2 Teori
2.5 Tilnærminger til vold og overgrep som tema i samfunnsfag
2.5.1 Forebyggende undervisning
1.1. Conceito de microprocessador
O prefixo micro significa que o processador é fabricado em um chip semicondutor, onde há um circuito
eletrônico com larga escala de integração (LSI), ou seja, há milhões de
componentes passivos e ativos eletrônicos dentro de um extrato semicondutor medindo alguns poucos centímetros. Não há um computador no chip, mas uma unidade de
processamento central (CPU). Interligados à CPU há circuitos de entrada/saída (I/O), memórias de vários tipos e os periféricos. O
microprocessador é barato para comprar. Geralmente, os periféricos, que são eletromecânicos, são muito mais caros que o próprio micro.
O microprocessador é barato para funcionar, pois o consumo de energia é baixíssimo. A manutenção do
microprocessador é fácil, pois geralmente ele é autotestável. Cada
microprocessador pode incluir um detector de erro, que o teste a cada segundo e não uma vez por semana. Os microprocessadores são de tamanho pequeno podendo ser embutidos e incorporados a circuitos convencionais. Microprocessador como controlador Desde que o microprocessador é um processador, ele pode ser associado a circuitos adicionais de I/O e outros periféricos para formar um controlador, conceitualmente equivalente a um grande computador digital.
Em instrumentação, o
microprocessador está integralizado a circuitos de cromatógrafos e analisadores de composição. Mesmo os instrumentos convencionais utilizam
microprocessadores para otimizar seu funcionamento, p. ex., controladores com transferência A/M. A mais fascinante a atraente aplicação do microprocessador em instrumentação está na estação de auto-sintonia da malha de controle.
Fig. 6.1. Instrumentação inteligente, (Foxboro)
No controle digital a
microprocessador distribuído, cada processo é controlado por um microprocessador. Por causa de seu baixíssimo custo, o microprocessador pode ser abundantemente distribuído para monitorar as diferentes partes do processo. Cada microprocessador pode controlar simultaneamente algumas dezenas de malhas convencionais. Os sinais analógicos do processo são convertidos em digitais pelo
seu circuito a função de multiplexagem. Depois de efetuar os cálculos e
computações matemáticas necessárias, o microprocessador gera um sinal digital, que é convertido de volta em analógico para atuação dos elementos finais de controle. Cada microprocessador se dedica ao controle de um conjunto de malhas. Para o controle de todo o processo são usados vários
microprocessadores, que devem ser interligados a um outro microprocessador supervisório. Vários microprocessadores supervisórios, por sua vez, podem ser assistidos por um outro microprocessador gerente. Através do raciocínio de
computadores serem associados em diferentes níveis de cooperação e função, pode se obter um sistema hierarquizado, análogo a um organograma da própria planta.
Têm-se os seguintes níveis, com funções cada vez menos específicos: 1. microprocessadores distribuídos e responsáveis por tarefas e funções muito especificas, tais como alarme, controle, intertravamento e segurança. Seus tempos de resposta são
pequenos, da ordem de frações de segundos.
2. microprocessadores supervisórios, com a finalidade de aumentar a eficiência do controle, através da modificação de pontos de ajuste dos microprocessadores responsáveis pelo controle (nível 1). Tempo de resposta: cerca de minutos.
3. microprocessadores de otimização e comunicação, com as tarefas mais genéricas de estabelecer a política de longo prazo e utilização de energia. A resposta dinâmica dos
microprocessadores deste nível é da ordem de horas.
4. microprocessador mestre (host) ou principal, cuja função é a de gerenciar o controle no mais alto nível. Pode ser responsável pela analise financeira e o gerenciamento da produção. Os tempos envolvidos são da ordem de semana.
Nem todos os sistemas possuem todos os quatro níveis. Por preconceito, às vezes, os microprocessadores dos níveis 3 e 4 são chamados de
computadores. Sob o ponto de vista do controle de processo, pelas constantes de tempo envolvidas e necessidades de memória, mesmo um microprocessador convencional pode exercer as funções de gerenciamento e otimização. Como o microprocessador central delega parte de suas responsabilidades aos micros distribuídos, ele não precisa ser nem tão rápido e nem tão sofisticado.
Função do Microprocessador
O microprocessador revolucionou a instrumentação eletrônica. O uso de microprocessador em instrumentos aumentou drasticamente sua exatidão, expandiu suas capacidades, melhorou sua confiabilidade e forneceu uma ferramenta para desempenhar tarefas não imagináveis até então.
O instrumento a microprocessador se tornou extremamente versátil, onde os procedimentos de medição se tornaram mais facilmente administráveis, ajustes, calibração e teste se tornaram
automáticos e o seu desempenho metrológico foi melhorado. O microprocessador fornece
1. procedimentos computacionais mais eficientes,
2. analise estatística dos resultados 3. resultados linearizados e corrigidos 4. funções programáveis.
Houve uma mudança radical na filosofia do projeto do instrumento. Como o microprocessador se tornou uma parte integral do instrumento, os enfoques são totalmente diferentes com relação à estrutura, circuito e controle do
instrumento. As principais vantagens do instrumento microprocessado são:
1. multifuncionalidade estendida e expandida em programas flexíveis,
2. consumo de energia muito reduzido,
3. adaptação fácil a interfaces padrão de bus para sistemas integrados
4. facilidade de controle por causa da interface
5. operação e uso mais simples, economizando tempo.
7. confiabilidade maior, por ter poucos componentes, e
componentes mais confiáveis por causa do encapsulamento que o torna imune à umidade e
temperatura.
1.2. Vantagens do
microprocessador
Multifuncionalidade
A idéia de instrumento multifuncional não é nova. Porém, sem o uso do microprocessador, um instrumento multifuncional era, na prática, a montagem de várias sub-unidades funcionais em um único invólucro. Em serviço, o usuário escolhia sua função através de chaves convenientes. Deste modo, ele montava as várias sub-
unidades em uma configuração adaptada para medir a função escolhida. O
algoritmo de projeto do instrumento ficava inalterado. O instrumento multifunção convencional usava lógica fixa com todos os circuitos e fios físicos soldados (hard-wired). Esta forma de lógica contradiz a multifuncionalidade e eficiência. Sempre havia problemas para controlar e chavear as várias funções do instrumento.
O microprocessador, como parte integrante do instrumento, tornou a lógica fixa do instrumento multifuncional em programável. O programa que executa suas múltiplas funções fica armazenado em memórias eletrônicas (ROM ou PROM). Por este motivo, o instrumento microprocessador é também chamado de programa armazenado. A lógica
armazenada torna o instrumento fácil de ser programado e de ser atualizado, sem mudanças significativas no circuito. A lógica programável tornou o preço do instrumento muito menor, por causa da padronização e simplicidade dos componentes.
Exatidão melhorada
A exatidão do instrumento
microprocessado foi muito melhorada. Os erros sistemáticos podem ser diminuídos por vários motivos:
1. um ajuste de zero automático no início de cada medição,
3. autoteste e autodiagnose. 4. medição replicada do valor e a
computação estatística para dar o resultado mais esperado.
5. apresentação do resultado em display de modo que os resultados estranhos são descartados.
Capacidades expandidas
O microprocessador estende e expande as capacidades do instrumento, tornando-o adaptável a várias formas de técnicas de medição, como medição inferencial (indireta) e acumulativa.
O instrumento microprocessado pode fazer várias medições simultâneas e fazer computações matemáticas complexas destes sinais, para compensar, linearizar e filtrar os resultados finais. Em resposta a um simples comando entrado através de seu teclado, o microprocessador pega a técnica de medição certa, armazena os resultados das várias medições diretas, faz os cálculos e apresenta o resultado final condicionado no display. A medição é indireta, porém ela parece direta para o operador.
Por exemplo, na medição da vazão de gases, um computador de vazão microprocessado recebe os sinais correspondentes ao medidor de vazão (transmissor associado à placa, turbina, vortex), pressão, temperatura e
composição. Todos estes sinais são computados internamente e o totalizador pode apresentar o valor da vazão
instantânea compensada em massa ou volume, o valor do volume ou massa acumulado e a densidade do gás. Para o operador, tudo parece como se o
computador estivesse fazendo a medição diretamente da vazão mássica.
Em outro exemplo, seja a medição da potência dissipada através de um resistor por um voltímetro microprocessado. O operador diz ao voltímetro para medir a resistência do resistor, armazenar o resultado e depois medir a voltagem através do resistor e finalmente computar a potência.
Controle simplificado
mais complicado. O instrumento
inteligente possui um conjunto de teclas (teclado) externo e na sua parte frontal. Através das teclas diretas ou combinação de teclas se pode selecionar as funções, faixas e modos de medição. Por
exemplo, um voltímetro digital tem um teclado com 17 teclas e pode fornecer um total de 44 combinações de funções, faixas e modos. O instrumento ainda pode ter alarmes que operam quando o operador faz movimentos errados e aperta teclas incompatíveis.
Operações matemáticas do resultado É possível que o operador queira uma função matemática de um resultado e não somente no resultado em si. O instrumento microprocessado pode fornecer várias transformações funcionais, como:
1. multiplicar o resultado por um fator constante
2. apresentar o erro absoluto da medição
3. apresentar o erro percentual da medição
4. subtrair uma constante do resultado
5. dividir o resultado por uma constante 6. apresentar o resultado em unidades logarítmicas 7. linearizar resultados Análise estatística Os instrumentos microprocessados podem gerar o valor médio, valor eficaz (root mean square), a variância, o desvio padrão de uma variável aleatória sendo analisada e o coeficiente de correlação de duas variáveis aleatórias. Há
instrumentos microprocessados
projetados especificamente para fazer a analise estatística dos sinais.
Melhoria do desempenho metrológico As características metrológicas do instrumento são aquelas diretamente relacionadas com seu desempenho, em geral e com sua precisão, em particular. Todo instrumento está sujeito a erros sistemáticos, aleatórios e acidentais. Todos estes erros podem ser
minimizados (exceto o aleatório) nos instrumentos a microprocessador.
Geralmente, os erros sistemáticos são provocados por desvio do zero, desvio do fator de ganho do circuito condicionador de sinal e não linearidades internas do instrumento.
O microprocessador incorporado no instrumento pode eliminar os erros sistemáticos.
Ele elimina o erro de desvio de zero, armazenando o valor correspondente ao zero do instrumento e subtraindo
automaticamente este valor das leituras do instrumento.
Ele elimina o erro de ganho do instrumento, armazenando um número quando o instrumento é desligado e que corresponde a um valor definido da voltagem de entrada. Quando o
instrumento é religado para fazer novas medições, o instrumento
microprocessado faz comparações e usa um fator de correção para aplicar nas novas medições.
O instrumento pode ainda fazer correções para os erros devidos a variação da freqüência do sinal (o ganho do condicionador de sinal em uma dada freqüência é diferente do ganho em sua freqüência de referência.) O instrumento armazena na memória a sua freqüência de referência e corrige as medições para as diferentes freqüências.
Os erros aleatórios não podem ser antecipados e evitados. O máximo que o operador pode fazer é minimizar seus efeitos, fazendo um tratamento estatístico de todas as medições replicadas. Deste modo, o instrumento microprocessado armazena os resultados das medições repetidas e faz o seu processamento em algoritmos apropriados para determinar média, desvio padrão e erro aleatório relativo. O instrumento pode, por
exemplo, determinar a média esperada, testar a hipótese que as probabilidades do erro aleatório são normalmente distribuídas e computar os limites de erros aleatórios.
1.3. Aplicações
Um instrumento microprocessado é a melhor solução quando:
1. o instrumento deve ser multifuncional, programável e versátil
2. o sistema de medição deve ser expandido para acomodar várias funções
3. o sistema de medição deve ser interfaceado com um sistema digital 4. os dados devem ser armazenados
em memória
5. um grande número de estados lógicos deve ser mantido na memória
6. as medições feitas por técnicas indiretas e cumulativas e o procedimento devem ser automatizados
7. é especificado um alto desempenho metrológico, impossível de ser obtido por métodos convencionais
8. são essenciais a autocalibração e autodiagnose
9. o processamento estatístico dos dados deve ser parte do
procedimento de medição e feito automaticamente
10. as incertezas das medições devem ser determinadas e apresentadas no display, em linha do processo 11. há necessidade de transformações
funcionais matemáticas, como linearização, conversão de
resultados, compensação através de cálculos complexos
Por causa de todas estas vantagens, o microprocessador chegou e vai ficar por muito tempo nos campos da medição e instrumentação. Ele é a base do
progresso que a ciência e a tecnologia tiveram nos últimos e nos próximos anos.
Há também várias razões para questionar o uso do instrumento
microprocessado, algumas subjetivas e outras objetivas. As mais importantes são:
Há a barreira psicológica, de algumas pessoas que desconhecem o
microprocessador ainda duvidam e não aceitam os benefícios transparentes do microprocessador. Muitos acham que o microprocessador é muito complicado e economicamente não é atraente. Muitos acham que não necessitam de toda a capacidade do microprocessador e por isso a sua aplicação seria ociosa e exagerada. Outros acham que o
programa (software) que é outro motivo de repulsa, pois o seu custo é maior que o do microprocessador.
Todas estas questões são facilmente resolvidas. Embora internamente o microprocessador tenha milhares (e até milhões) de componentes, esta
complexidade não requer que o seu usuário a entenda. Mesmo complexo, o microprocessador é estável e confiável, muito mais que qualquer circuito com componentes discretos. Embora a maioria utilize somente uma pequena parte da capacidade total do
microprocessador, ainda assim a sua aplicação é economicamente vantajosa. O software associado ao
microcomputador é também complexo e pode ter os seus besouros (bugs), porém o usuário não precisa conhece-lo. 6.3. Vantagens e limitações
Há varias vantagens obvias no sistema de controle com
microprocessadores distribuídos: 1. Divisão de trabalho e funções.
Mesmo que o sistema operacional final seja centralizado em um único microprocessador mestre, as funções são distribuídas geograficamente no processo e hierarquicamente entre os vários microprocessadores. O grau de multiprogramação é diminuído, desde que algumas funções podem ser desempenhadas diretamente por unidades remotas. Alarme e intertravamento, p. ex., podem ser feitos pelas unidades locais, sem esperar a disponibilidade do sistema central.
2. Grau de modularidade e
flexibilidade. As unidades remotas podem ser aumentadas, retiradas ou substituídas, sem interferência no resto do sistema. O sistema pode começar pequeno e crescer, como ocorre na maioria absoluta das plantas de processo industrial.
3. Maior integridade e confiabilidade. Quando previsto na programação e nas ligações dos equipamentos, a retirada ou falha de uma unidade não interfere e nem interrompe o
funcionamento de outras unidades. Ou seja, não há interferência nem
nem vertical. A falha do
microprocessador principal pode degradar e fazer desaparecer algumas funções, porém, as funções mais críticas devem ser preservadas, como controle, alarme e segurança.
4. Baixo custo dos equipamentos. Quando comparado com o sistema SDCD, este é o grande trunfo. Na prática, o controle pode ser feito por microprocessadores do tipo pessoal, cujo custo é da ordem de poucos milhares de dólares.
5. Não há necessárias linguagens especiais. As dificuldades de implantação do sistema estão no desenvolvimento para ele desenvolver os algoritmos específicos de controle, como PID. Os altos custos relativos dos periféricos não são restritos a esta configuração mas são comuns a todas aplicações com controle digital.
1.4. Conclusões
Embora atrasada, a tecnologia do computador digital para controle de processo está entre nos. Inevitavelmente e por causa das técnicas de marketing, há um entusiasmo inicial com a nova tecnologia, que abrange as áreas de programação e de equipamentos. Através da literatura técnica tem-se a (falsa) impressão que o novo
desenvolvimento é uma solução universal para todos os problemas conhecidos de controle e de computação. Quando o desenvolvimento amadurece e é melhor entendido, suas limitações se tornam conhecidas, novos problemas aparecem com os novos equipamentos e se vê que ainda não se tem a resposta de todos os problemas.
Deve ser encontrado um ponto de equilíbrio entre usuários e fabricantes, onde o uso do computador para controle de processo traga vantagens para todos os envolvidos. Não é conveniente nem inteligente o uso do computador apenas para duplicar funções já feitas
adequadamente por instrumentos convencionais, simplesmente por que é moda ou há verba disponível.
Há sistema com computadores e sem computadores. Há sistemas com
computadores centralizados e
distribuídos. Todos eles têm vantagens e desvantagens inerentes e por isso todos continuarão a existir. A escolha correta de um sistema entre os vários existentes deve ser feita, baseando-se em
considerações técnicas e econômicas. O computador deve ser um
suplemento a técnicas de controle existentes e deve desempenhar um trabalho que o sistema convencional não possa fazer. Ele não deve e nem pode ser usado para substituir todo o trabalho humano, mas deve exigir a inteligência do operador de modo que o trabalho penoso e cansativo se torne válido e digno. Finalmente, o ser humano é o mais sensível e adaptável controlador imaginável. E insubstituível!