Taller Práctico Monitoreo y Control Industrial con CompactRIO y NI LabVIEW

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1 Taller Práctico Monitoreo y Control Industrial con CompactRIO y 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 2011 National Instruments Corporation. Todos los derechos reservados. 1

2 A. Requerimientos de Hardware y Software Software Hardware Host (PC) CompactRIO Demostración Final NI LabVIEW 2011 NI LabVIEW Real-Time 2011 NI RIO 4.0 NI RIO 4.0 NI 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 PLC Micrologix 1100 Figura A. Vista del ensamble del crio con los módulos 9211 y

3 Ejercicio 1: Básicos de CompactRIO Scan Mode Objetivo Construir una aplicación básica de CompactRIO usando las características de Scan Mode. Crear un VI simple de medición de temperatura y compararlo con el de la entrada. Desarollo 1. Inicie LabVIEW 2011 desde Start»All Programs»National Instruments. a. Seleccione la opción de Empty Project de la ventana de Getting Started. Figura 1-1 Ventana de Inicio LabVIEW Guarde este proyecto como CompactRIO Scan Mode desde el menú File» Save As. 3

4 3. Haga clic derecho en el proyecto y seleccione New» Targets and Devices Figura 1-2 Creación de un nuevo Target or Devices 4. Expanda Real-Time CompactRIO, seleccione el dispositivo real identificado por el sistema y haga clic en OK Figura 1-3 Ventana de configuración de Add Targets and Devices Seleccione Scan Interface y haga clic en OK. NI LabVIEW ahora detectará sus módulos de E/S y los agregará al proyecto. Esta ventana de diálogo le da dos opciones, usted puede 4

5 seleccionar Scan Interface, esta opción pondrá a su chasis y todos los módulos en Scan Mode, permitiéndole programar sin ninguna compilación o programación FPGA. Usted también puede seleccionar Interface NI LabVIEW FPGA, el cual deja listo el proyecto para programar todas las E/S del CompactRIO con FPGA. 5. Haga clic derecho en la ventana del Proyecto y seleccione New» VI Figura 1-4 Creación de un nuevo VI 6. Expanda Mod1 (Slot 1, NI 9211) bajo el CompactRIO, AI0 hasta el AI3 son E/S variables que le permiten leer E/S calibradas directamente en NI LabVIEW Real-Time. 7. Para renombrar AI0 a Temp, haga clic derecho sobre AI0 y seleccione Rename, posteriormente arrastre al diagrama de bloques. Figura 1-5 Configuración del AI0 5

6 8. Haga clic derecho en la terminal de Temp y seleccione Create Indicator. Vaya al panel frontal, seleccione el indicador numérico y haga clic derecho en la opción Replace para cambiarlo por una gráfica de forma de onda (Waveform Chart), regrese al diagrama de bloques. Renombre éste indicador a Temperatura. Figura 1-6 Vista del Panel Frontal y Diagrama de Bloques 9. Vaya a la paleta de Functions Comparison, y agregue la función Greater?, haga clic derecho sobre la terminal y de la función Greater? Y seleccione Create Control, renombre el control a Temp Threshold. Esta función le permitirá comparar la temperatura actual y el valor que indique en el control. 10. Haga clic derecho en la terminal de salida de la función Greater? y seleccione Create Indicator, renombre éste indicador como Over threshold?. El indicador se encenderá si el valor de Temperatura es mayor a Temp Threshold. 11. Refiérase a la siguiente figura para el cableado correcto de su diagrama de bloques. Figura 1-7 Vista del código 12. Expanda Mod2 (Slot2, NI 9474) bajo el CompactRIO. El DO0 hasta el DO7 son variables de E/S que le permiten escribir en las líneas digitales del NI Renombre el DO0 a Shutdown relay. 6

7 Figura 1-8 Configuración de salida digital 13. Aarrastre y peque el indicador Shutdown relay en el diagrama de bloques. Cablee el indicador del Over threshold? a la variable de E/S. Figura 1-9 Configuración del código 14. Coloque todo el código en un While Loop y cree un control de paro en la terminal Stop, haciendo clic derecho en la terminal de Stop y seleccionado Create Control. La estructura While Loop se encuentra en la paleta de funciones Programming Structures While Loop. Figura 1-10 Configuración final del código 7

8 15. Guarde el VI como Ejercicio1 y ejecútelo. Muestre el panel frontal. Este explica que estamos viendo nuestros datos de temperatura ya escalados y calibrados directamente en NI LabVIEW Real-Time sin ninguna programación ó compilación en FPGA. Establezca un valor en el control Temp threshold y caliente el termopar para que exceda el límite. El indicador y la salida digital deberán encender. Usted puede desconectar también su laptop del controlador de CompactRIO y calentar el termopar para mostrar que la línea digital sigue encendiendo y que la aplicación corre sin estar conectada a la PC. Figura 1-11 vista de la ejecución en el Panel Frontal Fin del Ejercicio 1. 8

9 Ejercicio 2: Digitales de Especialidad: Contador, PWM y Encoder de Cuadratura Objetivo Mostrar que con cualquier módulo existente NI de la Serie C de 8 canales digitales, el Scan Mode puede agregar contador, modulación de ancho de pulso (PWM) y funcionalidad de entradas de codificador de cuadratura sin programación o compilación. Esto es muy significativo porque muchas compañías de PLC y PAC requieren que se tengan que comprar módulos adicionales para funciones digitales de especialidad. Desarrollo 1. Para controlar la intensidad de una lámpara, nosotros podremos usar una señal PWM de 24V. El Scan Mode de CompactRIO soporta la funcionalidad de PWM, contadores y entrada de codificador de cuadratura para cualquier Módulo de la Serie C de 8 canales digitales. Bajo el chasis del CompactRIO, haga clic derecho en Mod2 (Slot2, NI 9474) y seleccione Properties Figura 2-1 Configuración del módulo 2. De la lista de categorías del lado izquierdo, seleccione Specialty Digital Configuration. Seleccione Pulse-Width Modulation del campo de Specialty Mode y ajuste la frecuencia 9

10 (Período) a 1 khz para el canal PWM0 y haga clic en OK. Note que las variables de E/S para él NI 9474 se reasignan como canales de PWM. 3. Renombre PWM0 como Lamp intensity y PWM1 como Fan. 4. Guarde el VI. Figura 2-2 Vista del Proyecto Fin del Ejercicio 2. 10

11 Ejercicio 3: Control PID para cámara de temperatura con Scan Engine Objetivo Aplicar lo aprendido para poder implementar un lazo de control PID. En la cámara de temperatura tenemos una lámpara para calentar y un ventilador para enfriar. Utilizará el NI con salidas PWM para poder controlar ambos aparatos. Programará el PID en NI LabVIEW Real-Time con bloques de funciones que facilitan el desarrollo. Desarrollo 1. En el mismo proyecto, añada un nuevo VI. Haga clic derecho en My Computer y seleccione del menú desplegable Add > File El VI a añadir está localizado en /Desktop/Monitoreo y Control Industrial con CompactRIO y LabVIEW/Ejercicios/Control PID.vi Figura 3-1 Anexar VI al proyecto 11

12 2. Arrastre las variables Temp, Lamp y Fan del CompactRIO al diagrama de bloques. 3. Ponga la variable Lamp en el caso True de la estructura de casos y la variable Fan en el caso False. También copie Fan y Lamp a los casos contrarios cableando un 0 como valor constante. Figura 3-2 Vista del código para el caso True y False 4. Copie las variables fuera del ciclo While con un valor constante de 0 para que terminando el programa se apaguen la lámpara y ventilador. Figura 3-3 Vista del código 5. De la paleta de Funciones, seleccione Control, Design & Simulation PID PID.vi 6. Conecte el control Setpoint a la entrada Setpoint del VI PID, la variable Temp a la entrada Process Varible y el control PID Config a la entrada PID Gains. 7. Cree otro ciclo While. Éste será responsable de actualizar la interfaz de usuario. Vea imagen del paso Cree una variable local de Setpoint. Haga click derecho sobre Setpoint en el diagrama de bloques y elija Create Local Variable. Colóquela en el nuevo While Loop. 12

13 Figura 3-4 Generación de variable local 9. Arrastre una copia de Temp al nuevo While Loop. Coloque una función Bundle, localizada en Functions Programming Cluster, Class & Variant Bundle. Cablee la variable local de Setpoint a la primera entrada de la función Bundle y la copia de Temp a la segunda. La salida de esta función se cablea a la gráfica Temperature Chamber. 10. Agregue un retraso a ambos ciclos. Al While Loop de control de 1 ms y al While Loop de interfaz de usuario de 100 ms. 11. Cree una variable local del control Stop y cabléela a la condición de paro del segundo While Loop. Figura 3-5 Vista del código 12. Guarde el VI y acepte los cambios. Haga clic en Run para comenzar el deploy. Al hacer clic al botón de Control, el algoritmo PID controlará la cámara de temperatura para mantenerla en la temperatura Setpoint. 13

14 Figura 3-6 Vista de la ejecución Fin del Ejercicio 3. 14