Tema 11: Instrumentación virtual

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Luis Silva Redondo
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1 Tema 11: Instrumentación virtual Solicitado: Tarea 09: Mapa conceptual: Instrumentación Virtual M. en C. Edgardo Adrián Franco Martínez edgardoadrianfrancom 1

Edgardo Adrián Franco Martínez http://www.eafranco.

2 Contenido Introducción Instrumentación Virtual Instrumentación Tradicional vs Virtual Componentes de un sistema basado en Instrumentación Virtual LabView Tarea 09: Mapa conceptual: Instrumentación Virtual 2

de un sistema basado en Instrumentación Virtual

3 Introducción Un dispositivo virtual es un objeto que posee la capacidad de producir un efecto, sin estar presente físicamente. Es por esto que la denominada instrumentación virtual ha revolucionado el mercado de la instrumentación principalmente porque no es necesario disponer físicamente de los instrumentos para realizar aplicaciones. Desde principios de la década del '80, y siguiendo la tendencia de la Tecnología y del Mercado, varias compañías comenzaron a desarrollar sistemas para implementar aplicaciones basadas en Instrumentación Virtual, esto debido principalmente a la eficiencia y beneficios de esta nueva tecnología, permitiendo de esta forma que el usuario configure y genere sus propios sistemas logrando de esta forma: alto desempeño del sistema, Flexibilidad, Reutilización y Reconfiguración. A la par con estos beneficios se logra una notoria disminución de costos de desarrollo, costos de mantenimiento, etc. 3

4 Flexibilidad Instrumentación El concepto de instrumentación virtual nace a partir del uso de la computadora moderna como "instrumento" de medición de señales del entorno como temperatura, presión, caudal, etc. Instrumentos virtuales Instrumentos digitales 50 Instrumentos análogos Evolución 4

medición de señales del entorno como temperatura, presión, caudal, etc.

5 Instrumentación Virtual Un instrumento virtual es aquel que reemplaza elementos de hardware con un software capaz de realizar las tres funciones básicas de un instrumento convencional: adquisición, análisis y presentación de datos. Un instrumento virtual permite personalizar el instrumento y agregarle mucha más funcionalidad sin incurrir en costos adicionales. Conectividad del instrumento (LAN, WAN, Internet) Almacenamiento de datos (Reportes, Base de datos) Algoritmos de corrección de errores, algoritmos de muestreo, etc. Telemetría (Mediciones a distancia) 5

Un instrumento virtual permite personalizar el instrumento y agregarle mucha más funcionalidad sin incurrir en costos adicionales.

6 Instrumentación Tradicional vs Virtual En la instrumentación tradicional, el instrumento actúa totalmente aislado, con capacidades predefinidas por el fabricante, conjunto de entradas y salidas fijas, interfaz con el usuario basada en botones, perillas, led y display que permiten controlar o cambiar algunas de las características del instrumento que en el fondo es un dispositivo electrónico que contiene Amplificadores de Instrumentación, Filtros, Conversores A/D, Microprocesadores, Memorias y Buses de comunicación para poder convertir y representar una señal eléctrica en forma numérica o a través de un display o un gráfico. El Instrumento Tradicional representa una arquitectura cerrada, impidiendo realizar algún cambio en su funcionalidad, debido a que necesariamente cualquier modificación pasa por realizar cambios en la circuitería interna del equipo, lo que evidentemente es muy poco factible. 6

que contiene Amplificadores de Instrumentación, Filtros, Conversores A/D, Microprocesadores, Memorias y Buses de comunicación para poder convertir y representar una señal eléctrica en forma numérica

7 La instrumentación virtual aprovecha el bajo costo de los equipos de computo y su alto grado de rendimiento en procesos de análisis para implementar Hardware y Software que permiten al usuario incrementar la funcionalidad del instrumento tradicional. Permite al usuario establecer las características del instrumento y de esta forma sus potencialidades y limitaciones. Por medio de la instrumentación Virtual se pueden emular una gran cantidad de instrumentos tales cono Multímetros, Osciloscopios, Analizadores de señal, agregando además características tales como: Análisis numérico, Visualización, Almacenamiento, Conectividad y Procesamiento de datos, entre otras. El principal inconveniente es la inversión inicial que involucra adquirir Software y Hardware, pero debido a que estos son completamente Reutilizables se traduce en beneficios a mediano y largo plazo. 7

Por medio de la instrumentación Virtual se pueden emular una gran cantidad de instrumentos tales cono Multímetros, Osciloscopios, Analizadores de señal, agregando además características tales como:

8 Un instrumento virtual proporciona una mayor flexibilidad y posibilidades de medición respecto a un instrumento tradicional. Instrumento análogo o digital dedicado Instrumento tradicional Instrumento virtual A / D P R O C E S S O R B U S T i m i n g D I S P L A Y A N D C O N T R O L D / A C o n d it io n i n g D I / O T I / O R O M µ P M µ a P t h M E M O R Y P O R T T e m p e r F a lt o u w r e C o n t r o l P a n e l P r e s s u r e A l a r m C o n d i t i o n s S T O P C o n d it io n in g A / D T I / O T im in g D I S P L A Y A N D C O N T R O L µp M a t h µp P R O C E S S O R B U S M E M O R Y P O R T R O M D / A D I / O Características y ajustes definidos por el fabricante Características y ajustes definidos por el usuario, el software genera esta flexibilidad 8

I / O R O M µ P M µ a P t h M E M O R Y 4 8 8 P O R T T e m p e r F a lt o u w r e C o n t r o l P a n e l P r e s s u r e A l a r m C o n d i t i o n s S T O P C o n d it io n in g A / D T I / O T

9 Un instrumento tradicional tiene la ventaja que el hardware dedicado proporciona una mayor exactitud y precisión de las mediciones dedicadas. 9

10 Componentes de un sistema basado en Instrumentación Virtual Los sistemas basados en PC que permiten desarrollar aplicaciones con Instrumentación Virtual, tienen una estructura que se puede dividir en tres componentes fundamentales: Hardware de Adquisición de Datos y Acondicionamiento de Señal Equipo de computo Software Sin embargo, en cualquier aplicación con estos sistemas surgen otros elementos tales como: Transductores, Bloques Terminales, Cables conectores, etc.. 10

fundamentales: Hardware de Adquisición de Datos y Acondicionamiento de Señal Equipo de computo Software Sin embargo,

11 Transductores: Son los elementos que tienen la capacidad de transformar una señal en una de naturaleza distinta. Las señales provenientes de ciertos transductores son ingresadas al sistema de adquisición de datos en forma de Voltaje o Corriente, dependiendo esto último exclusivamente del Transductor y de la Tarjeta Adquisidora. Hardware de Acondicionamiento de Señal: Las señales eléctricas generadas por los Transductores deben ser acondicionadas para poder ser adquiridas por el Hardware. Los accesorios de acondicionamiento permiten Amplificar, Aislar y Filtrar. Hardware de Adquisición de Datos: Estos dispositivos son fundamentales para implementar cualquier aplicación en Instrumentación Virtual, ya que permiten relacionar en forma directa el concepto Virtual desarrollado en el computador y el concepto Instrumentación que se desarrolla en terreno, ahí donde están los Sensores y Actuadores, transformándose así en una interfaz absolutamente necesaria. 11

Tarjeta Adquisidora. Hardware de Acondicionamiento de Señal: Las señales eléctricas generadas por los Transductores deben ser acondicionadas para poder ser adquiridas por el Hardware.

12 Cables de conexión y/o Bloques conectores: Una vez que se tienen las señales del hardware de adquisición de datos, es necesario que existan bloques conectores hacia el equipo de computo, estos antiguamente eran alambrados, pero debido al incremento de la fiabilidad de las comunicaciones inalámbricas, estos bloques de conexión pueden ser inalámbricos. Aquí es donde entran los protocolos de comunicación como por ejemplo: USB, RS232, Bluetooth, Ethernet, WiFi, Bus PCI, etc. Instrumentación Equipo de cómputo: Hoy en dia los equipos de computo poseen gran capacidad de procesamiento y desempeño, así como buses de alta velocidad para la comunicación externa. Software: El Software transforma al Equipo de Computo, Hardware de Adquisición y Acondicionamiento de señales en un sistema completo de adquisición y generación de señales, análisis, procesamiento y visualización de datos, es decir, es el último y tal vez uno de los más importantes ingredientes para realizar una aplicación de Instrumentación Virtual. El software debe considerar entre otras cosas: Compatibilidad con el Hardware de Adquisición y Acondicionamiento Funcionalidad expresada en Drivers para manejar un determinado Hardware Sistema operativo bajo el cual opera Potencialidad y Flexibilidad Dificultad y complejidad en la programación 12

Aquí es donde entran los protocolos de comunicación como por ejemplo: USB, RS232, Bluetooth, Ethernet, WiFi, Bus PCI, etc.

13 LabView La Instrumentación Virtual está siendo utilizada actualmente por una gran cantidad de Industrias y está aumentando el número y la variedad de aplicaciones. Con respecto a los sistemas desarrollados con productos National Instruments (LabView). Algunas de las aplicaciones industriales con LabView son para el: Monitoreo y Control de Reactores Nucleares Sistema de supervisión de Plantas de Cemento. Automatización de Planta de Asfalto, Concreto y Gas Natural. Control y monitoreo de aplicaciones a través de Internet. Sistema de Predicción de Fallas en mantenimiento predictivo de aeronaves 13

Algunas de las aplicaciones industriales con LabView son para el: Monitoreo y Control de Reactores Nucleares Sistema de supervisión de Plantas de

14 LabVIEW de National Instrument, es una herramienta de programación gráfica, altamente productiva, para la construcción de sistemas de adquisición de datos, instrumentación y control. LabVIEW nos da la capacidad de crear rápidamente una interfaz de usuario que nos proporciona la interactividad con el sistema. La programación G es el corazón de LabVIEW, y difiere de otros lenguajes de programación como C o Basic, en que éstos están basados en texto, mientras que G es una programación gráfica. Los programas en G, o VIs ( Virtual Instruments ) constan de una interfaz interactiva de usuario y un diagrama de flujo de datos que hace las funciones de código fuente. 14

La programación G es el corazón de LabVIEW, y difiere de otros lenguajes de programación como C o Basic, en que éstos están basados en texto, mientras que G es una

15 LabVIEW de National Instrument Diagrama de bloque Programa de acompañamiento para el panel frontal Componentes cableados entre si Panel frontal Controles = entradas Indicadores = salidas 15

16 Paleta de controles y funciones Paletas de control (Ventana del panel frontal) Paleta de funciones (Ventana de diagrama de bloque 16

17 Aplicaciones 17

18 Comunicación con LabView 18

19 Tarea 09: Mapa conceptual: Instrumentación Virtual Realizar un mapa conceptual de los conceptos del tema 11: Instrumentación Virtual. *Se entregará antes del día Viernes 06 de Marzo de 2015 (23:59:59 hora limite). *Recomendación usar Cmap Tool (Pueden enviar el archivo.cmap original pero incluir cuadro de datos del trabajo y alumno) 19

*Se entregará antes del día Viernes 06 de Marzo de 2015 (23:59:59 hora limite).

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