Introducción a la Instrumentación Virtual. El entorno de ?· La utilizacin manual de instrumentos…

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  • Prctica 1:

    Introduccin a la Instrumentacin Virtual. Elentorno de trabajo Labview 4.0

    1. - Introduccin a la Instrumentacin Virtual. Control deInstrumentos desde el ordenador. Automatizacin de medidas

    Muchas veces la realizaci n de una medida requiere la intervenci n de variosinstrumentos, unos generan est mulos sobre el dispositivo que se pretende medir, y otrosrecogen la respuesta a estos est mulos. Este conjunto de instrumentos que hace posiblela realizaci n de la medida, recibe el nombre de sistema de instrumentaci n. Todosistema de instrumentaci n consta de unos instrumentos, un sistema de interconexi n deestos instrumentos y un controlador inteligente que gestiona el funcionamiento de todoel sistema y da las rdenes para que una medida se realice correctamente.

    La utilizaci n manual de instrumentos para realizar medidas es pr cticamente unhecho aislado, s lo en los procesos de investigaci n y desarrollo de nuevos prototipos, oen entornos docentes es una pr ctica habitual. A nivel industrial las medidas para elcontrol de un determinado proceso, las pruebas funcionales sobre un equipo o el controlde calidad de la producci n se realizan de manera autom t ica. La automatizaci n de lasmedidas requiere que los instrumentos gocen de un cierto grado de inteligencia para quepuedan ser gobernados por un controlador que se comunica con los instrumentos atrav s de un BUS de instrumentaci n (GPIB, VXI, RS232...). La figura 1 muestra unsistema de instrumentaci n virtual

    Figura 1 Sistema de Instrumentacin virtual (National Instruments Inc.)

  • Los inicios de la instrumentaci n controlable desde el ordenador, y de hecho delos sistemas de instrumentaci n, se sit an a mediados de los a os 60 cuando HewlettPackard, desarroll su bus para instrumentaci n HP-IB (Hewlett Packard Interface Bus)que permit a conectar su gama de instrumentos programables a un ordenador. Estainterfase gan r pidamente gran popularidad y en 1975 fue aceptada como un standard:el IEEE-488. Desde aquellos d as hasta ahora el standard ha sufrido variasmodificaciones y el bus GPIB (acr nimo de General Purpose Interface Bus, por el quese le conoce habitualmente) se ha convertido en uno de los m s populares en el campode la instrumentaci n programable.

    Pero no es lo mismo hablar de instrumentaci n controlable por ordenador que deinstrumentaci n virtual. De la primera a la segunda existe un salto importante, salto queha sido posible gracias a los avances en el campo de la inform t ica. Hablar deinstrumentos virtuales es hablar de un software que se ejecuta sobre el controlador, quepermite independizarnos de los instrumentos reales y de la forma de interconectarlos.En muchas ocasiones el usuario final del sistema de instrumentaci n s lo ve losinstrumentos virtuales en la pantalla del ordenador.

    La forma habitual de construir un sistema de instrumentaci n virtual, a partir delos instrumentos controlables que tenemos disponibles y de tarjetas de adquisici nconectadas directamente al bus del controlador es utilizar un software comercial quefacilite esta tarea. Existen varias posibilidades pero se pueden resumir en dos grandesgrupos, los entornos de programaci n de tipo lingstico y los entornos deprogramaci n gr ficos. Adem s de este software necesitaremos una tarjeta controladora(GPIB en nuestro caso) dentro del ordenador para que act e de controlador, y losdrivers de control de los instrumentos que los suele facilitar el fabricante del entorno deprogramaci n.

    Para la realizaci n de estas pr cticas, utilizaremos la tarjeta controladora GPIB-PCIIA de National Instruments, junto con una tarjeta de adquisici n de datos del mismofabricante (PCLab+). El entorno de trabajo es un entorno gr fico de programaci n,LabView 4.0 .

    2.- Introduccin a LabView 4.1

    La palabra LabView esta formada por las iniciales de Laboratory VirtualInstrument Engineering Workbench. Es un entorno gr fico para el desarrollo deaplicaciones en el campo de la instrumentaci n, desde la adquisici n de datos hasta elcontrol remoto de instrumentos. El entorno dispone de librer as matem ticas, para elan lisis de datos y de los drivers de control de varios instrumentos.

    Los programas de Labview se denominan instrumentos virtuales, VI, por quesu apariencia es la de un instrumento de laboratorio. Estos VI son equivalentes a lasfunciones de C o a los procedimientos de Pascal.

    Un VI consta de dos partes bien diferenciadas, el Panel Frontal (Front Panel) yel Diagrama de Bloques (Block Diagram). El panel frontal es la interfase del

  • programa con el usuario, en l est n representadas todas las entradas y salidas delprograma. Por analog a a un instrumento real, las entradas del panel frontal se llamancontroles y las salidas indicadores. El diagrama de bloques es el c digo deprogramaci n escrito en lenguaje gr fico. Los distintos componentes del diagrama debloques son los nodos del programa. Los componentes est n interconectados unos conotros. Estas interconexiones definen el flujo de datos en el diagrama de bloques. Lafigura 2 contiene el panel frontal y el diagrama de bloques de un VI .

    Figura 2: Panel frontal y diagrama de bloques de un VI.

    3.- Programacin con LabView 4.1

    Para empezar un programa en Labview, en la ventana que aparece cuandoabrimos el programa debemos seleccionar la opci n New VI, aparecer n entonces dosventanas vac as, una correspondiente al panel frontal y una correspondiente al diagramade bloques.

  • El dise o del programa se suele empezar en el panel frontal. Se debe decidircomo ser la interfase de usuario, es decir que entradas y salidas tendr el programa.Veamos un ejemplo de c mo se realiza este dise o.

    se al sinusoidal del cual podemos variar laamplitud entre 0 y 10. La frecuencia de la se al ser fija. Como par metros de entradanecesitaremos un control para la amplitud y un control de puesta en marcha. Comosalida necesitaremos un indicador que nos permita visualizar la se al generada.

    Nos situamos sobre el panel de control. Deben aparecer dos paletas flotantes,una paleta de herramientas que sirve para editar, modificar y depurar VIs y la paleta decontroles que sirve para crear el panel frontal (figura 3 ). Si alguna de estas dos paletasno es visible se debe activar show Tools palette o show Controls palette de la opci nwindows de la barra de men superior.

    Figura 3 Paletas de herramientas, controles y funciones

    En la paleta de controles seleccionaremos los controles num ricos y de entreellos un control circular (Knob) y lo colocaremos sobre el panel frontal. A continuaci nescribiremos el nombre de este control (amplitud).

  • Figura 4. Controles numricosPodemos observar que al situar un elemento sobre el panelfrontal, aparece tambin en el diagrama de bloques una referencia a esteelemento que lleva el mismo nombre. En este caso es un cuadrado con lneadoble de color naranja que indica que es una entrada de un nmero entero(figura 5).

    Figura 5. Panel frontal y diagrama de bloques despus de insertar el control numrico

  • Si no se ha podido escribir el nombre del indicador, situarse sobre el mismo yapretar el bot n derecho del mouse. Aparecer un men desplegable con las opciones deedici n de este control (figura 6)

    Figura 6 Men desplegable de un control

    Seleccionar Show Label y escribir ahora el nombre del control. Observar queadem s del control circular existe un indicador digital con el valor de la amplitudseleccionado. Este indicador se puede ocultar si se desea.

    Una vez fijado el control de la amplitud de la se al de entrada colocaremos en elpanel frontal el control que nos permita la puesta en marcha del generador. En este casoseleccionaremos los controles booleanos de la paleta de controles y escogeremos unbot n que nos permita poner en marcha el generador (figura 7).

    Figura 7 Controles booleanos

    Ahora en el diagrama de bloques ha aparecido una referencia al bot n quehemos situado en al panel frontal un cuadrado con doble l nea de color verde con lainscripci n TF en su interior. La doble l nea nos indica que es un control (una entrada)el color verde indica que es un dato booleano (figura 8).

  • Figura 8 Panel frontal y diagrama de bloques tras insertar los dos controles de entrada

    Ahora que ya tenemos definidas todas las entradas al programa definiremos la salida. Ennuestro caso un indicador que nos permita visualizar la se al generada. En la paleta decontroles seleccionaremos el grupo indicadores gr ficos y de entre ellos el waveformgraph (permite dibujar una gr fica en funci n de su ndice) (figura 9).

    Figura 9 Panel frontal y diagrama de bloques despus de insertar los dos controles y elindicador.

  • Una vez m s en el diagrama de bloques ha aparecido una referencia al indicadordel panel frontal, en este caso un rect ngulo de color naranja con l nea simple indicandoque es una salida de n meros enteros. Al final de esta primera pr ctica aparece unareferencia con los c digos de colores y de grosor de l neas para los distintos tipos dedatos.

    Ahora que tenemos el panel frontal definido, pasaremos a la construcci n deldiagrama de bloques. Activaremos la paleta de funciones de la misma manera que lapaleta de controles del panel frontal y en ella seleccionaremos la subpaleta de an lisis,dentro de ella la generaci n de funciones y dentro de esta ltima un VI que nos generauna forma de onda sinusoidal (figura 10)

    Figura 10: Subpaleta de an lisis y subpaleta de generacin de funciones.

    En el diagrama de bloques, debemos realizar las conexiones de los distintoselementos que indiquen el flujo con que se van a realizar las distintas operaciones. Paraestablecer estas conexiones, seleccionaremos de la paleta de herramientas el carrete dehilo.

    Antes de empezar las conexiones veamos qu entradas y salidas tiene el VI quenos genera (la se al senoidal). Para ello nos situamos sobre el icono y apretamos el

  • bot n de la derecha del mouse. Aparecer un men desplegable donde podemosonline help. A trav s de ella se activa una ayuda donde aparece

    una descripci n completa de la funci n.

    La figura 11 muestra las entradas y las salidas de este VI.

    Figura 11: Conexiones del VI que genera la seal sinusoidal.

    Como entradas debemos definir el n mero de muestras de la se al, la amplitud,la fase en grados y el n mero de ciclos a visualizar. Como salidas nos da un vector denumeros correspondientes a las muestras de una sea l senoidal y una se al de error.

    En nuestro caso, el n mero de muestras, la fase y el n mero de ciclos sonconstantes num ricas. Para fijar su valor, seleccionaremos de la paleta de funciones laopci n numeric y dentro de ella escogeremos una constante y escribiremos su valor, porejemplo 1024 muestras, 30 de desfase y 2,5 ciclos. A continuaci n uniremos cada unade estas constantes con la entrada correspondiente de la funci n seno mediante elcarrete de hilo. Finalmente uniremos la salida de se al con el indicador visual. Elaspecto del diagrama de bloques debe ser parecido al de la figura 12.

    Figura 12: Diagrama de bloques tras realizar las conexiones.

    El control del funcionamiento del generador, se realiza a trav s del interruptorON/OFF cuya representaci n en el diagrama de bloques es un indicador booleano (T/F).Este indicador lo utilizaremos como control de un bucle while que controle lageneraci n de se al. Para crear este bucle, seleccionaremos la opci n estructuras de lapaleta de funciones y dentro de sta el bucle while. Nos situaremos en el externosuperior derecho del c digo del programa y arrastraremos el mouse hasta envolver

  • todo el gr fico que debe controlar el bucle, manteniendo apretado el bot n izquierdo delmouse.

    Ahora debemos conectar el indicador T/F al control del bucle (una flecha enforma circular de color verde). En la Figura 13 se encuentra el diagrama de bloques delgenerador.

    Figura 13. Diagrama de bloques del generador de seal senoidal

    Antes de continuar, salvaremos el programa realizado. Para ello vamos al men y escogemos la opci n para guardar el fichero save as.

    4. - Ejecucin de un programa con LabView 4.1

    Existen varias formas de ejecutar un programa en LabView. Las distintasopciones pueden encontrarse en la barra de tareas del diagrama de bloques (figura 14):

    Figura 14: Barra de tareas del diagrama de bloques

    A continuaci n se describen las distintas opciones de ejecuci n:

  • Ejecuci n del programa. LabView compilar el programa si es necesario.

    Mientras se esta ejecutando el programa el bot n anterior cambia de aspecto yse transforma en la imagen de la izquierda

    Si se est ejecutando un subVI el bot n de ejecucin se transforma en el de laizquierda.

    Ejecuci n continua hasta que se aprieta el bot n de pausa o se finaliza la

    Inicio de ejecuci n paso a paso. Ejecuta una estructura o un subVI se para en elsiguiente nodo.

    Ejecuta el primer paso de una estructura o un subVI y se para antes de ejecutar elsiguiente paso.

    Finaliza la ejecuci n de una estructura, diagrama de bloques o VI y se para

    Adem s de estas opciones se puede ejecutar el programa en modo highlight.Este modo de ejecuci n permite ver una animaci n de c mo se ejecuta el VI

    Cuando al ejecutar un VI existen errores aparece una ventana como la de la figura 15con una lista de los errores que se han encontrado.

    Si nos situamos con el cursor sobre uno de los errores apretando el bot n Find, se indicad nde est el error en el diagrama de bloques.

  • Aunque un VI no d errores de ejecuci n, puede ser que no est realizando la

    Figura 15. Lista de errores

    funci n que esper bamos. Para poder depurar el funcionamiento existen dosherramientas: probe y breakpoint. La primera nos permite visualizar el valor de undato mientras fluye en el diagrama de bloques. La segunda nos permite establecer unpunto de interrupci n en el programa. Ambas se encuentran en la paleta deherramientas.

    En un VI pueden existir varias funciones que se ejecuten simult neamente. Dehecho, el nico requisito para que se ejecute un determinado bloque es que tenga losdatos disponibles a su entrada. Normalmente el flujo de datos en el VI es de izquierda aderecha; las entradas suelen estar situadas a la izuierda del icono y las salidas a laderecha. Si se desea que se ejecuten ciertos bloques en un orden determinado se debeutilizar una estructura llamada secuencia.

    En la figura 16 la secuencia de ejecuci n de los bloques es A, C, B, D, E

    Figura 16

    A

    DC

    B

    E

  • Descripcin del entorno informtico de trabajo del laboratorio

    Los puestos de trabajo dispones de un ordenador basado en un microprocesador IntelPentium. El sistema operativo es Windows95 y todos los puestos de trabajo estancontectados mediante una red telem t ica a la UPCNet. Cada usuario dispone de undirectorio de trabajo en este servidor, de forma que es accesible desde cualquier puestode trabajo o desde el exterior del laboratorio. Se recomineda hacer copias de seguridaden diskettes.

    Trabajo en el laboratorio

    1. - Realizar en el cuaderno de laboratorio un gr fico descriptivo de los componentesdel sistema de instrumentaci n virtual del puesto de trabajo (controlador, instrumentos,conexiones)

    2. - Iniciar el entorno de...

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