Diseño de Sistemas de Control en. Arturo Vargas Ingeniero de Campo, National Instruments

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Enrique Álvarez Figueroa
hace 8 años
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2 Diseño de Sistemas de Control en Tiempo Real Arturo Vargas Ingeniero de Campo, National Instruments

3 Qué es Tiempo Real? Tiempo Real significa determinismo Determinismo es la habilidad de completar una tarea dentro de una cantidad de tiempo fija Tiempo Real no siempre significa rapidez Los sistemas en Tiempo Real tienen restricciones de tiempo que deben cumplirse para evitar fallos 3

4 Seleccionando un Sistema Operativo SO de Propósito General Características Interfaz de usuario Conectividad empresarial Interrupciones de periféricos Aplicaciones de fondo El SO controla toda la administración de tareas Aplicaciones Adquisición de datos con búfer Análisis fuera de línea Presentación de datos SO en Tiempo Real Características Embebido Control directo sobre el SO Se asegura que las tareas de alta prioridad se ejecuten primero Aplicaciones Control de lazo cerrado Decisiones de tiempo crítico Run-time extendido Operación autónoma Confiabilidad incrementada 4

5 Aplicaciones en Tiempo Real Desempeño Determinístico Confiabilidad Máxima Operación Autónoma Control de Tunel de Viento Prueba de Dureza Monitoreo de Seguridad 5

6 Herramientas de Desarrollo para Tiempo Real Desarrollo de Software Compilador Linker LabVIEW Real-Time Depurado Herramienta de Análisis de Sistema Execution Trace Toolkit Hardware en Tiempo Real RTOS Microprocesador E/S de Tarjeta Objetivo LabVIEW Real-Time 6

7 Qué es LabVIEW Real Time? What is LabVIEW Real-Time? Módulo Real-Time Módulo FPGA Módulo PDA Módulo Embedded Módulo DSP Sistema de Desarrollo LabVIEW Desarrolle rápidamente aplicaciones determinísticas con programación gráfica Desarrolle sistemas de monitoreo y control distribuido Elimine tiempo de desarrollo al integrar diversas E/S 7

8 Software y Hardware de NI para Control Ambiente de Desarrollo LabVIEW Control Design Toolkit System ID Toolkit Simulation Module State Diagram Toolkit SIT PID Toolkit LabVIEW Real-Time Objetivos de Hardware LabVIEW FPGA PXI crio, cfp PCI RIO/DAQ Boards 8

9 Ejecución El Panel Frontal de Despliega en el Host Computadora Host Comunicación por Defecto El Código se Ejecuta en el RT Engine Objetivo RT 9

10 Herramientas de Simulación y Diseño de Control de LabVIEW Software de Desarrollo LabVIEW System ID Toolkit Control Design Toolkit Módulo de Simulación Diseñe y simule en LabVIEW Use E/S reales para identificar el modelo de plantas Cree el controlador para el modelo de la planta Simule y analice sistemas control/planta 10

11 Herramientas de Diseño de Control de LabVIEW LabVIEW System Identification Toolkit Estímulo Respuesta DAQ System ID LabVIEW Control Design Toolkit LabVIEW Simulation Module Referencia Diseño Control Modelo Control Modelo Planta 11

12 Control LabVIEW Real-Time LabVIEW System Identification Toolkit Estímulo Respuesta DAQ System ID LabVIEW Control Design Toolkit LabVIEW Simulation Module y Referencia LabVIEW Real-Time Diseño Control Modelo Control Salida DAQ Entrada DAQ 12

13 Prototipo de Control en Real-Time LabVIEW LabVIEW Simulation Module LabVIEW RT Prototipo e Implementación con LabVIEW Real-Time RT PXI & Tarjeta insertable RT en PC de escritorio 13

LabVIEW Simulation Module Solvers RK 1-4;23;45, BDF, Adams-Moulton Sistemas Lineales Integradas, Derivativas, Función de Transferencia, Estado Espacio, ZPK Sistemas no lineales Fricción, Saturación,

14 LabVIEW Simulation Module Solvers RK 1-4;23;45, BDF, Adams-Moulton Sistemas Lineales Integradas, Derivativas, Función de Transferencia, Estado Espacio, ZPK Sistemas no lineales Fricción, Saturación, Zona Muerta Sistemas Discretos Integral, Zero-Order Hold, Función de Transferencia Generador Señal Pulso, Rampa, Seno Señal Aritmética Ganancia, Sumatoria, Multiplicación Tablas de Relación Utilidades Colector de Señal, Parámetros de Simulación, Simulación de Paro Utilidades Gráficas Herramientas tradicionales de LabVIEW 14

15 Traductor Simulink Traduzca modelos de controles y plantas desde Simulink a código de LabVIEW 15

LabVIEW Control Design Toolkit Construcción de Modelos Conversión de Modelos Convierta entre Estado Espacio, Función de Transferencia, Discreto, Continuo Interconexión de Modelos Reducción de Modelos

16 LabVIEW Control Design Toolkit Construcción de Modelos Conversión de Modelos Convierta entre Estado Espacio, Función de Transferencia, Discreto, Continuo Interconexión de Modelos Reducción de Modelos Tiempo de Respuesta Respuesta a la Frecuencia Diagrama de Bode, Nyquist, Características Dinámicas Root Locus, mapa polo-cero, análisis de estabilidad, etc Análisis de modelo estado espacio Diseño de estado retroalimentación Controlador estado espacio, posición polos, etc. Filtros de Kalman 16

LabVIEW System Identification Toolkit Procesamiento de Datos Remuestreo, Eliminar Tendencias, Separar Señales, Filtros Estimación Paramétrica de Modelos Validación de Modelos Presentación de Modelos

17 LabVIEW System Identification Toolkit Procesamiento de Datos Remuestreo, Eliminar Tendencias, Separar Señales, Filtros Estimación Paramétrica de Modelos Validación de Modelos Presentación de Modelos Diagrama Bode, Diagrama Polos Ceros, Diagrama Nyquist Conversión de Modelos Convertir Modelos a Estado Espacio, Diseño Control, etc. Estimación de Modelos No Paramétrica Administración de Modelos 17

18 Administración y Temporización Flexible Use el ciclo temporizado de LabVIEW para: Crear programas con diferente tasa de ejecución Priorizar tareas Ejecutar tareas con nivel de prioridad Responder a eventos de hardware Validar ejecución determinística 18

19 Herramientas para Control de Lazo Cerrado PID Control Toolkit PID, Lógica Difusa, Avanzado Importar Modelos de Control Modelos de Control de LabVIEW Código C MATRIXx Simulink de MathWorks Simulink is a registered trademarks of The MathWorks, Inc 19

20 Comunicación en Tiempo Real Variable Compartida abstracción de Vis de bajo nivel de comunicación VI en el Host VI en el objetivo 20

21 Herramientas para Optimización de Desempeño LabVIEW Execution Trace Toolkit Herramientas de Comparación y Plantillas VI Perfilador Administrador de Sistemas en Tiempo Real 21

22 Migrando a Simulación en Hardware Simulación fuera de línea Host PC Verificación de Hardware Host PC Ambiente en Tiempo Real Objetivo en Tiempo Real Interfaz al Controlador o Planta 22

23 Configuraciones de Hardware en Tiempo Real Planta PC de Escritorio con RTX Determinismo para sistemas PCI PC de Escritorio con ETS Determinismo para sistemas PCI Dispositivo-Hostt Controladores Embebidos PXI Alta velocidad, alta densidad de canales, variedad de E/S CompactRIO Tamaño pequeño, ambientes robustos Compact Vision System Visión artificial compacta y robusta 23

24 Controladores de Automatización Programables Compact FieldPoint Control autónomo, embebido Procesador Componentes de grado industrial Interfaz web remota Procesamiento y análisis de punto flotante Comunicación abierta (TCP, SQL) Plano Posterior de Metal Módulos de E/S Conectividad de Señales 24

25 Sistema Embebido Reconfigurable NI CompactRIO Circuitería Reconfigurable FPGA Confiabilidad en hardware, optimizado, temporización flexible, disparos, sincronización mm (7.07 in) Durabilidad Extrema Rango de Temp. de -40 a 70 C 50 g impacto Certificaciones Industriales VxWorks Real-Time OS 400 MHz PowerPC Control embebido confiable, análisis 88.1 mm (3.47 in) E/S Industriales Aisladas Acond. de Señal de ±80 mv a ±250 V Conectividad integrada al módulo Tamaño Pequeño, Bajo Consumo de Energía por 88.1 mm (7.07 por 3.47 in) 9 a 35 VCD power 1, 6 W típicamente 25

26 Controladores Embebidos RT Series PXI E/S de Alta Velocidad Instrumentos de alta precisión Sincronización en plano posterior Operación autónoma Disco duro o CompactFlash Temporizadores Watchdog 26

27 PC de Escritorio como Objetivo de RT Convierta PCs industriales y de escritorio en objetivos de Tiempo Real Integre una gran variedad de E/S de hardware PCI Tome ventaja del alto desempeño de las PCs de escritorio 27

28 Real-Time Compact Vision System Escoja su software Configuración: Vision Builder for Automated Inspection Librerías de Visión Artificial: LabVIEW Real- Time + NI Vision Development Module Interfaz IEEE 1394 Soporte para múltiples configuraciones de sensores Conéctese hasta 16 cámaras Soporte para cualquier cámara compatible son IIDC Diversidad de E/S digitales 15 entradas digitales; 14 salidas digitales Encoders, selector de línea de producto, salidas de estrobo, serial RS-232 Compacto, Robusto y Confiable No ventilador, ventilas, o partes móviles Rango de temperatura extendido: 0-55 C Vibración e impacto extendido hasta 50 Gs 28

29 Integre Diversidad de E/S Adquisición de Datos Analógico Digital Contador/Temporizador FPGA Instrumentos Modulares DMMs Digitalizadores Generador de Onda Arbitraria Señales Dinámicas Conmutadores Buses de Datos Serial 232/485 GPIB IEEE 1394 CAN DeviceNet Ethernet Mil-Std 1553 ARINC

30 R e c u r s o s ni.com/realtime/esa/ ni.com/embeddedcontrol ni.com/academic/controls 30

31 Agenda 31

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