Capítulo 1. Introducción a la instrumentación virtual

Download Capítulo 1. Introducción a la instrumentación virtual

Post on 12-Feb-2017

217 views

Category:

Documents

5 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

<ul><li><p>Alexsl/Global Network/Photos.com Oleksiy Mark/Tablet PC and side slider touchscreen smartphone/Photos.com</p></li><li><p>ii</p><p>Instrumentacin virtual. Fundamentos de programacin grfica con LabVIEW</p><p>Olga Yakovenko/background with arrows/Phoros.com</p><p>Mapa de contenidosInstrumentacin virtual Fundamentos de programacin grfica con LabVIEW</p><p>Alina Pavlova/Screens w</p><p>ith program w</p><p>eb code / m</p><p>onitor background/Photos.com</p><p>Olga Yakovenko/background with arrows/Photos.com</p></li><li><p>Instrumentacin virtual. Fundamentos de programacin grfica con LabVIEW</p><p>Introduccin del eBook</p><p>En la actualidad, los sistemas de monitoreo y control de procesos se realizan bajo es-quemas de instrumentacin virtual debido al constante avance tecnolgico que experimenta-mos. Los sistemas de instrumentacin virtual son ampliamente utilizados por su bajo costo, gran fle-xibilidad y reconfigurabilidad, as como por su alto rendimiento y ahorro considerable en tiempo de desarrollo; razn por la cual constituyen una evo-lucin natural respecto a los sistemas tradiciona-les de instrumentacin. </p><p>El LabVIEW es un lenguaje de programacin grfico, adoptado en la industria y en la academia, como estndar para el desarrollo de sistemas de </p><p>instrumentacin virtual, dado su poderoso conjunto de bibliotecas de funciones que permite el desarro-llo de algoritmos complejos de procesamiento de seales, adems de permitir la comunicacin con cualquier protocolo de comunicaciones e interfaces de hardware y software existentes.</p><p>Comstock/ Silhouettes of global business people meeting/Photos.com</p><p>Pho</p><p>tos.</p><p>com</p><p>Peter Nguyen/Secure data/Photos.com</p><p>Pg. 1 de 2</p></li><li><p>Instrumentacin virtual. Fundamentos de programacin grfica con LabVIEW</p><p>Comstock/ Silhouettes of global business people meeting/Photos.com</p><p>Adicionalmente, el LabVIEW es la plataforma estandarizada para la adquisicin de datos y el control de instrumentos que son pieza fundamental en los sistemas de instrumentacin virtual. Estos sistemas de instrumentacin virtual programados mediante el uso del software LabVIEW permiten el monitoreo y control de cualquier variable fsica que desee ser procesada por computadora, y rea-lizan la implementacin de algoritmos matemti-cos con el objeto de visualizar resultados grfica-mente, o de comunicarlos con sistemas remotos mediante el uso de interfaces inalmbricas; todo esto engloba las caractersticas de cualquier sis-tema de instrumentacin virtual.</p><p>El presente libro electrnico pretende ser una herramienta para desarrolladores de la acade-mia y la industria que deseen conocer los fun-damentos de programacin grfica, utilizando el </p><p>software LabVIEW, y que les permita, adems, la implementacin de sistemas de instrumentacin virtual a partir de los conceptos del lenguaje y de la funcionalidad de las herramientas del progra-ma. El libro utiliza la versin ms actualizada del software (LabVIEW Professional 2010 SP1) con el objeto de incluir los cambios o modificaciones ms recientes en algunas funciones y elementos de programa, para que sean interpretados por los usuarios.</p><p>Adems, se incluye la descripcin operativa de cientos de funciones, incorporando ejemplos de aplicacin para cada una de las mismas, lo cual se espera apoye en la comprensin de los temas expuestos. Asimismo, se presentan ejercicios pro-puestos utilizando dispositivos de uso actual que son empleados en aplicaciones reales hoy en da. Por su parte, las animaciones presentadas permi-</p><p>ten una mejor comprensin de los procedimientos grficos de programacin. </p><p>Los captulos han sido estructurados de ma-nera que se pueda iniciar el estudio del lenguaje a partir de conceptos muy bsicos y hasta temas avanzados. El mecanismo de interaccin con el lector se ha desarrollado de modo que le permita la navegacin no lineal del contenido, para avan-zar a su propio ritmo en el estudio del lenguaje LabVIEW. El uso de recursos didcticos basados en multimedia tiene como objetivo el presentar una gama ms variada de elementos de progra-ma, que permitan el entendimiento de conceptos y reglas del lenguaje de una manera ms eficien-te, intentando que el lector desarrolle sus propias aplicaciones virtuales a partir de la preparacin estructurada de esquemas de instrumentacin virtual.</p><p>Vicente Barcelo Varona/Monitor showing binary code in a black background/Photos.com</p><p>Pg. 2 de 2</p></li><li><p>v</p><p>Organizador temtico</p><p>Alex Slobodkin/Internet Concept/Photos.com</p><p>Instrumentacin virtual. Fundamentos de programacin grfica con LabVIEW</p><p>Captulo 1. Introduccin a la instrumentacin virtual</p><p>Alex Slobodkin/Internet Concept</p><p>/Photos.com</p></li><li><p>Instrumentacin virtual. Fundamentos de programacin grfica con LabVIEW</p><p>vi</p><p>1. Introduccin a la instrumentacin virtual</p><p>A lo largo de la ltima dcada, el uso de la tecnologa ha sido un factor clave para el mejoramiento de los sistemas electrnicos basados en equi-pos de cmputo, tanto estacionarios como mviles, el uso cada vez ms comn de dispositivos mviles mediante sistemas distribuidos as como el mejoramiento de los procesos de manufactura y produccin representan claramente el constante avance tecnolgico de la sociedad actual (Rosen-bloom, 2002, pp. 29-30). Todo ello involucra el uso de nuevos sistemas de instrumentacin a travs de la utilizacin de modernos equipos de hardware mediante el uso de software novedoso que contrasta el esquema tradicional de los lenguajes de programacin.</p><p>La instrumentacin virtual supone un nuevo enfoque de la instrumenta-cin tradicional que incorpora nuevas caractersticas y elementos de sistema aadiendo mejoras tecnolgicas basadas en las innovaciones cientficas, adems de reducir los costos de la produccin de los sistemas y beneficiar el uso de nuevas tecnologas logrando un mercado ms amplio y una plata-forma de diseo extremadamente flexible y eficiente (Denning, 2001, p. 73). </p><p>Pg. 1 de 1</p><p>La instrumentacin virtual ha tenido, en los ltimos aos, un crecimiento exponencial en reas tecnolgicamente a la vanguardia y continuar su progresin hacia horizontes poco imaginables hoy en da. </p><p>Abstract binary background and hand/Photos.com</p><p>Introduccin a la instrumentacin virtual</p></li><li><p>Instrumentacin virtual. Fundamentos de programacin grfica con LabVIEW</p><p>1</p><p>Glosario1. Introduccin a la instrumentacin virtual1.1. Evolucin de la instrumentacin</p><p>Histricamente, los sistemas de instrumentacin tradi-cional se han basado en el uso de aparatos o instrumen-tos de medicin individuales, los cuales incluyen el uso de sensores o transductores para adquirir variables fsicas y convertirlas a seales elctricas que el usuario pueda inter-pretar para su posterior registro o procesamiento (Denning, 2001). Sin embargo, en dichos sistemas se tienen varios inconvenientes que incluyen el hecho de que se requieran diferentes aparatos fsicos para medir mltiples variables, con la desventaja que representa la portabilidad de los mis-mos; adems, dichos aparatos pueden incluir diferentes in-terfaces o no incluirlas, lo cual ocasiona que no puedan ingresarse los datos a la computadora de manera autom-tica. Lo anterior representa las mayores desventajas en el uso de sistemas de instrumentacin tradicionales, ya que no se tiene interaccin con equipos de cmputo en tiempo real, aunado a la nula posibilidad de comunicacin inalm-brica y aplicaciones mviles. </p><p>Debido a esto, la instrumentacin se ha caracterizado por un incremento continuo en cuanto a flexibilidad y esca-labilidad de equipos e instrumentos de medicin, as como de las interfaces que permitan ingresar datos a alta velo-cidad en la computadora para su posterior anlisis y pro-cesamiento. Todo esto ha llevado al nacimiento de la ins-</p><p>trumentacin virtual, el cual es un trmino asociado al uso de instrumentos virtuales (virtual instruments o VIs) dado que se encuentran dentro de la computadora y mediante los cuales se pueden desarrollar aplicaciones computacio-nales basadas en interfaces grficas de usuario (graphical user interfaces o GUIs) (Goldberg, 2000, pp. 10-13). </p><p>Actualmente se utiliza la instrumentacin virtual en to-dos los mbitos de la vida real puesto que tiene una in-mensa gama de aplicaciones. Su xito principal se debe al rpido y constante avance en equipos computacionales, al bajo costo y alto rendimiento que representa, comparado con la instrumentacin tradicional; y al creciente desarrollo de sistemas para diseo de software, aunado a la fcil ac-cesibilidad para la mayora de los usuarios. </p><p>Pg. 1 de 2</p><p>Interfaz grfica de usuario (graphical user interfaz o GUI)Cdigo de programa que utiliza un conjunto de imgenes y objetos gr-ficos para representar informacin y elementos disponibles que permi-ten la interaccin del usuario de una manera eficiente con la aplicacin. Su principal funcin consiste en propor-cionar un entorno visual sencillo que permita la comunicacin con el siste-ma operativo de una computadora.</p><p>Adquisicin de datos (data acquisi-tion o DAQ)Proceso mediante el cual se miden parmetros fsicos reales de variables como voltaje, corriente, temperatura, flujo, nivel, posicin, etc. </p><p>Dicha interaccin entre la computadora y usuario se realiza utilizando un lenguaje de programacin grfico y permite la adquisicin de datos, el procesamiento de la informacin y el despliegue y registro de la misma. </p><p>1.1. Evolucin de la instrumentacin</p></li><li><p>Instrumentacin virtual. Fundamentos de programacin grfica con LabVIEW</p><p>2</p><p>Glosario1. Introduccin a la instrumentacin virtual1.1. Evolucin de la instrumentacin</p><p>Pg. 2 de 2</p><p>Por estas razones, la instrumentacin virtual representa una enorme ventaja tecnolgica respecto al uso de sistemas de instrumentacin tradicionales; lo cual implica el reto natural de adaptarse al continuo avance tecnolgico y representa la oportunidad de desarrollar aplicaciones novedosas en infinidad de reas de estudio, teniendo el suficiente conocimiento y preparacin en el modelo de diseo de sistemas basados en instrumentacin virtual. </p><p>Igor Kolychev/AsciiArt/Photos.com</p></li><li><p>Instrumentacin virtual. Fundamentos de programacin grfica con LabVIEW</p><p>3</p><p>Glosario1. Introduccin a la instrumentacin virtual1.2. Adquisicin de datos</p><p>La adquisicin de datos (data acquisition o DAQ) es un proceso mediante el cual se miden parmetros fsicos rea-les de variables como voltaje, corriente, temperatura, flujo, nivel, posicin, etc. Dicha informacin se ingresa a la com-putadora para su posterior anlisis y procesamiento con el fin de obtener una salida de informacin; la cual puede ser almacenada, desplegada en pantalla o enviada a un sitio remoto utilizando algn mtodo de transmisin inalmbrica (Sachenko, 2002, pp. 97-100).</p><p>Para realizar el proceso de adquisicin de datos se re-quiere el uso de un sensor o transductor, el cual proporcio-na seales elctricas proporcionales a la magnitud fsica de la variable a medir. Dicho sensor se puede conectar a </p><p>la computadora utilizando tarjetas electrnicas para adqui-rir seales, o bien, puede provenir de sitios remotos si la adquisicin se realiza mediante dispositivos de conexin inalmbrica tales como Bluetooth, WiFi o ZigBee. Adems, tambin se pueden tener seales que provengan de puer-tos o buses de comunicacin asociados a la computadora como son el puerto serial, el puerto USB o interfaces PCI-X. Adicionalmente se puede hacer uso de interfaces indus-triales como GPIB (General Purpose Interfaz Bus) o PXI (Compact PCI Extensions), por citar algunas.</p><p>En general, la adquisicin de datos se puede realizar tanto para ingresar seales a la computadora como para extraer seales de la misma; aunque el trmino adquisi-cin implica solamente adquirir o ingresar datos. El mto-do bsico para realizar la manipulacin de los datos incluye el uso de tarjetas de adquisicin (DAQ boards), las cuales son dispositivos que se encargan de adquirir seales fsi-cas provenientes de los sensores y de generar seales fsi-cas provenientes de datos procesados por la computadora. Las tarjetas de adquisicin son la base de la instrumenta-cin virtual, ya que mediante su uso se realiza la comuni-cacin de parmetros fsicos del mundo real con la compu-tadora lo cual permite interactuar fsicamente con seales tanto virtuales como reales (Santori, 1990, pp. 36-39).</p><p>Las tarjetas de adquisicin pueden adquirir o generar seales de acuerdo a su funcionalidad y caractersticas co-</p><p>Pg. 1 de 2</p><p>Sensor o transductorDispositivo utilizado para la adquisi-cin de datos que proporciona sea-les elctricas proporcionales a la magnitud fsica de la variable a medir. </p><p>1.2. Adquisicin de datos</p><p>Aliaxei Shupeika/Black USB hub/Photos.com</p></li><li><p>Instrumentacin virtual. Fundamentos de programacin grfica con LabVIEW</p><p>4</p><p>Pg. 2 de 2</p><p>1. Introduccin a la instrumentacin virtual1.2. Adquisicin de datos</p><p>merciales. En general, se pueden configurar para su uso en dos modos di-ferentes, los cuales a su vez se pueden subdividir en tres modos:</p><p>En estos seis casos diferentes se pueden manipular seales tanto anal-gicas como digitales provenientes de sensores que midan algn parmetro fsico o generar seales fsicas procesadas por la computadora. Ejemplos de parmetros fsicos medidos y/o generados por las tarjetas de adquisicin son:</p><p>El uso de las tarjetas de adquisicin involucra el uso de convertidores anlogo-digital (ADCs) y convertidores digital-anlogo (DACs) para la con-versin de las seales de analgica a digital y de digital a analgica, respec-tivamente, ya que las seales procesadas por la computadora son seales digitales y se requiere del proceso de conversin. Adems, se tienen proce-sos de acondicionamiento de las seales para su manipulacin correcta, los cuales involucran mtodos de amplificacin, filtrado, aislamiento y/o linea-lizacin para evitar efectos negativos como el ruido, sobrecargas, aliasing, no linealidad y otros. Lo anterior indica que el uso correcto de las tarjetas de adquisicin conlleva la aplicacin de conocimientos en diferentes reas de ingeniera, la cual representa una herramienta poderosa para el diseo y desarrollo de aplicaciones relacionadas con la instrumentacin virtual.</p><p>Temperatura</p><p>Posicin</p><p>Anchosde pulso</p><p>Corriente</p><p>Presin</p><p>Posicin linealo angular</p><p>Voltaje</p><p>Frecuencia</p><p>Aceleracin</p><p>Resistencia</p><p>Fuerza</p><p>Conteo de tran-siciones o flan-cos de subida (rising edge) o bajada (faalling </p><p>edge) </p><p>Adquirir seales</p><p>Adquisicin de seales analgicas</p><p>Adquisicin de seales digitales</p><p>Adquisicin de seales de un contador/temporizador</p><p>Generar seales</p><p>Generacin de seales analgicas</p><p>Generacin de seales digitales</p><p>Generacin de seales de un contador/temporizador </p><p>Jason Pickford/Networking/Photos.com</p></li><li><p>Instrumentacin virtual. Fundamentos de programacin grfica con LabVIEW</p><p>5</p><p>Pg 1 de 1</p><p>1. Introduccin a la instrumentacin virtual1.3. Lenguajes de programacin virtual</p><p>Hoy en da se tienen varios lenguajes de programacin los cuales pueden utilizarse para desarrollar aplicaciones de instrumentacin virtual en diferentes reas de estudio. Estos lenguajes tienen en comn el hecho de que se ba-san en conjuntos de instrucciones de texto creando lneas de cdigo. Como ejemplos de estos lenguajes se tienen: C/C++, C#, Java, Phyton, por mencionar los ms utiliza-dos. Dichos lenguajes ofrecen diferentes ventajas y des-ventajas entre s, las cuales permiten el desarrollo de inter-faces virtuales aplicables a la instrumentacin.</p><p>Sin embargo, l...</p></li></ul>

Recommended

View more >