Parte 1 – Teoria de operação
Introdução:
No artigo Debugando um cooler de 4 fios foi abordado como funciona o sinal PWM de uma ventoinha e algumas de suas especificações foram esclarecidas, tais como: frequência de operação, polarização, método de acionamento e controle entre outras.
Nesta página vamos levantar alguns pontos a serem considerados, quando configurando o CLP para acionar o sinal PWM tais como funções e outros aspectos práticos, sendo que na parte 2 será apresentado o sistema funcionando em um CLP.
Diagrama em blocos:
Conforme apresentado no vídeo, podemos ver na figura 1 o diagrama em blocos do acionamento da ventoinha.
Temos o potenciômetro representando o sinal variando na entrada analógica do CLP.
No CLP adotado, o conversor analógico – digital (ADC) possui precisão de 10 bits (210). Este bloco faz a conversão do sinal de entrada (o à 10V) em um valor que vai de 0 à 1023, 1024 se der fora de escala (overflow).
O valor da conversão é armazenado em uma variável de memória temporária. A cada scan do programa Ladder, o valor do conversor ADC é lido e armazenado na memória temporária.
O bloco de função, por sua vez é responsável receber e processar o valor armazenado na memória temporária. Esse bloco de função contém uma equação que é modelada de acordo com o sistema que o CLP está controlando. Neste caso a equação recebe o valor da memória temporária, faz o processamento do valor recebido, sendo que o resultado da conta é um valor entre 0 e 1000. Esse valor será utilizado pelo bloco de controle como veremos à seguir.
O bloco de controle recebe a saída do bloco de função, que é aquele valor que vai de 0 à 1000 e faz o ajuste do ciclo de trabalho (Duty Cycle) do pulso PWM em passos de 0,1%, sendo que o Duty Cycle pode variar de 0,0% à 100,0%, proporcional ao valor recebido do bloco de função.
Finalmente o cooler interpreta o sinal PWM conforme tabela abaixo:
| Comportamento da ventoinha no meu hardware | |
|---|---|
| Duty Cycle | Estado do cooler |
| 100% | Parado |
| 0% | Máxima velocidade |
Equações:
O bloco de função contém uma equação que descreve como o sinal de saída deve se comportar em função do valor do sinal de entrada.
Uma vez que se trata de uma conversão linear, existem soluções possíveis como utilizando a regra de 3 ou a equação da reta. Você pode encontrar informações adicionais acerca dessas abordagens consultando livros do segundo grau como o do Giovanni, Bonjorno e Giovanni Junior (1994).
De acordo com a figura 2, a largura de pulso PWM é diretamente proporcional à tensão de entrada.
>=10Volts na entrada do CLP significa que o valor do conversor ADC será 1024 que por sua vez significará um sinal PWM com um ciclo de trabalho (Duty Cycle) de 100%i
A equação pega o valor ADC da tensão do potenciômetro (POT) e a multiplica por 0,9765625 a fim de calcular o valor do Duty Cycle, como detalhado na figura 2.
Regra de 3 simples:
A segunda solução emprega a equação da reta, de acordo com a figura 3. Nessa solução a largura do pulso PWM é inversamente proporcional ao ao valor da tensão de entrada, ou seja, se tivermos >=10V na entrada analógica, o valor do conversor ADC será 1024 e o pulso PWM terá um Duty Cycle de 0%. A equação ‘3a’ ao ser processada pega o valor ADC do potenciômetro (POT), coloca ele no lugar de ‘x’, multiplica por -0,9765625 e soma 1000. A resposta ‘y’ é o valor do Duty Cycle.
Equação da reta:
As duas equações acima são para representar o comportamento de um sistema linear simples operando em malha aberta, no qual relacionamos uma tensão de entrada com o valor do Duty Cycle. É necessário destacar que nem sempre o sistema é linear. Por exemplo, caso eu queira relacionar a tensão de entrada no conversor AD com a velocidade de rotação do ventilador, certamente não teremos um sistema linear e seria necessário utilizar outro tipo de equação.
Fonte:
GIOVANNI, José Ruy; BONJORNO, José Roberto; GIOVANNI JUNIOR, José Ruy. Matemática Fundamental: São Paulo: Ftd, 1994. 560 p.
Claro que a gente não pode desprezar a turma da mão na massa, o pessoal que dá duro e que na lida diária muitas vezes se esgueira por lugares impossíveis, conseguindo colocar o sistema para funcionar como num passe de mágica.
Há a grande possibilidade de alguém falar algo do tipo: “Não seria mais fácil inverter os fios do potenciômetro, ao invés de fazer todas essas contas?”
Esta página é sobre como configurar um CLP, como fazer com que esse computador seja programado para executar uma função. A aplicação do método, depende da situação, do momento, do número de máquinas a serem alteradas, do custo, do risco e outros fatores que tem que ser analisados caso à caso e cabe ao profissional tomar a decisão.
Ter conhecimento desta possibilidade e dominar esse método é como se fosse uma ferramenta guardada lá no fundo da caixa de ferramentas, pronta para ser escolhida quando apropriado.
O melhor de tudo, é que esse tipo de ferramenta não fica na empresa quando você arruma um novo emprego. Ela, na verdade vai contigo.
By Renato de Pierri
09/Janeiro/2016