração tipo ponte de Wheatstone nos cartões analógicos do CLP; nesse circuito, uma variação de posição da junta gera um desbalanceamento de tensão proporcional à posição do eixo de rotação da junta (ver Figura 5.12). Dificuldade com resolução, linearidade e suscetibilidade ao ruído limitam o seu uso nos manipuladores industriais (CRAIG, 2012). Neste trabalho, o transdutor de posição de cada junta consiste de um potenciômetro rotativo de

1KΩ±1%

com sinal de saída linear. Essa linearidade foi verificada de forma experimental num ensaio, no qual foi levantada a curva ângulo da junta x

saída analógica em toda faixa de medição. Embora de fabricantes diferentes, os

potenciômetros utilizados (Figura 5.13) apresentaram um comportamento linear em toda a faixa de medição dos ângulos das juntas.

Figura 5.11 – Suportes de Fixação dos potenciômetros.

Figura 5.12 – Transdutor de posição (potenciômetro).

Fonte: Elaborada pelo autor.

Figura 5.13 – Comportamento dos Transdutores de posição das juntas. a) Potenciômetro da Junta 1. b) Potenciômetro da Junta 2.

a)

b)

Outro ponto importante para os potenciômetros são as conversões realizadas nos valores de suas medições. Considerando que o potenciômetro tem uma variação de posição angular de 0º a 360º de posição angular da junta e que a tensão de entrada do potenciômetro é de 10V, tem-se a seguinte resolução 27,78 mV/º. Também é importante citar que o CLP é um controlador digital com conversor Analógico/Digital em sua entrada analógica. O range de medição da entrada analógica é de 0 a 4095, valores acima ou abaixo destes implicam em saturação da entrada, considerando que a junta tem um range de deslocamento [-90º, 90º]. É necessária a equação 5.1 para conversão de valores digitais em ângulos de junta:

90 * 087 , 0 Β− = θ (5.1) Em que

θ

é o ângulo da junta em graus medido pelo potenciômetro e Β é o valor digital do ângulo da junta na memória interna do CLP. Outra conversão ocorre com o sinal do potenciômetro, para calcular a cinemática direta e inversa no gerador de trajetória no Matlab foi utilizada a medição dos ângulos em radiano. Sendo necessária a conversão dos valores digitais de ângulos para ângulos em radiano. A equação 5.2 faz esta conversão:

90 * 0015 , 0 Β− = π (5.2) Em que

π

é o ângulo da junta medido em radiano. A Figura 5.14 mostra as várias unidades usadas para medição de ângulos neste trabalho. Observando os limites e a proporcionalidade por meio de uma simples interpolação numérica é possível converter um ângulo medido em qualquer unidade para outra.

Neste capítulo, foi apresentado o sistema de acionamento das juntas (motores e inversores) e o sistema supervisório desenvolvido para programação e operação do manipulador SCARA. Foram apresentados detalhes do programa desenvolvido em Ladder para os controladores Fuzzy e PID embarcado no CLP TWIDO. Também foram apresentados os potenciômetros e suas principais características como transdutor de posição angular. No próximo capítulo, será apresentada a norma ISO 9283 que trata dos critérios e métodos para avaliação de desempenho dos manipuladores industriais, essa norma será adotada e norteará os experimentos desenvolvidos com o manipulador SCARA neste trabalho.

Figura 5.14 – Escalas usadas para medição de ângulos das juntas.

No documento Projeto e realização de controle fuzzy para manipulador industrial tipo SCARA e sua avaliação de desempenho à luz da norma ISO 9283 (páginas 94-99)