Capítulo 2 Virtual Instruments. Instrumento Virtual O instrumento virtual consiste da combinação...

Capítulo 2Capítulo 2

Virtual Instruments

Instrumento Virtual

• O instrumento virtual consiste da combinação de hardware, placas de aquisição de dados ou instrumentos tradicionais, para aquisição de dados e software para testes que analisa e apresenta os dados adquiridos. Normalmente são utilizados com PCs.

• A funcionalidade do instrumento virtual é especificado pelo usuário e definido pelo software, atendendo todas as suas necessidades; caso o ensaio seja alterado ou criado um novo, basta alterar o software para que novas funções sejam incorporadas, oferecendo assim uma flexibilidade enorme quando comparado com os instrumentos tradicionais.

Instrumento Virtual - Cont.

• Ainda quando da existência dos instrumentos tradicionais, estes podem ter as suas funções incrementadas através de funções matemáticas e de interfaces amigáveis com o usuário implementadas via software. Isto permitirá uma sobrevida ao instrumento passando este a contar com recursos antes inexistentes ou excessivamente dispendiosos.

Considerações em um Sistema de Aquisição de Dados

Para a correta especificação de um sistema de aquisição de dados deve-se levar em conta o :

Tipo de sinal a ser medido

Verificar a grandeza a ser medida, para a escolha do sensor e transdutor ; estas grandezas podem ser:– Temperatura, Pressão, Força, Pressão, Peso,

Tensão, Corrente, Sinais de Vibração e Acústica e Outros.

Considerações em um Sistema de Aquisição de Dados - Cont. 1

Condicionamento do Sinal

Os sensores normalmente requerem a adequação do sinal antes de serem conectados ao dispositivo de aquisição de dados. Os condicionadores de sinal são usados para :– Amplificar

IsolarFiltrarExcitarMultiplexar


Dispositivo de Aquisição de Dados

Para a escolha do dispositivo de aquisição de dados devemos observar os seguintes aspectos :– Sinal a ser medido

PrecisãoResoluçãoTaxa de amostragemNúmero de canaisExpansão do número de canaisPlataforma computacionalTipo de barramento ou interface


Software Aplicativo

Definir os recursos necessários no sistema de testes: – Interface com o usuário

Dados devem serem armazenadosFormato do arquivoAnálises e cálculosRelatóriosBanco de dadosDistribuição dos dados e relatóriosPublicação na Intranet ou InternetSistema operacional

Sistema de Aquisição de Dados e de Testes e Medidas

• Atualmente os sistemas de aquisição de dados e de testes e medidas seguem o conceito de "Instrumentação Virtual", onde software é o instrumento.

• Utilizando o ambiente gráfico de programação LabVIEW, e placas de aquisição de dados da National Instruments reduzimos drasticamente o tempo de desenvolvimento e conseqüentemente o valor do investimento a ser realizado pelo cliente.

Sistema de Aquisição de Dados e de Testes e Medidas - Cont. 1

• A integração dos equipamentos já existentes utilizando o PC como interface permite um melhor aproveitamento e total controle sobre os testes. O gerenciamento, sequenciamento e a parametrização dos testes são realizados por uma interface comum e a geração de relatórios e controle de resultados é otimizado.

• Ainda permite a disponibilização dos dados coletados e relatórios em qualquer ponto da rede corporativa, por meio de um banco de dados, promovendo a integração dos laboratórios com o sistema corporativo.


• O uso da tecnologia baseada em PC conferem características de modularidade, flexibilidade, portabilidade, integração e atualização que não são encontradas em equipamentos convencionais.

• Um sistema deste tipo permite a realização de testes totalmente automatizados, reduzindo a necessidade de acompanhamento do ensaio por parte do usuário, podendo este dedicar maior tempo à análise dos resultados do ensaio.


• O funcionamento do sistema pode ser descrito da seguinte forma : coleta do sinal, adequação do sinal para ser digitalizado, digitalização do sinal, software para o gerenciamento do ensaio e coleta de dados.

Componentes de um Sistema de Aquisição de Dados e de Testes e

Medidas• Transdutor - converte uma grandeza física

(temperatura, força, pressão, etc.) em elétrica (V, mV, A, freqüência, etc). TC, RTD.

• Atuadores - dispositivo para ativar equipamentos de controle usando pneumática, hidráulica ou elétrica. Atuador de válvula.

• Condicionadores de sinal - asseguram a qualidade do sinal antes da conversão A/D, amplificando, filtrando, linearizando, compensando a junta fria. Amplificadores, filtros, etc.

Componentes de um Sistema de Aquisição de Dados e de Testes e

Medidas - Cont.• Placas de aquisição e controle - também chamadas

de placas "plug-in" elas realizam a conversão do sinal analógico para digital (A/D) para que o PC possa processar ou armazenar o sinal, ou o contrário (D/A) permitindo ao PC controlar eventos, I/O digitais para monitoração ou acionamento de chaves, contadores e timers para medidas de largura de pulso, freqüência, etc.

• Software - responsável por todas as funções do sistemas de testes, interface com o usuário, armazenamento e análise dos dados ; é o que permite o uso do PC como instrumento.

Benefícios

• Os sistemas de testes automatizados permitem inspecionar 100% da produção. A detecção de falhas no produto pode ser realizada nas diversas fases da montagem e isto garante a manutenção de altos índices de qualidade.

• Os recursos utilizados na implementação de um sistema automatizado de testes não deve ser encarado como um custo e sim como um investimento e um compromisso de qualidade e confiança com o cliente.

Benefícios - Cont.O controle efetivo de qualidade na linha de produção permite :

a correção do defeito antes do estágio final de montagem, reduzindo os custos;

reduzir o índice de remanufatura e rejeitos; facilitar a identificação de problemas no processo; assegurar o controle de qualidade em 100% da produção; conquistar a satisfação do cliente com relação ao produto

•.

•Os

Aplicações

As aplicações para sistemas de aquisição de dados e testes e medidas são as mais variadas, limitado somente por nossa criatividade. Como as mais usuais podemos citar :

Calibração ; Controle Dimensional ; Medidas de Grandezas Físicas e Elétricas ; Automatização da Seqüência de Testes ; Controle de Processos ; Coleta e Análise de Dados ; Sinóticos do Processo ; e Outras .

Instrumentos Virtuais - LabVIEW

LabVIEW (Laboratory Virtual Instruments Engineering Workbench) é uma linguagem de programação desenvolvida pela National Instruments.

O LabVIEW é diferente das usuais linguagens de programação em um aspecto importante. Ao invés de utilizar linhas de código, ele utiliza uma linguagem gráfica conhecida como linguagem G que é composta de muitos nodos conectados.

O LabVIEW tem um compilador gráfico aperfeiçoado para maximizar o desempenho do sistema. O LabVIEW simplifica o desenvolvimento do programa, e também diz imediatamente ao usuário quando um erro foi cometido. Como também produz um código que pode ser reutilizável. LabVIEW é usado como um substituto para as linguagens baseadas em linhas de código, permitindo ao usuário observar o que o programa está fazendo literalmente, deste modo, você pode inserir um pedaço de código esquecido, e pode estudar como o dados estão “viajando”. Ele tem extensivas bibliotecas de funções para qualquer programa.

Os programas no LabVIEW são chamados de Virtual Instruments (VI’s) porque a aparência e as operações simulam instrumentos reais.

Exemplo de uma VI em LabVIEWOsciloscópio de Dois Canais

Exemplo de outra VI em LabVIEWAnalisador de Espectro

Tutorial LabVIEW - 1

No Painel Frontal do LabVIEW, selecione Waveform Chart do Arrays and Graphs palette.


Próximo ao chart, adicione um Vertical Toggle Switch

selecionando - o no Boolean palette. .


Mude para o Diagrama de Fluxo de Dados do LabVIEW ( CTRL + E ). Selecione o While Loop do Structures palette e arraste-o de forma que os terminais chart e o switch fiquem dentro do mesmo.


Selecione o Digital Thermometer VI do Tutorial palette e coloque a subVI dentro do While Loop. A cada tempo da execução do loop , o valor de temperatura será lido.


Usando a ferramenta wiring tool ( carretel ) , conecte a Digital Thermometer VI no terminal chart. A cada loop o valor da temperatura será lido e mostrado no chart ( gráfico registrador ).


Conecte o terminal On/Off no controle do While Loop. Enquanto a chave On/Off estiver na posição ON, o programa continuará a adquirir o valores de temperatura.

.


Retorne ao Painel Frontal selecionado a opção Show Panel do menu Window ou pelo atalho CTRL + E . Coloque a chave na posição ON e pressione o botão “Rodar”. “Salve” a VI .

Partes Principais de uma VI e subVI

• Vis e subVIS têm três partes principais : o front panel, o block diagram e o icon/connector.

• Front panel ( painel frontal ) : é a interface interativa do usuário com a VI. Contém potenciômetors, botões pulsadores, gráficos e muitos outros controles e indicadores. O termo control é relacionado com entradas e o termo indicators com as saídas do programa.

Partes Principais de uma VI e subVI - Cont. 1

• Block diagram ( diagrama de fluxo de dados ) : é o código fonte da VI. O código fonte é escrito em linguagem de programação G. O código fonte de uma VI na verdade não é escrito e sim feito com ícones gráficos ligados através de conexões por fios. O block diagram é o código executável. Os ícons ( ícones ) de um block diagram representam VIs de baixo nível, funções internas ( built-in ) e estruturas de controle de programa. A execução de um programa em linguagem G é orientado por um fluxo de dados e não por uma execução linear de linhas de código.

Partes Principais de uma VI e subVI - Cont. 2

• Icons e Connectors ( ícones e conectores ) : especificam o caminho do fluxo de dados dentro e fora das VIs. O icon é a representação gráfica da VI no block diagram e o connector define as entradas e saídas. Todas as VIs têm um ícone e um conector.

Icon Connector

ResumoResumo

Virtual Instruments - LabVIEW

Virtual Instrument

Criando Painéis e Diagramas

Diagrama

Caixa de Ferramentas Menu Window / Show Tools Palette

Construindo uma VI• Crie uma VI ( Simple Math.vi ) que execute as

seguintes funções :– Some dois números e mostre o resultado ;– Multiplique os mesmos dois números e mostre o resultado ;– Compare os dois números de entrada e acenda um LED se

os números forem iguais.

Fluxo dos Dados no LabVIEW• Considere o block diagram da VI mostrada abaixo que soma

dois números e e calcula o seno do resultado. Neste caso, o block diagram executa da esquerda para direita, não porque os objetos são colocados na ordem, mas porque uma das entradas da função Sine & Cosine não é válida até que a

função Add tenha somado os números. ( DataFlowA.vi )

execução highlighting

Fluxo dos Dados no LabVIEW• Considere o block diagram da VI mostrada abaixo. Qual código

executa primeiro? O código da esquerda ou da direita? Você não pode responder esta questão somente olhando os códigos. O código da esquerda não é executado necessariamente primeiro. Nas situações onde um código deve ser executado antes do outro e não existe nenhum tipo de dependência entre as funções, você deve usar a estrutura SEQUENCE para forçar

a ordem de execução. ( DataFlowB.vi )

execução highlighting

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