Tema 11: Instrumentación virtual

1M. en C. Edgardo Adrián Franco Martínez http://www.eafranco.comedfrancom@ipn.mx@edfrancom edgardoadrianfrancom

Contenido• Introducción

• Instrumentación Virtual

• Instrumentación Tradicional vs Virtual

• Componentes de un sistema basado enInstrumentación Virtual

• LabView

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Introducción• Un dispositivo virtual es un objeto que posee la capacidad

de producir un efecto, sin estar presente físicamente. Es poresto que la denominada instrumentación virtual harevolucionado el mercado de la instrumentaciónprincipalmente porque no es necesario disponer físicamentede los instrumentos para realizar aplicaciones.

• Desde principios de la década del '80, y siguiendo la tendencia dela Tecnología y del Mercado, varias compañías comenzaron adesarrollar sistemas para implementar aplicaciones basadas enInstrumentación Virtual, esto debido principalmente a laeficiencia y beneficios de esta nueva tecnología, permitiendo deesta forma que el usuario configure y genere sus propiossistemas logrando de esta forma: alto desempeño del sistema,Flexibilidad, Reutilización y Reconfiguración. A la par con estosbeneficios se logra una notoria disminución de costos dedesarrollo, costos de mantenimiento, etc.

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Instrumentos análogos

Evolución

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Instrumentos digitales

Instrumentos virtuales

• El concepto de instrumentación virtual nace a partirdel uso de la computadora moderna como"instrumento" de medición de señales del entornocomo temperatura, presión, caudal, etc.

Instrumentación Virtual• Un instrumento virtual es aquel que reemplaza

elementos de hardware con un software capaz derealizar las tres funciones básicas de un instrumentoconvencional: adquisición, análisis y presentación dedatos.

• Un instrumento virtual permite personalizar elinstrumento y agregarle mucha más funcionalidad sinincurrir 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)

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Instrumentación Tradicional vs Virtual• En la instrumentación tradicional, el instrumento actúa

totalmente aislado, con capacidades predefinidas por elfabricante, conjunto de entradas y salidas fijas, interfaz con elusuario basada en botones, perillas, led y display quepermiten controlar o cambiar algunas de las característicasdel instrumento que en el fondo es un dispositivo electrónicoque contiene Amplificadores de Instrumentación, Filtros,Conversores A/D, Microprocesadores, Memorias y Buses decomunicación para poder convertir y representar una señaleléctrica en forma numérica o a través de un display o ungráfico.

• El Instrumento Tradicional representa una arquitecturacerrada, impidiendo realizar algún cambio en sufuncionalidad, debido a que necesariamente cualquiermodificación pasa por realizar cambios en la circuiteríainterna del equipo, lo que evidentemente es muy pocofactible.

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• La instrumentación virtual aprovecha el bajo costo de los equiposde computo y su alto grado de rendimiento en procesos de análisispara implementar Hardware y Software que permiten al usuarioincrementar la funcionalidad del instrumento tradicional.

• Permite al usuario establecer las características del instrumento yde esta forma sus potencialidades y limitaciones. Por medio de lainstrumentación Virtual se pueden emular una gran cantidad deinstrumentos tales cono Multímetros, Osciloscopios, Analizadoresde señal, agregando además características tales como: Análisisnumérico, Visualización, Almacenamiento, Conectividad yProcesamiento de datos, entre otras.

• El principal inconveniente es la inversión inicial que involucraadquirir Software y Hardware, pero debido a que estos soncompletamente Reutilizables se traduce en beneficios a mediano ylargo plazo.

• Un instrumento virtual proporciona una mayor

flexibilidad y posibilidades de medición respecto a uninstrumento tradicional.

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Instrumento análogo o digital dedicado

Instrumento tradicional

Características y ajustes

definidos por el fabricante

Instrumento virtual

Características y ajustes definidos

por el usuario, el software genera

esta flexibilidad

• Un instrumento tradicional tiene la ventaja que el

hardware dedicado proporciona una mayor

exactitud y precisión de las mediciones dedicadas.

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Componentes de un sistema basado en Instrumentación Virtual

• Los sistemas basados en PC que permiten desarrollar aplicaciones conInstrumentación Virtual, tienen una estructura que se puede dividir entres componentes fundamentales:• Hardware de Adquisición de Datos y Acondicionamiento de Señal• Equipo de computo• Software

• Sin embargo, en cualquier aplicación con estos sistemas surgen otroselementos tales como: Transductores, Bloques Terminales, Cablesconectores, etc.

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• Transductores: Son los elementos que tienen la capacidad detransformar una señal en una de naturaleza distinta. Lasseñales provenientes de ciertos transductores son ingresadasal sistema de adquisición de datos en forma de Voltaje oCorriente, dependiendo esto último exclusivamente delTransductor y de la Tarjeta Adquisidora.

• Hardware de Acondicionamiento de Señal: Las señaleseléctricas generadas por los Transductores deben seracondicionadas para poder ser adquiridas por el Hardware.Los accesorios de acondicionamiento permiten Amplificar,Aislar y Filtrar.

• Hardware de Adquisición de Datos: Estos dispositivos sonfundamentales para implementar cualquier aplicación enInstrumentación Virtual, ya que permiten relacionar en formadirecta el concepto Virtual desarrollado en el computador y elconcepto Instrumentación que se desarrolla en terreno, ahídonde están los Sensores y Actuadores, transformándose asíen una interfaz absolutamente necesaria.

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• Cables de conexión y/o Bloques conectores: Una vez que se tienen lasseñales del hardware de adquisición de datos, es necesario que existanbloques conectores hacia el equipo de computo, estos antiguamente eranalambrados, pero debido al incremento de la fiabilidad de lascomunicaciones inalámbricas, estos bloques de conexión pueden serinalámbricos. Aquí es donde entran los protocolos de comunicación comopor ejemplo: USB, RS232, Bluetooth, Ethernet, WiFi, Bus PCI, etc.

• Equipo de cómputo: Hoy en dia los equipos de computo poseen grancapacidad de procesamiento y desempeño, así como buses de altavelocidad para la comunicación externa.

• Software: El Software transforma al Equipo de Computo, Hardware deAdquisición y Acondicionamiento de señales en un sistema completo deadquisición y generación de señales, análisis, procesamiento y visualizaciónde datos, es decir, es el último y tal vez uno de los más importantesingredientes 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

LabView• La Instrumentación Virtual está siendo utilizada

actualmente por una gran cantidad de Industrias y estáaumentando el número y la variedad de aplicaciones.Con respecto a los sistemas desarrollados con productosNational Instruments (LabView).

• Algunas de las aplicaciones industriales con LabView sonpara 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

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• LabVIEW de National Instrument, es una herramienta deprogramación gráfica, altamente productiva, para laconstrucción de sistemas de adquisición de datos,instrumentación y control. LabVIEW nos da la capacidadde crear rápidamente una interfaz de usuario que nosproporciona la interactividad con el sistema.

• La programación G es el corazón de LabVIEW, y difiere deotros lenguajes de programación como C o Basic, en queéstos están basados en texto, mientras que G es unaprogramación gráfica.

• Los programas en G, o VIs (“Virtual Instruments”)constan de una interfaz interactiva de usuario y undiagrama de flujo de datos que hace las funciones decódigo fuente.

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• LabVIEW de National Instrument

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Diagrama de bloque•Programa de acompañamiento para el panel frontal•Componentes “cableados” entre si

Panel frontal•Controles = entradas•Indicadores = salidas

• Paleta de controles y funciones

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Paletas de control(Ventana del panel frontal)

Paleta de funciones(Ventana de diagrama de bloque

• Aplicaciones

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• Comunicación con LabView

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