Taller Práctico. Desarrollo de Sistemas SCADA con NI LabVIEW

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1 Taller Práctico Desarrollo de Sistemas SCADA con NI LabVIEW Derechos de Autor 2011 National Instruments Corporation. Todos los derechos reservados. Bajo las leyes de autor, esta publicación no deberá ser reproducida o transmitida en ninguna forma, electrónica o mecánica, incluyendo fotocopia, grabación, almacenando en un sistema de recuperación de información o trasladar completo o en partes sin el consentimiento por escrito de National Instruments Corporation. National Instruments respeta la propiedad intelectual de otros y pedimos a nuestros usuarios hacer lo mismo. El software de NI está protegido por derechos de autor y otras leyes de propiedad intelectual. En donde el software de NI sea usado para reproducir software u otros materiales pertenecientes a otros, usted podrá usar el software sólo para reproducir materiales que usted posiblemente reproduzca de acuerdo a los términos de cualquier licencia aplicable u otra restricción legal. Marca Registrada National Instruments, NI, ni.com y LabVIEW son marcas registradas de National Instruments Corporation. Refiérase a los términos de uso en ni.com/legal para más información acerca de marcas registradas de National Instruments. Otros nombres de productos y compañías mencionados aquí son marcas registradas de sus respectivas compañías. Los Miembros de National Instrumets del Programa de Miembros de Alianza son entidades de negocio independientes de National Instruments y no tienen sociedad de la agencia o relación conjunta con National Instruments. Patentes Para patentes referentes a Productos/tecnología de National Instruments diríjase a la localidad apropiada Help»Patents en su software, el archivo patents.txt en su media de reproducción o en National Instruments Patent Notice en ni.com/patents. Derechos Reservados 1

2 A. Requerimientos de Hardware y Software Software Host (PC) LabVIEW 2011 LabVIEW Datalogging and Supervisory Control 2011 LabVIEW Real-Time 2011 NI RIO 4.0 NI OPC Servers CompactRIO Hardware NI RIO 4.0 LabVIEW Real-Time 11.0 NI Scan Engine 3.0 CompactRIO (9012, 9014, 9074, 9073) NI 9211 (Módulo de Termopar) NI 9474 (Módulo de Salidas Digitales) Cable Ethernet Figura A Vista del ensamble del crio con los módulos 9211 y

3 Ejercicio 1. Variables Compartidas Objetivo Leer un canal de temperatura mediante variables compartidas utilizando alarmas en LabVIEW DSC. Desarrollo 1. Inicie LabVIEW 2011 desde Start»All Programs»National Instruments. a. Seleccione la opción de Empty Proyect de la ventana de Getting Started. Figura 1-1 Ventana de Inicio LabVIEW 2011 b. Seleccione File» Save Project y guarde el proyecto como Alarma.lvproj 3

4 Figura 1-2 Proyecto en blanco guardado como Alarma.lvproj 2. Cree el objetivo del CompactRIO. a. Dé clic derecho en el proyecto Alarma y seleccione New» Target and Devices para desplegar la caja de dialogo Add Targets and Devices Figura 1-3 Creación de un nuevo Target or Devices b. Expanda Real- Time CompactRIO c. Seleccione crio-90xx 4

5 Figura 1-4 Ventana de configuración de Add Targets and Devices d. Dé clic en OK. Espere mientras LabVIEW detecta los módulos de la Serie C e. En la caja de dialogo para seleccionar el modo de programación, seleccione Scan Interface y dé clic en Continue Figura 1-5 Selección del modo de operación del crio Scan Interface 5

6 f. Expanda los módulos y verifique las variables de E/S Figura 1-6 Verifique que en el Project tree aparecen los módulos como se muestra 3. Agregue una variable compartida al proyecto. Dando clic derecho en My Computer y seleccione New» Variable para abrir la ventana de propiedades de las variables compartidas. Renombre la variable compartida como Temperatura Figura 1-9 Renombre la variable como Temperatura 4. Seleccione la opción de Enable Aliasing para enlazar la variable a alguna tag en la red. Figura 1-10 Habilite la opción de Enable Aliasing 5. Dé clic en Project Variable debajo de Bind to: y seleccione PSP URL 6. Dé clic en Browse. Aparecerá la ventana Browse for variable y expanda [dirección IP de CompactRIO]»Mod1»AI0 seleccione AI0 y dé clic en OK 6

7 Figura 1-11 Renombre la variable como Temperatura 7. Habilite la opción de Access Type: read/write. Figura 1-12 Seleccione el tipo de acceso 8. Presione OK nuevamente para guardar los cambios realizados en la ventana Shared Variable Properties. 9. Repita de los Pasos 3 al 8 para una nueva variable llamada Temperatura Remota, pero en lugar de seleccionar una variable dentro del CompactRIO en el paso 6 selecciona una variable en alguna otra computadora de la red y en el paso 7 seleccione Read Only como tipo de acceso. 10. Dé clic derecho en untitled library.lvlib y guárdela como LabVIEW.lvlib en la carpeta Ejercicios. 7

8 Figura 1-13 Seleccione del menú desplegable Save» Save As 11. En la variable Temperatura dé clic derecho y seleccione Properties, en la caja de dialogo dé clic en Logging y seleccione la opción Enable Logging. Al habilitar esta función permitimos que se guarden los datos. Figura 1-14 Habilitar Logging 12. Ahora dé clic en la categoría Alarming y seleccione Enable Alarming 13. Para configurar la alarma dé doble clic en la opción HI e ingrese 30 en la columna de Limit. Presione OK para guardar cambios y cerrar la ventana de Shared Variable Properties. 8

9 Figura 1-15 Configuración de Alarming 14. Repita los pasos del 11 al 13 para la Variable TemperaturaRemota 15. En la ventana de proyecto, creará un nuevo VI dando clic derecho en My Computer y seleccione New»VI. Figura 1-16 Creación de un nuevo VI 16. Guarde el VI como Alarma Sencilla.vi en la carpeta de Ejercicios, en File» Save As. 17. Arrastre la variable compartida Temperatura al diagrama de bloques, dé clic derecho en la terminal de salida y seleccione Create» Indicator 18. De la paleta Functions» Timing seleccione la función Wait Until Next ms Multiple y arrástrela al diagrama de bloques. Dé clic derecho en la terminal y seleccione Create» Constant y teclee el valor

10 19. Arrastre un ciclo While, úbicado en Functions» Structures, va a crear un control de paro del ciclo, dando clic derecho en Stop y seleccionado Create» Control. Tome como referencia la siguiente figura para completar el diagrama de bloques. Figura 1-17 Vista del Diagrama de Bloques 20. En el panel frontal del VI, reemplace el indicador numérico Temperatura por un Waveform chart. Dé clic derecho en el indicador y seleccione Replace» Waveform Chart. Figura 1-18 Remplazo de Indicador en el Panel Frontal 10

11 Prueba 21. Ejecute el VI. Figura 1-19 Remplazo de Indicador en el Panel Frontal 22. Detenga el VI. 23. Guarde los cambios en el VI. Fin del Ejercicio 1. 11

12 Ejercicio 2. Control de Temperatura Objetivo Que el usuario utilice las herramientas proporcionadas por LabVIEW para llevar a cabo un Control de Temperatura. Desarrollo 1. En el proyecto del ejercicio anterior de clic derecho en My Computer y seleccione Add File, en el cuadro de diálogo navegue hasta Desktop\Ejercicios\Ejercicio 2\ y seleccione el archivo ControlTemp.vi Figura 2-1. Agregar un archivo al proyecto 2. Abra el VI que acaba de agregar al dando doble clic en ControlTemp.vi dentro del árbol de My Computer en su proyecto. 3. Bajo la sección de CompactRIO expanda Mod2 (Slot2, NI 9474) en el proyecto. El PWM0 hasta el PWM7 son variables de E/S. Renombre el PWM0 a Ventilador y el PWM1 a Lámpara, arrástrelos y péguelos en el diagrama de bloques. 12

13 Figura 2-2 Renombre PWM0 como Ventilador y PWM1 como Lámpara 4. Vaya al diagrama de bloques y dé clic derecho sobre la variable Temperatura y seleccione Select Variable» My Computer» LabVIEW.lvlib» Temperatura Figura 2-3. Selección de la variable en la PC 5. Repita el paso anterior para las variables Ventilador y Lámpara que se encuentra en NI- CRIO» Mod2» Ventilador y NI-CRIO» Mod2» Lámpara 13

14 Prueba 6. Corra nuevamente el VI y observe el control de temperatura que el CompactRIO y el módulo 9474 realizan para mantener la temperatura dentro de la cámara en el valor indicado en el Límite. Figura 2-4 Vista del Panel Frontal. 7. Detenga y cierre el VI. Fin del Ejercicio 2. 14

15 Ejercicio 3. Uso de Históricos y Alarmas en LabVIEW DSC. Objetivo Conocer el uso de alarmas e históricos del módulo LabVIEW DSC. Estas características le permiten crear notificaciones dado algún evento y registrar datos utilizando la base de datos Citadel, esta base de datos permite intercambiar datos de medición, monitoreo industrial y pruebas. Desarrollo 1. En la ventana de proyecto, abra el vi llamado Alarma Sencilla y configúrelo como se describe a continuación. a. Para ver los datos históricos registrados, seleccione Real Time Trend.vi. Seleccione el vi en el panel frontal en Controls» DSC Module» Trend Controls Figura 3-1 VI Real Time Trend en Controls b. Seleccione el control de Real Time Trend, de clic derecho sobre este y del menú desplegable seleccione Y Scale» Autoscale Y c. Para configurar este VI Express, cambie al diagrama de bloques y de doble clic en el VI Express, dé clic en el proyecto Alarma. 15

16 d. Expanda el menú y seleccione la tag Temperatura bajo la librería llamada LabVIEW.lvlib de clic en Add y cambie la opción Time between updates a 2 segundos y dé clic en OK. Figura 3-2 Configuración del VI Real Time Trend e. Para actualizar los datos continuamente que están siendo registrados, mueva el código dentro del ciclo While, seleccionando el VI Express con sus respectivos controles e indicadores. f. Elimine el cable que conecta a la variable temperatura del indicador. g. Seleccione la variable temperatura, de clic derecho sobre este y del menú desplegable seleccione Access Mode» Write. Figura 3-3 Selección a Change To Write 16

17 h. Desde el Project Tree arrastre la variable AI0 del Modulo 9211dentro del ciclo While loop. Figura 3-4 Selección de la variable AI0 hacia el diagrama de bloques i. Agregue el VI Mask and Limit Testing desde la paleta Express» Signal Analysis. j. Conecte la variable AI0 a la Variable Temperature y a la entrada Signals del VI Mask and Limit Testing k. Conecte la salida Tested Signals a la gráfica como se muestra en la Figura 3-5 l. Agregue el VI ACKCurrentAlarm.vi a su proyecto dando clic derecho sobre My Computer y seleccionando Add» File, en el cuadro de diálogo navegue hasta C:\HODSC\Ejercicios\Ejercicio 3 para encontrarlo. m. Arrástrelo hacia su diagrama de bloques y de clic derecho sobre la entrada shared variables y seleccione la opción create» constant. Una vez creada la constante de clic en la flecha descendente y seleccionar la variable My Computer\LabVIEW.lvlib\Temperatura n. De clic derecho sobre la entrada AckCurrentAlarm? Y seleccione create» control o. De clic derecho sobre la entrada acknowledging user y seleccione create» constant, en la constante de texto escriba su nombre p. Compruebe que su diagrama de bloques es igual al mostrado en la Figura

18 Figura 3-5 Vista del diagrama de bloques 2. Cambie la vista al Panel Frontal. 3. Seleccione Alarms and Events Display en la paleta de Controls»DSC Module»Alarm Controls en el diagrama de bloques. Figura 3-6 Selección del VI Alarms and Events Display 18

19 a. El VI Alarm and Event Display es un control Active X que automáticamente generará el código en el diagrama de bloques. Figura 3-7 Vista del Panel Frontal 4. En el menú Tools abra Measurement & Automation Explorer (MAX) para ver los datos registrados en la base de datos Citadel, expanda My System» Historical Data y seleccionar Citadel 5 Universe. a. En el lado derecho de la pantalla deberá expandir las opciones para ver la tag de Temperatura de la siguiente manera Universe» My Computer» C Program_Files_National_Instruments_LabVIEW_2011_data» [nombre de su PC]» LabVIEW y posteriormente dar clic en el botón View Data. 19

20 Figura 3-8 Selección de View Data en MAX 5. Aparecerá la vista de New Trace View. Dentro del contenido se puede observar las pestañas de Trace Properties y Display. Figura 3-9 Vista de New Trace View 6. Ejecute el VI Alarma Sencilla. 20

21 Figura 3-10 Ejecución del panel frontal 7. Si se genera una alarma presione el botón AcknowledgeCurrentAlarm? Y observe que el color va a cambiar a morado y su nombre aparecerá en el campo Ack User del Alarm and Event Display, esto es porque acaba de indicarle al sistema que la alarma en cuestión fue registrada por usted. 8. Cambie la vista a la opción Display. Presione el botón de Start/Stop Plotting. Con esta configuración podrá ver la adquisición en la ventana de Display, al igual que la ejecución del VI. 21

22 Figura 3-11 Vista de la adquisición en Display 9. Con esta herramienta también es posible exportar los valores en un archivo de texto. Dé clic en Export to Test... a. Seleccione la dirección y el nombre del archivo de salida en Output File. Guarde este archivo como Registro de Datos. Figura 3-12 Selección de la opción Export as Text 10. Presione Start para iniciar con la exportación 22

23 11. Aparecerá el cuadro de dialogo de que la escritura de datos fue exitosa. Figura 3-13 Ventana que indica si la exportación de datos fue exitosa 12. Abra el archivo recién grabado, seleccione Microsoft Office Excel para visualizar los datos y en la caja de dialogo que le aparecerá, dé clic en Yes. Figura 3-14 Archivo abierto en Microsoft Excel. Fin del Ejercicio 3. 23

24 Ejercicio de Autoestudio. Conexión de LabVIEW a un OPC Server virtual a través del modulo de LabVIEW Datalogging and Supervisory Control (DSC). Objetivo NI LabVIEW permite comunicarse con cualquier controlador lógico programable (PLC). Un OPC (OLE for Process Control) define la comunicación estándar para comunicar en tiempo real dispositivos e interfaces humanas (HMIs). Los servidores OPC también están disponibles para PLCs y controladores de automatización programable (PACs) en forma virtual. El Módulo NI LabVIEW Datalogging and Supervisory Control (DSC) es el complemento de LabVIEW, ideal para desarrollar HMIs, SCADA o aplicaciones de registro de datos de muchos canales. Con LabVIEW DSC, puede desarrollar de manera interactiva un sistema de monitoreo y control distribuido que va desde docenas hasta decenas de miles de tags. Incluye herramientas para registro de datos a una base de datos histórica en red, tendencia de datos históricos y en tiempo real, administración de alarmas y eventos, objetivos LabVIEW Real-Time en red y dispositivos OPC en un sistema completo y añadir seguridad a interfaces de usuarios. Desarrollo Parte 1. Ver Tags del PLC con NI OPC Servers 1. Abra NI OPC Servers. Desde el menú Start» All Programs» National Instruments» NI OPC Servers» NI OPC Servers. 2. NI OPC Servers abre con la configuración por default de la simulación de un PLC. Sin embargo se abrirá nuevamente. 3. Abra la simulación de un PLC desde el menú File» Open busque la dirección: C:\Program Files\National Instruments\Shared\NI OPC Servers\Projects\simdemo.opf 24

25 Figura 4-1 Abrir simulación de PLC Figura 4-2 Vista de la interfaz de NI OPC Servers 4. Expanda Channel_0_User_Defined y seleccione el device Sine. Una forma de obtener datos de un dispositivo a la aplicación es que el usuario defina Tags (Etiquetas) en el servidor del proyecto y después utiliza el nombre asignado a cada Tag como el elemento de cada vínculo entre el cliente y el servidor. 25

26 Figura 4-3 Explore las Tags asignadas 5. Vea los datos de las Tags OPC de PLCs. Seleccione Tools» OPC Quick Client. Figura 4-4 Abrir OPC Quick Client a. Expanda el folder National Instruments.NIOPCServers y seleccione Channel_0_User_Defined.Sine. Esto selecciona el dispositivo a monitorear. Observe que las Tags se actualizan con datos simulados. 26

27 Figura 4-5 Vista de las Tags simuladas Parte 2. Conectar LabVIEW a OPC tags creando un I/O Server Cree una interfaz de LabVIEW a las OPC tags llamando a un I/O Server. El I/O Server se actualiza automáticamente en LabVIEW con los valores de las tags y los rangos que se especifiquen. 1. Abra un nuevo proyecto en LabVIEW 2. En la ventana del proyecto de LabVIEW, dé clic derecho sobre My Computer y seleccione New» I/0 Server Figura 4-6 Creación de un I/O Server desde My Computer 27

28 3. De la ventana de Create New I/O Server seleccione OPC Client y presione continue Figura 4-7 Seleccione OPC Client y presione Continue 4. Elija en el campo Registered OPC servers la opción National Instruments. NIOPCServers y actualice el update rate (ms) a 100. Esto crea una conexión desde LabVIEW hacia las OPC tags el cual se actualice cada 100ms. Figura 4-8 Seleccione National Instruments.NIOPCServers 28

29 5. Presione OK. Automáticamente se crea una librería para manejar el I/O Server en la ventana de su proyecto. 6. Guarde el proyecto como OPCDemoProject y la librería como OPCDemoLibrary seleccionando File» Save All. Parte 3. Cree Variables Compartidas para conectar OPC Tags a través de un I/O Server Cree variables compartidas las cuales están vinculadas a las OPC Tags, proporcionando acceso nativo en LabVIEW a los datos del PLC. Con la variable compartida, puede compartir datos desde LabVIEW a otra computadora por medio de una red. 1. Cree nuevas variables compartidas que estén vinculadas a las OPC Tags de los PLCs. a. En la ventana de proyecto de LabVIEW, de clic derecho sobre la librería OPCDemoLibrary.lvlib y seleccione Create Bound Variables. Esto crea una nueva librería para las variables compartidas que se utilizaran para conectarse a las OPC Tags de los PLCs Figura 4-9 Selección de Create Bound Variables 29

30 b. En la ventana de Create Bound Variables, en la sección de Project Items seleccione las OPC Tags correspondientes para vincularlas a las variables compartidas. Project: OPCDemoProject.lvproj» My Computer» OPCDemoLibrary.lvlib» OPC1» Channel_0_User_defined» Sine y seleccione las OPC Tags: Sine1, Sine2 Sine5. Figura 4-10 Selección de las OPC Tags c. Seleccione las cinco OPC Tags, presione Add y OK. Esto crea variables compartidas que están ligadas a las OPC Tags del PLC. Figura 4-11 Selección de las OPC Tags 30

31 d. En la ventana de Multiple Variable Editor seleccione Done. Esto agrega las nuevas variables compartidas a la librería que fue creada anteriormente. El Modulo de LabVIEW DSC mejora las variables compartidas agregando la habilidad de registrar datos, alarmas y eventos directamente a la base de datos sin tener que escribir a una aplicación de LabVIEW. Figura 4-12 Ventana de Multiple Variable Editor e. Guarde la librería como OPCItems.lvlib. De clic derecho en la sección del proyecto sobre la librería recién creada, de clic derecho y del menú desplegable seleccione Save As. Figura 4-13 Guarde la librería como OPCItems.lvlib 31

32 f. Descargue las variables compartidas. De clic derecho sobre la librería OPCItems, y del menú desplegable seleccione Deploy. Ahora ya tiene acceso a los datos nativos del PLC en LabVIEW a través de las variables compartidas. Figura 4-14 Selección de Deploy Parte 4. Utilizando OPC Tags en LabVIEW 1. De la ventana en el Project Explorer, de clic derecho sobre My Computer y seleccione Add» File. Esto agregará un VI previamente construido. Figura 4-15 Agregue un nuevo archivo 32

33 2. Seleccione el VI ejercicio4 para agregarlo en el proyecto. Figura 4-16 Seleccione el VI Ejercicio4 3. Ahora podrá observar el VI dentro de la ramificación de My Computer en el Project Explorer. Figura 4-17 Vista del Project Explorer 4. De doble clic sobre el VI en la ramificación para abrirlo. 5. Cambie la vista al Diagrama de Bloques. 33

34 6. En la ventana del Project Explorer, expanda la librería OPCItems y seleccione la variable compartida Sine1. 7. Arrastre y suelte esta variable compartida dentro del Diagrama de Bloques del VI. Figura 4-18 Arrastre y suelte la variable compartida en el diagrama de bloques 8. Cablee la salida de la variable compartida Sine a la entrada del indicador Waveform Chart. 9. Configure el ciclo Timed Loop. De doble clic sobre el nodo de entrada. Figura 4-19 De doble clic en el nodo de entrada 34

35 10. Aparecerá la ventana de Configure Timed Loop, en la sección de Period configúrela a 100ms. Esto configura el time loop a ejectuarse cada 100ms. Figura 4-20 Ventana de Configure Timed Loop 11. Guarde el VI. 12. Cambie la vista al Panel Frontal. 13. Ejecute el VI. Presione el botón de Run. Observe la señal simulada mediante variables compartidas. Figura 4-21 Ejecución del VI Fin del Ejercicio 4. 35