Ao contrário de um sinal analógico, que pode assumir valores contínuos, um sinal digital consiste em valores discretos. Naturalmente, sempre pensamos em longas sequências de “0” (zeros) e números “1” (um) flutuando no espaço: 0101 0111 0100 1001 0100 1011 0100 0001 0011 1101 0101 0001 0111 0101 0110 0001 0110 1100 0110 1001 0111 0100 0110 0001 0110 0101 0111 0100.
Certamente, todo mundo já ouviu o termo CANopen como um sinal digital. CANopen é um protocolo de comunicação baseado em CAN, do qual a organização CAN in Automation (CiA) cuida desde 1995 e é definido como um padrão pela norma europeia EN 50325-4. O protocolo foi desenvolvido como uma rede incorporada padronizada com opções de configuração altamente flexíveis.
Para que o CANopen é necessário?
De uma forma geral, o CANopen disponibiliza diversos objetos de comunicação que permitem implementar o comportamento de rede desejado em um instrumento. Com esses objetos de comunicação, instrumentos ou sensores podem comunicar dados de processo, exibir mensagens de erro interno do dispositivo ou influenciar e controlar o comportamento da rede.
Analisando mais de perto os sinais de saída
Mas o que isso significa e por que vale a pena substituir os sinais analógicos testados e aprovados por sinais digitais? Este artigo examina as cinco áreas a seguir de forma mais abrangível possível: Precisão, confiabilidade, diagnóstico, arquitetura do sistema e capacidade de gerenciamento do sinal de saída digital CANopen, oferecido como padrão nos sensores WIKA.
1) Suscetibilidade a erros
Em 2015, uma análise detalhada das diferenças de precisão entre sensores analógicos e CANopen, realizada por dois profissionais da WIKA, Bildstein & Heusel (Digital transmission in pressure sensors, WIKA Alexander Wiegand SE & Co. KG, CAN-Newsletter, 1/2015, CAN in Automation, pp. 24-27), demonstrou maior suscetibilidade a erros em sensores analógicos. Isso se deve ao fato de que o sinal é convertido três vezes: primeiro de analógico para digital (AD), depois volta de digital para analógico (DA) e finalmente digitalizado novamente no controlador. Além disso, normalmente o sinal é linearizado, resultando em mais erros.
O ponto mais fraco da tecnologia de medição analógica é o caminho do sinal do sensor através da fiação com conexão de plugue no instrumento final. Um erro pode ser detectado somente quando o sinal sai da faixa normal. Além disso, o sensor não pode ser identificado por meio do sinal.
2) Confiabilidade
Em termos de confiabilidade, a vantagem de um sinal digital é que ele define com precisão os tipos de valores esperados. Os bits transmitidos podem ser verificados quanto à aceitação por campos fixos, bem como pelo comprimento da mensagem. Se, por exemplo, um pacote com 16 dígitos (por exemplo, 0101 0111 0100 1001) for esperado, mas apenas 14 deles chegarem, é claro que houve algum erro durante a transmissão. Isso reduz consideravelmente a suscetibilidade a erros devido a influências externas. Esgotar o tempo durante a transmissão de dados também indica um erro.
Além disso, no final, só é importante reconhecer 0 e 1 corretamente em um sinal digital. Se o sinal é 0 V ou 0,5 V é irrelevante, pois ainda é reconhecido como 0. Isso significa que, por exemplo, flutuações de temperatura, ruído ou interferência eletromagnética têm menos chance de interferir no sinal.
3) Diagnóstico
A técnica “signal jump electronics” foi desenvolvida especificamente para determinados sensores de força. Eles podem ser usados para verificar se os sensores correspondentes ainda retornam o sinal de saída analógico esperado. No entanto, esses circuitos específicos não são a regra.
Por outro lado, uma verificação detalhada da estrutura do sistema, por exemplo, qual tipo de instrumento é instalado em qual posição, assim como a verificação dos sensores digitais faz parte do processo de inicialização padronizado. Mesmo durante a operação, um sinal digital pode ser verificado repetidamente (por exemplo, por meio do protocolo de heartbeat ou tempos limite). Isso não é possível com sensores analógicos.
A propósito, não apenas um sinal pode ser enviado por meio de um barramento, mas também qualquer outra informação. Por exemplo, diferentes variáveis medidas podem ser enviadas dentro de um sensor: Força e temperatura, pressão e nível ou combinações completamente diferentes.
4) Extensão do sistema
Uma grande vantagem de um sistema digital é a fusão de sinais. Até 127 canais podem ser combinados em um sistema de controle. Mesmo começando com menos, uma expansão posterior da arquitetura do sistema não será problema. Além disso, a fiação é simples e os controladores tornam-se mais baratos, já que 127 canais analógicos de alta precisão separados não são necessários.
5) Reutilização e facilidade de manutenção
Os sensores analógicos oferecem vantagens de substituição e possíveis ajustes. Se forem utilizados sinais de saída padronizados, os instrumentos podem ser facilmente substituídos ou revitalizados sem alterações no software, independentemente do fabricante. Isso simplifica os processos logísticos e não há risco de influenciar o comportamento do sistema. Na prática, em relação aos sensores digitais, já foi demonstrado que não existem fabricantes que ofereçam 100% os mesmos objetos.
Por outro lado, todo o processo de escalonamento e calibração é realizado em cada sensor digital: se, por exemplo, um sensor de pressão de 150 bar for trocado por um sensor de pressão de 250 bar, não há problema. Não é mais necessário alterar a parametrização de controle, os sensores são calibrados apenas no fabricante.
Conclusão sobre os sinais analógicos e CANopen
O ditado “em time que está ganhando não se mexe” também pode se aplicar aos sensores de um sistema. Desde que os sensores funcionem perfeitamente com os sinais analógicos tradicionais, certamente não há razão para interferir no sistema geral. Mas quando se trata de extensões, reparos ou revitalizações, as vantagens de um sinal de saída digital definitivamente devem ser consideradas para integrar sistemas mais modernos.
Observação
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