Qual a diferença fundamental entre uma entrada digital e uma entrada analógica em um CLP na representação do mundo físico para a CPU?
Passo 1
O que o enunciado pede: explicar qual é a diferença fundamental entre uma entrada digital e uma entrada analógica em um CLP na forma como o mundo físico é representado para a CPU.
Informações que já temos do enunciado (o que já foi dado implicitamente):
Informações que já temos do enunciado (o que já foi dado implicitamente):
- Há dois tipos de entrada a comparar: digital e analógica.
- O foco é a representação do sinal físico para a CPU do CLP (isto é, como a CPU “vê” aquela grandeza do mundo real).
Passo 2
O que é uma entrada digital (explicação didática e exemplos).
- Uma entrada digital representa uma informação discreta: existem só dois estados possíveis, ligado/desligado. Pense como um interruptor que só tem “aberto” ou “fechado”.
- Exemplos típicos: botão, fim de curso, sensor indutivo de presença que entrega somente “detecção” ou “não detecção”.
- Em termos elétricos, o CLP interpreta um nível de tensão/ corrente como
(desligado) ou (ligado) comparando com uma tensão limiar. Tipicamente a entrada digital aceita níveis como para e para (valores variam conforme o CLP). - Atenção prática: entradas digitais têm tratamento para rebote (debounce) e geralmente usam histérese para evitar comutação por ruído. A CPU recebe a informação como um bit (ou um registrador de bits).
Passo 3
O que é uma entrada analógica (explicação didática e exemplos).
- Uma entrada analógica representa uma grandeza contínua: temperatura, nível, pressão, velocidade — valores que variam em um intervalo contínuo.
- Exemplos de sinais padronizados usados entre sensor e CLP:
(muito comum), , termopar com mV, etc. - O módulo analógico do CLP mede essa tensão ou corrente e converte para um número digital via um conversor analógico-digital (ADC). Esse número é então disponibilizado à CPU (normalmente como um inteiro bruto que depois é escalado para unidades de engenharia).
Passo 4
Como a CPU “vê” cada uma — representação interna.
- Entrada digital: a CPU recebe um bit por entrada; internamente é
ou . É informação discreta sem necessidade de conversão complexa. - Entrada analógica: a CPU recebe um valor digitalizado resultante do ADC. Então a grandeza contínua passa por duas etapas: medida elétrica → ADC → contagem digital (um número inteiro). Depois há um mapeamento (escala) desse número para a unidade física (por exemplo, corrente
→ temperatura em ). - Consequência: digital = 1 bit; analógico = múltiplos bits (resolução do ADC).
Passo 5
Conceitos importantes do ADC (explicação didática; formule as parcelas para caber na prova).
- Resolução do ADC: se o ADC tem
bits, o número de níveis discretos é . Por exemplo, dá níveis. - Passo de quantização (
): é a menor variação que o ADC consegue distinguir; pode ser calculado por
onde
é a faixa completa do sinal de entrada (por exemplo,
ou
).
- Erro de quantização e ruído: a representação analógica tem imprecisão (quantização, ruído elétrico, offset, ganho) — portanto menos “limpo” que um bit digital mas muito mais informativo (valor contínuo).
Passo 6
Como o CLP escala e apresenta o valor analógico à CPU (passo a passo prático).
- O módulo analógico retorna uma contagem inteira
entre e . - Para converter essa contagem em um valor físico (por ex. temperatura
), usa-se uma relação linear do tipo
onde
e
são constantes de escala definidas pela faixa do sensor e do ADC (essas constantes são calculadas pelo engenheiro/usuário do CLP).
- Na prática o programador do CLP configura a entrada indicando a faixa do sensor (por ex.
corresponde a ), e o CLP faz a conversão interna automaticamente ou fornece a contagem bruta para o usuário escalar.
Passo 7
Implicações práticas e comportamentais que ajudam a diferenciar na prova (resumo didático).
- Velocidade / determinismo: entradas digitais mudam instantaneamente entre estados e são ideais para lógica rápida; entradas analógicas exigem conversão e filtragem (alguma latência).
- Ruído e cabo: sinais analógicos são sensíveis a ruído e costumam exigir cabo blindado, aterramento e isolação; digitais são mais tolerantes.
- Tratamento no software: entradas digitais exigem debounce/histérese; analógicas exigem filtragem (média móvel, filtro passa-baixa) e linearização/calibração.
- Informação disponível: digital dá informação booleana (situação); analógica dá magnitude (quanto exatamente).
Passo 8
Exemplos rápidos para fixar (faça igual na prova para ilustrar).
- Exemplo digital: um fim de curso fecha e o CLP lê
. A CPU tem um bit que vale — nada mais a dizer. - Exemplo analógico: um transmissor de nível envia
num laço de . O módulo mede, converte para uma contagem (por exemplo num ADC de bits) e a CPU escala isso para, digamos, de nível ou dependendo da faixa configurada.
Resposta
Entrada digital: sinal discreto que representa apenas dois estados (
ou
); a CPU recebe um bit (ligado/desligado) e não precisa de conversão analógica complexa.
Entrada analógica: sinal contínuo (por exemplo ou
) que é convertido por um ADC em um número com
bits; a CPU recebe uma contagem digital que precisa ser escalada para obter a grandeza física real.
Entrada analógica: sinal contínuo (por exemplo