Desenvolvimento de Software para o Controle de Equipamentos e Instrumentação

1. INTRODUÇÃO 
  
   A versatilidade e demais características encontradas em equipamentos computadorizados e microcontrolados também estão presentes nas fontes de soldagem e instrumentos produzidos no Laboratório de Soldagem da UFSC (LABSOLDA). Interface homem-máquina com modo de visualização e utilização avançados, com precisão garantida por dispositivos digitais e uma arquitetura de "hardware" única que pode ser usada para diversos equipamentos, cujo comportamento pode ser alterado apenas com modificações no programa, são as principais vantagens dos equipamentos produzidos e em desenvolvimento. Com um "hardware" de potência e de controle adequadamente consolidados, os equipamentos  DIGITEC 450, DIGITEC 450 DA (Duplo Arame), DIGITEC 600, a fonte microplasma 20 mpa e o instrumento de medição de vazão gasosa MVG, sofrem contínuo aprimoramento e adaptações à necessidades específicas. Por isto, a versatilidade dos mesmos é muito grande, podendo-se configurá-los mais adequadamente às necessidades dos usuários. 

  
2. ARQUITETURA DE DESENVOLVIMENTO 
  
  Todo o desenvolvimento é baseado no que normalmente é referenciado como uma linguagem de programação, denominada FORTH. Entretanto, FORTH é algo mais amplo, pois exerce funções de sistema operacional, ambiente de programação e linguagem, constituindo-se no "firmware" do sistema final. 

   Como linguagem, é classificada como linguagem 'interpretada' devido a sua estrutura possuir um interpretador de comandos que tem por função, executar comandos (ou rotinas) sequencialmente. De modo mais conceitual, o FORTH, ou Sistema FORTH, é chamado de "Máquina Virtual de Pilhas" por fazer a execução e a passagem de parâmetros entre comandos através de pilhas, sendo que estas pilhas são criadas por recursos de software, não fazendo parte dos recursos internos do processador onde o sistema é executado. A isto se deve a denominação de "Máquina Virtual". 

   Apesar de pouco disseminado, FORTH tem sido usado desde o início da década de 70 para o desenvolvimento de sistemas dedicados. Tem grande produtividade no desenvolvimento simultâneo de "hardware" e "software", com ganho extremamente superior as demais linguagens quando se trata de depurar programas. Esta vantagem se deve ao modo interativo em que um programa é desenvolvido em FORTH, o que é uma característica imposta pela estrutura da linguagem e pelo seu modo de utilização. 

   Como CPU é utilizado o microcontrolador 8031 com algumas modificações necessárias. Conforme a aplicação, é acrescentada mais alguma eletrônica, como conversores AD e DA. Nos casos mais complexos, como nas fontes de soldagem multiprocesso DIGITEC e microplasma mpa20, dois microcontroladores funcionam em sincronismo para atenderem as necessidades do equipamento. 

 

3. A BANCADA DE DESENVOLVIMENTO 
  
   De modo a dar condições a um desenvolvimento produtivo e organizado, foram montadas duas plataformas de desenvolvimento completas, organizadas em uma bancada de laboratório, para fins de desenvolvimento e testes de hardware e software. As plataformas são compostas de dois "racks" que alojam cada um uma placa de CPU microcontrolada com indicadores e sinalizadores de funções do sistema (de modo a ser possível simular as funções do sistema final quando em funcionamento), dois gravadores de EPROM, e dois microcomputadores. 

 

4. METODOLOGIA DE TRABALHO 
  
   A implementação de novos processos de soldagem ou novas funções em alguns instrumentos, melhorias e modificações, ou mesmo alterações no modo de operação do equipamento ou instrumento, seguem uma sequência de etapas totalmente praticada na bancada de desenvolvimento. Ao final, é realizada uma bateria de testes, seguindo então com a instalação do software em um equipamento ou instrumento para a validação final da implementação.  

   As novas implementRações ou alterações de software são planejadas e editadas no programa fonte através de um computador. O programa fonte é então montado e o código resultante é então programado em um "chip" de memória e colocado na placa do circuito. Em algumas situações também é usado em dispositivo emulador de memória, buscando eliminar a etapa de gravação de memórias. Este dispositivo é acoplado ao computador e também ao soquete da mem&cute;ria do circuito. Nesta situação o código resultante da compilação é enviado do computador ao emulador, quando então o emulador é passado para o estado de emulação de memória, realizando de maneira transparente as funções da memória. A emulação torna mais rápido o processo "altera programa, grava chip, testa a rotina", trazendo agilidade ao desenvolvimento. Este processo é mais utilizado para o desenvolvimento e depuração de programas em linguagem "assembly" ou linguagens de alto nível. Usando o FORTH, a etapa de depuração, a mais árdua, demorada e trabalhosa, tem uma ajuda significativa da estrutura do sistema. Com um cabo de comunicação serial (RS232 ou RS485) conectando a placa do sistema a um PC, através de um programa emulador de terminal, é possível testar uma a uma as rotinas implementadas, de modo a procurar as falhas que possam existir no programa ou no hardware. 

 

5. EQUIPAMENTOS E INSTRUMENTOS DESENVOLVIDOS 
 

Fontes de soldagem multiprocesso sinérgica MTE DIGITEC 450, DIGITEC 600, e DIGITEC 450 Duplo Arame

Fonte de Soldagem
MTE DIGITEC

Nesta fonte de soldagem multiprocesso microprocessada estão implementados os processos MIG/MAG convencional, pulsado, duplamente pulsado, pulsado sinérgico, duplamente pulsado sinérgico, processo TIG com corrente contínua constante ou pulsada e processo eletrodo revestido com sistema anticolagem. Os programas que controlam a fonte estão escritos em linguagem FORTH e "Assembly". Um teclado remoto  também microcontrolado permite o controle da fonte à distância, através de uma RS485 (observe foto abaixo). No teclado são selecionados os processos, os parâmetros e as variáveis de soldagem.

 

  • MEDIDOR DE VAZÃO DE GÁS MVG-1
  

 

Usando uma turbina como transdutor, este instrumento mede a vazão do gás usado na soldagem. A turbina emite pulsos que são contados pelo microcontrolador, transformando esta contagem em valor de vazão, mostrando do visor do dispositivo. Medidas de vazão podem ser feitas na faixa de 0,5 à 80 litros/minuto. O valor da vazão também pode ser disponibilizado em uma interface RS-485 e/ou através de uma saída analógica de tensão. Outra possibilidade é o acionamento  de um relê quando a vazão estiver dentro de uma faixa preestabelecida de vazão. O dispositivo é totalmente configurável através do "software". 
   
  • Fonte de soldagem MICROPLASMA 20mpa
  


A 20mpa é uma das mais modernas fontes de soldagem microplasma/micro TIG, e possui um conjunto de funções dos mais diversificados. Nela é possível alterar e adaptar todas as suas funções através da sua configuração. Oferece grande facilidade de operação. É uma fonte de pequenas dimensões, que opera em uma faixa de corrente de  0,1 a 20 A, e faixa de frequência de pulsação de 0,1 a 20 kHz.

Em comum, estes equipamentos tem a mesma arquitetura microprocessada, executando um programa supervisor e de controle em linguagem FORTH, e com dispositivos de entrada e saída (teclado e visor de cristal líquido) iguais, com exceção do MVG, onde não se faz necessária uma interface complexa. Novas funções e melhorias neste equipamentos, como também implementações para necessidades bem específicas, são  implementadas com facilidade devido ao domínio da arquitetura do hardware utilizado, e do sistema de programação. 

Autores:

  • Marcelo Moraes de Almeida - Eng. Eletrônico
  • Maurício Sfredo - Bolsista de Eng. Elétrica