Aula 22.7 - Aplicação de Automação com Relé Digital Zélio

Exercício 01 - Temporizador para iluminação de vão de uma escada.

O objetivo consiste em deixar o vão de uma escada iluminado durante dois minutos e trinta segundos depois de pressionado um dos dois botões pulsadores. As lâmpadas são comandadas através da saída Q1 do módulo lógico. Q1 é ativado agindo sobre um dos botões pulsadores luminosos S1 ou S2. O desligamento das lâmpadas pode ser feito tanto em modo manual, acionando novamente um dos pulsadores ou em modo automático ao término do tempo imposto pelo temporizador (2 min 30 s). Os botões de pressão de cada andar estão ligados à entrada I1 e I2 do módulo lógico. A iluminação do vão da escada está ligada à saída Q1 do módulo lógico.

Para obter o funcionamento pretendido, deve utilizar um temporizador de tipo B (passagem ativação comando) e parametrizar a duração da temporização para 2 min 30 s. Deste modo, para parametrizar a duração da temporização, tem de escolher a unidade de tempo M : S e introduzir o valor 02:30 para o valor de pré-seleção t.

Exercício 02 - Comando de instalação de iluminação com ligamento e desligamento automático.

Ao anoitecer, a saída Q1 do módulo lógico ativa automaticamente a iluminação externa sob a condição que os respectivos seletores S1, S2, S3, se encontrem na posição automática. Os relés de potência interligado á a saída Q1 do módulo lógico alimentam três distintos conjuntos de lâmpadas (E1.1…3.2) igualmente divididos sobre três fases de alimentação.

Ao amanhecer, o módulo lógico desliga automaticamente a instalação de iluminação. A qualquer momento que se desejar ativar permanentemente um ou mais circuitos pode-se pré-estabelecer o modo manual nos seletores S1…S3.

© Direitos de autor. 2019: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 28/02/2023

Aula 22.6 - Programação em FBD no Relé Digital Zélio

Figura 01 - Material requerido

A finalidade deste documento é ajudar os principiantes no campo da automação a ficarem familiarizados com o ZelioSoft.
Assim, o utilizador é orientado ao longo de toda a Iniciação Rápida para criar um primeiro programa. 

A lista de material a utilizar é indicada na figura 01 - Material requerido. No entanto, pode utilizar-se a simulação em caso de falta de material.

O micro CLP Zelio Logic pode ser programado utilizando o software ZelioSoft. O Zelio Soft permite programar a aplicação em linguagem FBD ou em linguagem de contatos (Ladder).

Figura 02 - Cablagem do hardware

Para efetuar a programação através do software, é necessária uma ligação ao PC. A ligação é feita através da porta USB do PC utilizando o cabo SR2 USB01.

Cablagem do hardware para a programação e a transferência está ilustrado ao lado na figura 02 - Cablagem do hardware. 

Programação e transferência.

Quando o software Zelio Soft é ativado, aparece a janela de recepção - figura 03.

Clique em Criar um novo programa para iniciar uma aplicação ou então selecione Novo na barra de ferramentas se o software já tiver sido iniciado.

Figura 03 - Janela de recepção.

Em seguida, aparece a janela de escolha do módulo lógico: Neste exemplo, vamos escolher o módulo SR2 B121 BD. Para isto clique na categoria 10/12 Entrada/Saídas sem extensão - figura 04. 

A categoria selecionada aparece com um fundo amarelo e a lista dos módulos correspondentes a esta categoria é apresentada.

Em seguida, aparece um resumo das características do módulo na parte superior da janela. Se clicar em Anterior, volta para tela de escolha do módulo.

Depois de selecionar a categoria (seleção com fundo amarelo), aparece a lista dos módulos correspondentes abaixo, clique no tipo de módulo pretendido, clique em Seguinte ou faça duplo clique diretamente no tipo.

Figura 04 - Escolha do módulo.

Deste modo, pode adicionar uma extensão de entradas e saídas e/ou uma extensão de comunicação. Basta fazer duplo clique na extensão pretendida e o número total de entradas e saídas é atualizado na linha. A extensão selecionada aparece na parte inferior da janela.

Aparece a tela de escolha do tipo de programação. Clique no ícone FBD e depois em Seguinte para programar em FBD.

O Zelio Logic pode ser programado em FBD (Function Bloc Diagram), uma linguagem gráfica que permite imensas possibilidades.

Figura 05 - Escolha do modo de programação FDB.

Depois de escolher o módulo e a linguagem FDB, está pronto para construir a aplicação. A referência do Zelio Logic selecionado aparece no canto inferior direito: Este software inclui três modos: o modo Edição, o modo Simulação e o modo Monitorização (Supervisão). Para selecioná-los, vá para o menu Modo ou para a barra de ferramentas no canto superior direito. O modo selecionado aparece à esquerda dos 3 ícones. O modo Edição permite editar o programa e a janela de supervisão. Este modo está seleccionado por predefinição. O modo Simulação permite simular o programa antes de transferi-lo para o módulo. O modo Monitorização permite visualizar o estado das entradas e das saídas do módulo em tempo real.

O exemplo a ser elaborado é um sinalizador de garagem que é ativado através da entrada I1, e irá piscar uma lâmpada na saída Q1, como está ilustrado ao lado na figura 04.

O programa introduzido é compilado e aparece o tela de simulação.

Em seguida, clique no ícone RUN para simular o funcionamento do do módulo.

Depois de colocar o módulo sob tensão e ligá-lo ao computador, pode transferir o programa. Para isto volte para o modo Edição, clicando no ícone correspondente. E no menu Transferência, selecione Transferir programa e depois clique em PC>MÓDULO. 

Figura 04 - Exemplo de aplicação.

Observação 1: Não é possível escrever no módulo quando este está ativado. Para pará-lo, clique em STOP Módulo no menu Transferência.

Observação 2: Se o módulo ligado ao computador não corresponder ao módulo selecionado no inicio da aplicação, pode selecionar outro modelo clicando em: Escolha do módulo/programação no menu Módulo.
Exemplo de programação

Para elaboração da aplicação devemos selecionar o tipo de sinal de entrada e o tipo de sinal de saída, como está ilustrado ao lado na figura 05. 

Após a confirmação, o programa é transferido para o módulo.

Pode testar o programa no módulo, inicializando-o (a partir do software: clique em RUN Módulo no menu Transferência).

Tal como na simulação, se a entrada I1 do Zelio Logic estiver ativa, Q1 fica ativo e Q1 fica inativo quando I1 está inativo.

Selecione Novo no menu Ficheiro de modo a iniciar uma aplicação em FBD.

Efetue este exemplo ilustrado do seguinte modo:

1 - Coloque o cursor do mouse no ícone IN no canto inferior esquerdo:

Aparece uma tabela com vários tipos de entradas possíveis.

2 - Selecione o ícone entrada DIG na tabela e, sem soltar o botão do mouse, arraste o ícone para a primeira entrada I1 no canto superior esquerdo da folha de programação.

3 - Em seguida, coloque o ponteiro do mouse sobre o ícone OUT na parte de baixo. Aparece uma tabela com vários tipos de saídas possíveis.

Selecione o ícone saída DIG e, sem soltar o botão do rato, arraste o ícone para a caixa Q1 no canto superior direito da folha de cablagem. Solte o botão do rato: a saída Q1 é colocada.

4 - Efetue a ligação de I1 a Q1: coloque o mouse na saída > de I1: o cursor fica em forma de cruz. Arraste o cursor desse lugar até à entrada > de Q1, até encontrar um cursor em forma de cruz e solte o botão.

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Aula 22.5 - Contador no Relé Digital Zélio

A função Contador permite incrementar ou descontar os impulsos até atingir um valor de pré-seleção definido na janela de parametrização.

O bloco função Contador possui uma entrada contagem (CC) (em cada ativação da bobina, o contador aumenta ou diminui em valores de 1, conforme o sentido de contagem escolhido), uma entrada Reposição a zero (RC), uma entrada sentido de contagem (DC) (o bloco subtrai se essa entrada estiver ativada) e uma saída C que permitem verificar o nível controlado pelo contador. Quando o valor de pré-seleção é atingido, essa saída passa para 1 até à reposição a zero ou a contagem no outro sentido. O valor de contagem e o valor de pré-seleção podem ser visualizados na tela do módulo.

A janela de parametrização aparece do seguinte modo. O campo (1) permite introduzir o valor a atingir (valor de pré-selecção). No campo (2), pode escolher entre Contar para a pré-selecção ou Descontar a partir da pré-selecção. Se seleccionar a caixa (3), a remanência é activada. A caixa (4) permite bloquear os parâmetros.

Explicação do exemplo: Cada vez que carregar em I1, o contador aumenta. Se carregar em I2, o sentido de contagem muda (DC1) e o contador diminui. Quando o valor de préselecção (neste caso, 5) é atingido, C1 fica no estado elevado, assim como a saída Q1.

Por exemplo, num parque de estacionamento, cada entrada de viatura acciona I1 e cada saída acciona I2. Quando o parque de estacionamento está completo, a saída Q1 bloqueia a entrada.

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Aula 22.4 - Temporizador no Relé Digital Zélio

O bloco função Temporizador T permite atrasar, prolongar e comandar ações durante um determinado período de tempo. Exemplo de esquema utilizando esta função:

Se fizer duplo clique em TT1 ou T1, aparece a janela de parametrização do bloco temporizador T1:

Uma lista de funções (1) permite escolher o tipo de temporizador. Um esquema (2) correspondente a cada tipo de temporizador permite encontrar a função pretendida. A zona (3) permite introduzir a duração de acordo com as unidades (4). Se selecionar a caixa (5), a remanência é ativada. A caixa (6) permite bloquear os parâmetros.

Explicação do exemplo: quando I1 está no estado elevado, Q1 passa para o estado baixo com um atraso de duração t (neste caso, 03.00 s) e passa novamente para o estado baixo quando I1 está desativado (função tipo A).

Existem outros tipos de temporizadores (11 tipos de temporizadores). Cada tipo de temporizador possui uma entrada comando (TT) e uma entrada reset (RT).
A função Temporizadores permite atrasar, prolongar e comandar as ações durante um determinado período de tempo. É possível parametrizar estes períodos de tempo através de um ou dois valores de pré-selecção, de acordo com os tipos de temporizador.

Os 11 tipos de temporizadores são: (1) Trabalho, comando mantido (A); (2) Trabalho, arranque/paragem por impulso (a); (3) Em espera (C); (4) Passagem ativação comando : impulso calibrado na fase ascendente da entrada de comando (B); (5) Passagem desativação comando : calibrada na frente descendente da entrada de comando (W);  (6) Indicador intermitente, comando mantido, síncrono (D); (7) Indicador intermitente, arranque/paragem por impulso, síncrono (d);  (8) Totalizador de trabalho (T); (9) combinação dos tipos A/C; (10) Indicador intermitente, comando mantido, assíncrono (L); (11) Indicador intermitente, arranque/paragem por impulso, assíncrono (I).
O módulo lógico inclui 16 blocos função temporizador, numerados de 1 a 9 e de A a G. Cada bloco tem uma entrada de reposição a zero, uma entrada de comando e uma saída, permitindo saber se a temporização está terminada. Cada temporizador tem 2 bobinas associadas : bobina TT : Entrada de comando; bobina RC : Entrada de reposição a zero.

© Direitos de autor. 2019: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 28/02/2023

Aula 22.3 - Funções Lógicas no Relé Digital Zélio

A lógica booleana foi desenvolvida por George Boole em meados de 1800. Assim como bem e mal, claro e escuro, fácil e difícil, certo e errado são opostos, na lógica Booleana, o zero representa falso, enquanto o um representa verdadeiro. Para trabalhar com esses valores e torná-los algo lógico, que possa ser aplicado, são necessárias as chamadas Porta Lógicas.

A Porta lógica NOT tem uma entrada chamada A e uma saída chamada S ( "Q" também é usada para a saída porque se usarmos "O" (do inglês "output") ela pode se confundir com zero). A porta lógica NOT é também conhecida como inversor pois inverte o bit de entrada. A tabela mostra o comportamento da porta. Ao atribuirmos o valor 0 a A, S produz um 1. Ao atribuirmos o valor 1 a A, S produz um 0. 

A Porta lógica AND executa uma operação lógica "e" sobre duas entradas, A e B. No português o E é usado para a junção de idéias, na lógica booleana é aplicado da mesma maneira. Essa porta lógica possui dois bits de entrada e um de saída. Para que o bit de saída seja verdadeiro (valor 1) ambos os bits de entrada devem ser verdadeiros. A ideia por trás de uma porta AND é, "Se A = 1 E B = 1, então Q = 1." Podemos notar este comportamento na tabela lógica desta porta. 

Na Porta Lógica OR sua idéia básica é "Se A = 1 OU B = 1 (ou se ambas forem iguais a 1), então S = 1. No português o “ou” tem a função de indicar escolha, na lógica booleana é quase a mesma coisa. Da mesma maneira que a porta AND, a porta OR possui dois bits de entrada e um de saída. Para que o bit de saída tenha o valor um (verdadeiro), pelo menos um dos bits de entrada precisa ser verdadeiro.

Essas são as três portas básicas. É bastante comum que se reconheçam outras duas também: a porta NAND e a porta NOR. Essas são combinações simples da porta AND ou da porta OR com a porta NOT. 

Uma Porta Lógica NAND no português NÃO E é uma Porta Lógica que tem duas ou mais Entradas.
A sua Saída é 0 se e só se todas as suas Entradas são 1. A porta NAND funciona como uma porta AND seguida por uma porta NOT. Ele atua na forma da operação lógica "e" seguido de negação.
A saída é "Falsa" se ambas as entradas são "Verdadeiras". Caso contrário, a saída é "Verdadeira".
O Símbolo Esquemático de uma Porta NÃO E com Duas Entradas é mostrado na figura ao lado juntamente com sua Tabela de Verdade.

Uma Porta Lógica NOR no português NÃO OU é uma Porta Lógica que tem duas ou mais Entradas. A sua Saída é 1 se e só se todas as suas Entradas são 0. O Símbolo Esquemático de uma Porta NÃO OU com Duas Entradas é  mostrado na figura juntamente com sua Tabela de Verdade.
A porta NOR é uma combinação da porta OR seguida por um inversor. Sua saída é "true" se ambas as entradas são "falsas". Caso contrário, a saída é "falso".

A Porta lógica XOR (OR eXclusivo) retorna verdadeiro apenas quando os bits de entrada forem diferentes, ou seja, um deles for verdadeiro (1) e o outro falso (0).

Se ambos os bits de entrada possuir o mesmo valor, o bit de saída será, sempre, falso. A idéia por trás da porta XOR é: "se A= 1 OU B = 1, mas NÃO ambas, então S = 1."
A porta XOR (ou exclusivo) atua da mesma forma como a lógica "ou / ou". A saída é "Verdadeira" se quer, mas não ambos, as entradas são "verdadeiras". A saída é "Falsa" se ambas as entradas são "Falsas" ou se ambas as entradas são "Verdadeiras". Outra maneira de olhar para este circuito é observar que a saída é 1 se as entradas são diferentes, mas 0 se as entradas são iguais.

O Flip-flop Set e Reset
As bobinas com auto retenção são ativadas e desativadas pelas instruções set e reset. Bobinas retentivas são aquelas aquelas capazes capazes de “memorizar” o estado em que se encontra um bit mesmo quando ocorre a desenergização. A instrução set liga uma saída e a mantém ligada mesmo que o contato da entrada deixe de conduzir. Para desligar a saída é utilizada a instrução reset.

O flip-flop "set/reset" ativa (set, muda sua saída para o nível lógico 1, ou retém se este já estiver em 1) se a entrada A ("set") estiver em 1 e a entrada B ("reset") estiver em 0.

O flip-flop desativa (reset, muda sua saída para o nível lógico 0, ou a mantém se esta já estiver em 0) se a entrada B ("reset") estiver em 1 e a entrada A ("set") estiver em 0 quando o clock estiver habilitado.

Se ambas as entradas estiverem em 0 quando o clock for mudado, a saída não se modifica (condição anterior). Se, entretanto, ambas as entradas estiverem em 1 quando o clock estiver habilitado, nenhum comportamento particular é garantido (condição proibida).

A (Set) é a entrada que posiciona a saída S em nível 1. B (Reset) é a entrada que posiciona a saída S em nível 0. S representa o sinal de saída do flip-flop.

© Direitos de autor. 2015: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 01/03/2015

Aula 22.2 - Entradas, Saídas, Relés, Blocos funções no Relé Digital Zélio

O Relé Digital Zélio utilizado possui 8 Entradas , 4 Saídas á Relés onde por ser programado inúmeros blocos funções, que são descritos abaixo.
(1) Entradas I: As Entradas do tipo Digital (1 Ou 0) (I1, I2,…) e entradas mistas (Digital ou Analógicas) (IB, IC…). No Zélio uma entrada mista pode ser acionada por um contato tendo a função de Digital e se ligada a uma função comparador analógico vai permitir utilizá-lo como entrada analógica. As entradas analógicas aceitam uma tensão de entrada que variam entre 0 e 10 V, o que corresponde a um valor entre 0 e 255.

(2) Botões Z: Podemos utilizar os 4 botões frontais do Zelio Logic (Z1, Z2, Z3, Z4) na aplicação. Ao contrário das entradas físicas I, os botões não têm terminais de ligação. Para serem utilizadas, as teclas Zx não podem estar bloqueadas. Quando o módulo está ligado e quer utilizar as teclas Zx que aparecem no programa, vá na tela Entradas-Saídas e pressione ao mesmo tempo "Shift" (Tecla branca) e Z1, Z2, Z3 ou Z4.

(3) Relés auxiliares M (ou memória interna). Funcionam exatamente como as bobinas de saída Q. A única diferença é que não possuem terminais de ligação. São utilizados para memorizar ou substituir um estado. Esta memorização ou substituição é em seguida utilizada sob a forma de contato associado.
Exemplo:  I1----------[M1;             M1--------[Q1;         Quando a entrada I1 está ativada, a saída Q1 também é ativada, através de M1.

(4) Saídas Q: Saídas do tipo Digital, podem ser utilizadas tanto como bobinas ou contatos. A utilização como bobina: [ Q (Contator): a bobina é ativada se os contatos aos quais está ligada forem condutores; !Q (Teleinterruptor): ativação por impulsos, a bobina é ativada numa mudança de estado, é equivalente a um teleinterruptor. 

SQ (Set): A bobina «Set», também denominada bobina de ligação, é ativada quando os contatos aos quais está ligada são acionados e permanece ligada mesmo se os contatos deixarem de ser condutores. 

RQ (Reset): A bobina «Reset», também denominada bobina de desligamento, é desativada quando os contatos aos quais está ligada são condutores, permanecendo inativa mesmo se os contatos deixarem de ser condutores.

A utilização como contato: Q (Função normal) ou q (Função inversa): saída física do módulo lógico. Uma saída pode ser utilizada como contato, de modo a conhecer o estado num determinado momento.

Exemplo1: Q1--------[Q2. Neste caso a saída Q2 copia o estado de Q1.

Exemplo2: q1--------[Q2. A saída Q2 tem sempre o estado inverso de Q1.

Observação: É obrigatório utilizar as funções [e !, SET e RESET uma só vez por bobina num esquema de comando. Por outro lado, se utilizar uma bobina SET (função S), é obrigatório prever uma linha de esquema onde esta bobina seja desativada por um RESET (função R). Caso contrário, podem ser criados estados de comutação imprevistos durante o funcionamento.

Função booleana: A introdução de esquemas de comando permite efetuar funções booleanas a partir das funções elementares E e OU:

I1—I2———Q1 Equação lógica associada: Q1=I1xI2, E lógico

I1—|————Q1 Equação lógica associada: Q1=I1+I2, OU lógico

I2—|

Se utilizar a função contrária i de I, aparece a função NÃO. Deste modo, é possível construir várias funções.

Neste exemplo, são utilizados 3 tipos de bobinas: Contactor [, Set/Reset S/R e Teleinterruptor !.

Q1 copia o estado da entrada I1. Q2, só pode ser activado se I2 passar para o estado elevado quando a bobina Q1 estiver em descanso (q1 é a função inversa de Q1). Se carregar em I3, isso desactiva Q2. Por fim, I4 controla a bobina teleinterruptor Q3.

© Direitos de autor. 2019: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 28/02/2023

Aula 22.1 - Relé Digital Zelio para Automação Predial

Para a utilização do Software Zelio Soft 2 é necessário abrir o software aparece a tela da Figura 4. Deve-se então clicar no ícone “Criar um novo programa” para início de um novo software. Na tela seguinte é feita a escolha do módulo a ser usado.
Os aspectos que diferem os módulos são: tipo de fonte de alimentação (CC ou CA), número de entradas e saídas, tipos de entradas (analógicas ou digitais), display, entre outros.Para o estudo recomenda-se utilizar o módulo indicado na Figura 5.

A janela a seguir permite utilizar expansões de entradas e saídas. Para efeito de estudo vamos trabalhar sem expansões, como ilustra a Figura 6. Na próxima janela é escolhida a linguagem de programação. É possível trabalhar com os dois tipos de linguagem: Ladder ou FBD (blocos), como mostra a Figura 5.

A partir daí seleciona-se, pelo ícone, a linguagem de programação Ladder. Como resultados têm a tela da figura 8. O módulo lógico possui diversas funções sendo as mais utilizadas as entradas, memórias internas, saídas, temporizadores e contadores, conforme na figura.

Para entendermos melhor o funcionamento do software, vamos mostrar o exemplo da simulação do circuito chave liga/desliga com contato selo.

Para implementá-lo, primeiramente deve ser feito o endereçamento de entradas digitais, Figura 9.

Procedimento similar deve ser feito com a saída (Q). O software Zelio Logic possui diversos tipos de bobinas. Escolha a bobina do tipo de contator, como ilustra a Figura 10. Para entendermos melhor o funcionamento do software, vamos mostrar o exemplo da simulação do circuito chave liga/desliga com contato selo.

Para implementá-lo, primeiramente deve ser feito o endereçamento de entradas digitais, Figura 9. Procedimento similar deve ser feito com a saída (Q). O software Zelio Logic possui diversos tipos de bobinas. Escolha a bobina do tipo de contator, como ilustra a Figura 10.

Após ser feito o endereçamento, inicia-se a montagem do diagrama Ladder arrastando os elementos para o software.

Uma característica muito importante é a possibilidade de simulação do software antes da implementação, que é fundamental para verificação de erros antes da sua aplicação em uma automação de processos. Para efetuar a simulação, deve-se clicar no ícone relativo à simulação no canto superior direito.

Após clicar nesse ícone, o programa entra no ambiente de simulação no qual podemos comprovar se o software elaborado está correto.

Para iniciar a simulação, devemos primeiramente colocar o software em modo “Run”, pressionando o ícone no canto superior direito. Para simular entradas digitais e verificar o status das saídas digitais, devemos clicar nos respectivos ícones na barra de ferramentas na parte inferior da tela.

Desta forma, para simular as entradas digitais, basta clicar na respectiva entrada e verificar o comportamento na saída, conforme Figura 12.

Um item importante a ser verificado é a mudança das cores a partir do momento em que uma saída é acionada ou uma entrada é simulada.
Uma das funções mais utilizadas em CLPs inclui temporizadores e contadores. Na Figura 13 temos a representação de um temporizador no software Zelio Soft 2. A função temporizador é constituída das seguintes partes:
Contatos auxiliares: podem ser NA ou NF que serão comutados depois de transcorrido um determinado tempo de acordo com o temporizador utilizado.
Temporizador: deve ser colocado na coluna de bobinas do software. Com um duplo-clique pode-se escolher o tempo de contagem, bem como o temporizador a ser utilizado.
Reset: serve para zerar o temporizador e deve ser colocado na coluna destinada às bobinas. Quando esse item receber um pulso, o temporizador vai zerar o tempo acumulado.

A função contador é constituída dos seguintes itens:

Contatos auxiliares: podem ser NA ou NF que serão comutados após a contagem atingir um determinado valor parametrizado (preset).
Contador: deve ser colocado na coluna de bobinas do software. Com um duplo-clique pode-se escolher o número de contagem e parametrizar o contador.
Reset: serve para zerar o contador e deve ser colocado na coluna destinada às bobinas. Quando esse item receber um pulso, o contador vai zerar o tempo acumulado.
Decrementa contagem: decrementa a contagem, ou seja, quando essa bobina é energizada, faz a contagem no sentido decrescente. Esse item também deve ser colocado na coluna destinada às bobinas.

© Direitos de autor. 2019: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 28/02/2023

Aula 21 - Recepção e Processamento da Imagem em CFTV

As imagens capturadas pelas câmeras de CFTV e transmitidas por algum dos meios apresentados necessitam ser monitoradas, em tempo real, e gravadas para permitir a sua utilização em momento posterior.

Ainda hoje, a maior parte das imagens é transmitida analogicamente até o ponto onde as mesmas serão utilizadas. Neste caso, se o processamento da imagem ocorrer de forma digital, será necessário a utilização de algum equipamento digitalizador (encoder) que será responsável por compatibilizar a imagem recebida com o equipamento que irá processá-la. Se o contrário ocorrer, isto é, se as imagens forem transmitidas digitalmente, porém processadas analogicamente, será necessária a utilização de algum equipamento decodificador (decoder) que fará o papel inverso.

Sistemas Analógicos

Originalmente, todos os equipamentos utilizados para recepção, processamento e gravação das imagens em um sistema de CFTV eram analógicos, em função da tecnologia disponível. Os principais equipamentos utilizados na tecnologia analógica são apresentados a seguir.

Seqüenciadores

Os seqüenciadores são equipamentos utilizados para combinar sinais de diversas câmeras de maneira que a imagem de cada câmera, uma por vez, possa ser apresentada na tela do monitor. Apesar de ainda ser largamente utilizado em instalações antigas, é um equipamento que praticamente não se instala mais, em função da sua obsolescência tecnológica.

Quadruplicador

O Quad é um equipamento que produziu uma grande melhoria no processo de monitoramento de CFTV em relação ao seqüenciador, pois apresenta imagens simultâneas de quatro câmeras em um mesmo monitor (que fica dividido em quatro quadrantes). O Quad tem quatro entradas analógicas de vídeo. As imagens recebidas nas quatro entradas são bufferizadas, comprimidas e transferidas ao monitor organizadas nos quatro quadrantes. A figura a seguir mostra o seu funcionamento de forma simplificada.

Figura 1: Sistema Quad de apresentação de imagens.

Fonte: CCTV Surveillance – Video Practices and Technology.

Multiplexador

O multiplexador tem uma função semelhante ao Quad, porém processando imagens simultaneamente de uma quantidade maior de câmeras, tipicamente 4, 9, 16 e 32 câmeras.

Figura 2: Sistema Multiplexador de apresentação de imagens.

Fonte: CCTV Surveillance – Video Practices and Technology.Matriz de Vídeo

A matriz de vídeo é um equipamento que comuta diversas entradas de vídeo (câmeras) para diversas saídas de vídeo (monitores), possibilitando, além disto, comutar mesas controladoras de câmeras PTZ para as diversas saídas de vídeo. As matrizes são normalmente utilizadas quando existe uma quantidade menor de monitores de grande dimensão do que câmeras a ser controladas por estes monitores.

Gravador analógico (Time-Lapse)

O gravador analógico de vídeo, também conhecido por time-lapse, utiliza fitas padrão VHS para gravar vídeo em uma duração estendida. O aumento do tempo de gravação em relação a um gravador de vídeo VHS é conseguido com a redução da quantidade de quadros por segundo que são gravados. A qualidade da gravação se torna um pouco deteriorada e, apesar disto, o tempo máximo de gravação é baixo, obrigando a constante substituição da fita.

A evolução da eletrônica para a tecnologia digital ocorreu também nos equipamentos de CFTV. As funções representadas pelos equipamentos analógicos apresentados anteriormente continuaram a existir, porém concentradas, em geral, em um dos equipamentos, que são apresentados a seguir.

Gravador Digital de Vídeo (DVR)

O DVR, aproveitando os recursos da eletrônica digital, reúne em geral as funções de Seqüenciadores (em caso de equipamentos que somente processam uma imagem por vez), Quad, Multiplexadores, Gravadores e às vezes de Matriz de vídeo. O sinal de vídeo é recebido no DVR através de entradas analógicas e a imagem é processada, transferida ao monitor e gravada em discos rígidos (HD).

O sinal de vídeo analógico que vem da câmera é convertido para o formato digital na entrada do DVR. A seguir este sinal digital é comprimido através de um algoritmo de compressão de forma a reduzir o espaço necessário ao armazenamento da imagem e a uma eventual transmissão da em tempo real para uma central de monitoração localizada em outro ponto.

© Direitos de autor. 2023: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 28/02/2023

Aula 20 - Captura da Imagem em CFTV

Há diversos tipos de câmeras utilizadas em CFTV com diferentes tecnologias empregadas e lentes utilizadas.

Uma câmera de vídeo, responsável pela captura da imagem, é constituída de uma lente, que funciona de forma análoga ao olho de um animal. Ela coleta a imagem refletida em um objeto por uma luz incidente, e a transfere a um dispositivo eletrônico que transforma este sinal luminoso em um sinal elétrico. O sinal elétrico no qual é transformada a imagem é naturalmente analógico, podendo ser digitalizado tanto externamente quanto internamente à câmera.
As câmeras de CFTV podem ser classificadas por diversas características, sendo as mais importantes: Tamanho: Temos as câmeras, também muitas vezes denominadas de câmeras fixas de tamanho normal, e as micro-câmeras, cujo tamanho se aproxima do de uma caixa de fósforos. 

Movimento: As câmeras e as micro-câmeras não dispõem de movimento, isto é, são reguladas para apresentar o tempo todo a imagem para a qual elas foram programadas na sua fixação física. Temos também as câmeras que se movimentam, também denominadas câmeras PTZ (pan-tilt-zoom) ou speed dome. 

Sensor de imagem: Existem diversos sistemas disponíveis para serem utilizados como sensores de imagem nas câmeras de CFTV, porém hoje em dia quase todas as câmeras utilizam o CCD (charge coupled device). O CCD é um dispositivo de baixo consumo de energia que digitaliza a imagem no interior da câmera. As câmeras normalmente são classificadas pelo tamanho do CCD que utilizam, sendo os modelos mais comuns os de 1/3 e 1/4 de CCD, podendo ainda ser maiores ou menores. Quanto maior o CCD, maior a qualidade de imagem a câmera apresentará. 

Resolução: A especificação de resolução é expressa pela quantidade de linhas do circuito de varredura horizontal a câmera possui. Quanto maior a quantidade de linhas melhor é a resolução. Nos modelos mais comuns a resolução varia entre 300 e 520 linhas. 

Para detectar a presença de uma pessoa em um cenário pode requerer que a pessoa ocupe 10% da visualização. Reconhecer uma pessoa conhecida, entretanto, pode requerer que a pessoa ocupe 50%, e reconhecer mais claramente essa pessoa pode requerer 120% ou mais.

Sensibilidade: A sensibilidade de uma câmera é expressa pela quantidade de iluminação mínima, expressa na unidade “Lux” que é necessária para a captura da imagem. Quanto menor for a quantidade de Lux que uma câmera exige, maior será a sua sensibilidade. A iluminação tem grande efeito na capacidade de identificar pessoas e objetos. Sombras, contrastes altos e cenários com iluminação ao fundo tornam a identificação e o reconhecimento mais difíceis, comparando-se com situações onde as condições de iluminação são mais favoráveis. Esses exemplo comparam uma boa iluminação externa com condições mais desafiadoras.

Posicionamento da câmera: A colocação da câmera é muito importante para uma identificação bem-sucedida. Não apenas para evitar situações de iluminação difícil, mas também para assegurar que as pessoas ou objetos sejam capturados em um ângulo favorável. Se, por exemplo, as câmeras forem colocadas muito acima do chão, as imagens terão uma perspectiva de "visão aérea", tornando as pessoas ou objetos distorcidos e difícil de identificar.

A câmera deve ser fixa de maneira firme para minimizar o desfoque causado pelo movimento da câmera. Isso é de uma importância particular para as câmeras PTZ, quando o movimento da câmera pode levar a vibrações que afetam a qualidade de imagem.

A estabilidade pode ser um desafio se a câmera estiver montada em um poste alto ou se estiver usando lentes de zoom com comprimento focal longo. Nesses casos, mesmo pequenas vibrações se traduzirão em movimentos grandes na imagem resultante.

Lente: As micro-câmeras em geral são fornecidas com uma lente pré-determinada, em geral de 3,6mm. As câmeras e alguns tipos de micro-câmeras podem ter a lente especificada dentro de um range bem largo, de acordo com o objetivo que se deseja da imagem, isto é, uma imagem mais próxima para identificação facial, por exemplo, ou uma imagem panorâmica. As lentes variam entre 1,4mm para imagens mais panorâmicas e até acima de 100 mm para imagens bem próximas.

Existem outras especificações que podem ser consideradas na escolha de uma câmera, como por exemplo, as câmeras de auto-íris, cuja sensibilidade ä luz é automaticamente ajustada através de dispositivo foto sensor, e as câmeras que possuem um canhão de led’s que emitem luz infravermelha, que podem ser utilizadas em ambientes de baixíssima incidência de iluminação.

As câmeras normalmente utilizadas para atividades investigativas têm tamanho muito pequeno e apenas um pequeno orifício onde a imagem é capturada. Estas micro-câmeras denominadas pin-hole ficam normalmente escondidas, sendo pouco visível o orifício em frente a sua lente.

As câmeras PTZ (Pan-tilt-zoom) são normalmente utilizadas em ambientes externos para a monitoração principalmente das vias públicas. Através da utilização destas câmeras, um operador pode seguir em evento que se movimenta, através dos controles PTZ, que podem ser comandados por um teclado comum de computador, assim como também podem ser comandados por um comando do tipo joystick.

A seguir apresentamos fotos de alguns tipos de câmeras disponíveis no mercado.
Câmera digital day & night com lente auto-íris, 580 linhas, gravação digital em 320x240 pixels
O clipe mostra a imagem de câmera digital colorida com o recurso de day & nigth, ou seja, quando o nível de luminosidade cai, a câmera passa para o modo preto e branco aumentando a sensibilidade de lux. Isto proporciona uma imagem de maior qualidade e detalhes realçados. Se esta fosse uma câmera comum, não seria possível visualizar a área do gramado.

Mini câmera com lente 2,5mm, 380 linhas, gravação digital em 320x240 pixels
Neste clipe observa-se a utilização de uma mini câmera em área interna, com o objetivo de visualização geral. Com esta câmera pode-se observar que existe a perda de informações tais como reconhecimento perfeito das pessoas e a cor de suas vestes, podendo comprometer a qualidade da segurança.

Câmera digital com lente íris manual, 480 linhas, gravação digital em 640x480 pixels
Esta é uma imagem de visualização geral devido as distâncias dos objetos e pessoas filmados porém, por se utilizar este tipo de câmera e gravação em alta resolução, a qualidade é incrementada tanto no aspecto de reconhecimento quanto em detalhes.

Câmera Térmica FLIR criam imagens com base no calor que sempre é emitido de qualquer objeto, veículo ou pessoa. Isso proporciona às câmeras térmicas o poder de capturar imagens na escuridão absoluta e de fornecer imagens que permitem aos operadores detectar e agir em caso de atividades suspeitas – 24 horas por dia, sete dias por semana.

© Direitos de autor. 2023: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 28/02/2023

Aula 21 - Circuitos Fechados de TV

Os componentes básicos de um sistema de vigilância são as câmeras e os monitores. Os modelos de câmeras variam muito, assim como seus preços. Vão desde as pequenas, do tamanho de um cartão de crédito, até as grandes, de uso profissional. Muitas funcionam com baixa voltagem, normalmente 12VDC, e uma opção em geral disponível é a gravação de sons também.

É preciso fazer algumas considerações ao escolher o tipo de câmera. Primeiro, onde ela será instalada? Se for de uso interno, as escolhas são bem mais simples, mas se o seu uso for externo, a seleção será mais complicada. Por exemplo, se a câmera vai ficar sujeita a chuva e sol, será necessária uma câmera totalmente a prova de água, ou pelo menos um protetor à prova de água. U ma boa opção é o uso de boxes de alumínio para abrigar a câmera, o que facilita inclusive o reaproveitamento para exterior de câmeras já existentes.

Um tipo de câmera muito prática para uso externo são aquelas dotadas de um detector de movimento. Ela pode inclusive emitir um som quando alguém se aproximar ou acionar a gravação de uma fita num videocassete.

Outra questão sempre levantada é a dúvida entre câmeras coloridas e preto e branco. As coloridas logicamente permitem identificar mais rapidamente pessoas e objetos, no entanto são muito menos sensíveis quando operam no escuro. As preto&branco já capturam bem as imagens em condições críticas de luminosidade, sendo recomendadas quando a vigilância noturna é imprescindível.

O correto posicionamento das câmeras é fundamental. A maior parte delas vêm com lentes de 3.7mm chamadas de fixas, e portanto um campo de visão e distância focal determinados. É preciso estar certo de que a câmera vai cobrir a área que se pretende monitorar. Devido a sua pequena distância focal, a maior parte das câmeras não é projetada para "enxergar" em grandes distâncias. Em geral, usa-se uma distância de 2 a 6 metros medida das lentes da câmera até a área de monitoramento. Deve-se evitar fontes de luz no campo de visão da câmera, pois embora disponham de função auto-iris, isso causa zonas muito claras ou brancas que prejudicam muito a qualidade da imagem. Portanto, o ideal é evitar zonas iluminadas por luminosos, holofotes ou luz direta do sol no campo de visão das câmeras.

A possibilidade de checar as imagens do CFTV a partir de um local remoto é característica de um sistema bem planejado. O método a ser usado depende de quanto vale para si a sua segurança e do que exatamente se quer monitorar. Com o uso de software e de modem's apropriados o usuário pode acessar as imagens através de um PC, por linha discada, a uma velocidade em torno de 5 quadros por segundo, ou com banda larga em tempo real.
Sistema de CFTV baseado em DVR

O DVR foi criado para excluir totalmente o uso de computadores (que podem desligar, travar e dar muita dor de cabeça) dos sistemas de CFTV. Além de fácil manuseio e instalação, os DVRs de 4 canais ou 16 canais proporcionam uma excelente e precisa cobertura de ambientes, conferindo um alto nível de segurança para os seus clientes. Com baixo custo e seguramente estável esta ferramenta simplificou ainda mais a utilização dos sistemas de CFTV, proporcionando uma interatividade rápida e simplificada, além de uma extraordinária qualidade de gravação digital.

© Direitos de autor. 2023: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 28/02/2023