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Sinais digitais, analógicos e discretos: entenda AI, AO, DI e DO
Uma lista de entradas e saídas (I/O) distingue medições, estados binários e comunicações de dados. AI, AO, DI e DO descrevem o sentido de entrada ou saída no controlador e o tipo de sinal; os protocolos digitais exigem informações adicionais sobre a interface e a rede. Confirme a função lógica e a interface elétrica antes de escolher uma placa.
As três famílias de sinais
Um sinal discreto representa um estado binário, como aberto/fechado ou em funcionamento/parado. A comunicação digital codifica valores, estados ou comandos em mensagens; HART e Modbus são exemplos. Um sinal analógico varia dentro de uma gama. Nem todas as camadas físicas digitais utilizam apenas dois níveis de tensão, e um canal de I/O discreto não é a mesma interface que uma porta de comunicação digital.
A confusão é histórica: um contacto discreto e um barramento digital utilizam dois níveis, por isso ambos são chamados de "digitais". Para as ligações, a distinção relevante é saber se o sinal representa uma medição, analógica, um estado binário, discreto, ou uma mensagem, digital.
AI — Entrada analógica
Uma entrada analógica leva uma medição contínua ao controlador. O sinal mais utilizado é 4–20 mA, porque o "zero vivo" de 4 mA permite distinguir um zero real, 4 mA, de um fio interrompido, 0 mA. Outras entradas analógicas incluem 0–10 V, termopares e termorresistências RTD.
| Sinal | Interface | Aspeto de diagnóstico | Origem típica |
|---|---|---|---|
| 4–20 mA | Malha de corrente | 0 mA indica perda de corrente na malha; diagnosticar a causa | Transmissor |
| 0–10 V | Tensão referenciada | Um valor zero pode ser real ou resultar de uma falha do circuito | Sensor alimentado ou acionamento |
| Termopar ou RTD | Entrada dedicada compatível | A deteção de circuito aberto ou curto-circuito depende da placa e da configuração | Elemento de temperatura |
| 0–20 mA | Malha de corrente | Sem a distinção proporcionada pelo zero vivo de 4 mA | Dispositivo com saída de corrente especificada |
A decisão fundamental de projeto de uma AI é a gama: os pontos de 4 mA e 20 mA do transmissor têm de corresponder às unidades de engenharia do canal; caso contrário, todas as leituras a jusante terão uma conversão de escala incorreta.
AO — Saída analógica
Uma saída analógica envia um comando contínuo a partir do controlador, muitas vezes 4–20 mA para um posicionador de válvula ou um acionamento. Verifique se a saída fornece ou absorve corrente e o que alimenta o circuito. A realimentação de posição é normalmente um sinal separado ou um valor digital; voltar a medir a corrente de comando não confirma a posição real da válvula.
DI — Entrada discreta
Uma entrada discreta leva um estado binário ao controlador: um fim de curso, um interruptor de nível alto-alto, um pressóstato ou um contacto de motor em funcionamento. Normalmente é ligada como contacto seco, um par de contactos que abrem ou fecham, ou como sensor de proximidade NAMUR.
Os contactos secos precisam de um circuito de deteção compatível e podem apresentar ressaltos. Os interruptores NAMUR utilizam uma interface de corrente de dois fios especificada, normalmente com uma característica de fonte de 8.2 V e 1 quilo-ohm. Utilize os limiares exatos do interruptor e do amplificador, o sentido de atuação e as definições de falha de linha. A monitorização de falhas melhora o diagnóstico, mas não torna qualquer interruptor NAMUR num sensor com classificação de segurança nem revela todas as falhas mecânicas.
DO — Saída discreta
Uma saída discreta envia um comando binário a partir do controlador: arrancar uma bomba, abrir uma eletroválvula ou acionar uma sirene de alarme. Normalmente é um contacto de relé ou uma saída de transístor. A questão prática é o que a saída consegue realmente comutar: um relé pode trabalhar com AC ou DC e correntes mais elevadas; uma saída de transístor é rápida e de estado sólido, mas normalmente apenas para DC e correntes baixas. Verifique a capacidade nominal dos contactos da placa face à corrente de arranque da carga antes de utilizar uma DO para acionar um contactor de motor.
Escolher o sinal adequado à tarefa
| Medição ou ação | Sinal adequado | Motivo |
|---|---|---|
| Nível contínuo do tanque | AI (4–20 mA) | Transmite o valor |
| Disparo por sobreenchimento do tanque | DI (NAMUR ou contacto seco) | Sinal binário de segurança independente |
| Comando de posição da válvula | AO (4–20 mA) | Comanda o posicionador |
| Arranque/paragem da bomba | DO (relé) | Comuta a carga |
| Configuração do transmissor | Digital (HART na malha) | Dados sobrepostos ao sinal de 4–20 mA |
O disparo pode ser obtido a partir de um transmissor analógico ou de um interruptor discreto, conforme os requisitos de segurança e o projeto aprovado. Uma placa AI ou DI não cria, por si só, independência. Avalie a partilha de sensores, as ligações ao processo, a alimentação, a lógica e os elementos finais como uma função completa.
Perguntas dos técnicos
P1. O sinal de 4–20 mA é analógico ou digital?
A corrente de 4–20 mA é analógica. Um transmissor HART combina os dois tipos ao sobrepor um sinal digital FSK nos mesmos dois fios, mas a corrente em si continua a ser um sinal analógico.
P2. Qual é a diferença entre contacto seco e contacto alimentado?
Um contacto seco, ou livre de potencial, não fornece a sua própria tensão de deteção. Uma saída alimentada fornece um nível elétrico que a entrada recetora tem de aceitar. As placas DI variam: verifique a tensão, a corrente, o comum e a configuração de fornecimento ou absorção de corrente, em vez de pressupor que todas aceitam a mesma ligação de contactos.
P3. Por que existe o NAMUR?
A interface de corrente definida permite que uma entrada ou um amplificador compatível distinga os estados de comutação e, quando configurado, as falhas de linha. Confirme a cobertura de deteção e a resposta à falha de todo o circuito. Um mecanismo preso ou certas falhas do sensor podem continuar a exigir ensaios de prova.
P4. Um único fio pode transportar uma AI e uma DI?
Um único condutor normalmente não forma um circuito completo. Uma malha HART de dois fios pode transportar um valor analógico e estados digitais, e outros barramentos podem transportar vários valores lógicos. Essas mensagens não se tornam automaticamente canais físicos AI e DI; o sistema recetor tem de suportar a interface e o mapeamento.
