UNIVERSIDAD DE COSTA RICA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA DEPARTAMENTO DE AUTOMÁTICA. Manual del Usuario

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1 UNIVERSIDAD DE COSTA RICA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA DEPARTAMENTO DE AUTOMÁTICA Manual del Usuario Sistema de Captura de Datos SCD Julio, 2004 Daniel Víquez L.

2 2 Índice 1.0 Descripción Requerimientos Configuración de la PCI Opciones de configuración Opciones generales Opciones para la captura de señales Opciones para el generador de señales Opciones del menú de ejecución Ejemplo de aplicación Bibliografía Apéndice A: especificaciones de la tarjeta PCI Entrada Analógica Salida Analógica Terminales de conexión... 19

3 3 1.0 Descripción El Sistema de Captura de Datos SCD, consiste, en una interfaz gráfica desarrollada en LabView, el cual es un programa orientado a la programación gráfica de instrumentos virtuales. Por medio del SCD el usuario tiene la posibilidad de capturar varias señales en forma simultánea y almacenar en un archivo de texto la información de estas señales. Además el SCD provee un generador de señales que se puede utilizar para introducir una señal de prueba a un proceso a la vez que se captura la respuesta del mismo sin necesidad de equipo adicional. 2.0 Requerimientos Para poder usar SCD el se requiere contar con lo siguiente: LabView versión 6.1 Tarjeta de adquisición de datos (DAQ), PCI-1200 de National Instruments. Bloque conector de 50 terminales para la PCI Configuración de la PCI-1200 Antes de poder usar el SCD deben configurarse los canales de entrada y salida analógicos que se utilizaran en la tarjeta PCI-1200 para la captura y generación de señales. Para realizar tal configuración se utiliza el programa Measurement & Automation el cual es un software complementario de LabView para la configuración de dispositivos de adquisición de datos. De no encontrarse ya configurados, siga los siguientes pasos para configurar los canales de entrada y salida de la PCI-1200: Abra el programa Measurement & Automation, disponible en el submenú de la opción National Instruments en los programas del menú de inicio de Windows. Los canales ya configurados aparecen listados bajo la opción Data Neighbohood en la lista a la izquierda de la ventana, al seleccionar un canal existente, aparece un menú de iconos con opción para borrar el mismo y también

4 4 para cambiar sus propiedades. Para configurar un nuevo canal presione el botón derecho del apuntador sobre la opción del menú la opción Data Neighbohood y seleccione create New... Figura 1 Ventana principal del programa Measurement & Automation En la siguiente ventana seleccione virtual chanel y finish para entrar a la s opciones de configuración del canal, en donde se debe ir seleccionando lo que se desee de entre las opciones disponibles: Seleccione el tipo de canal: entrada analógica o salida analógica. También esta disponible la opción de canal digital bidireccional, pero este no tiene aplicación alguna en el SCD. Seleccione siguiente. Introduzca un nombre de identificación para el canal y opcionalmente una descripción para el mismo. Seleccione siguiente. Seleccione el tipo de señal a medir o sensor utilizado (voltaje, temperatura, etc). Aquí lo más común es seleccionar Voltaje. Seleccione siguiente. Indique las unidades de medición (normalmente V) y rango de medición (máximo 5V a 5V). Seleccione siguiente dos veces.

5 5 Indique el dispositivo de adquisición de datos a utilizar (PCI-1200 dispositivo 1) y un número de canal (CH1 a CH8 para los canales de entrada analógicos, CH1 o CH2 para los canales de salida analógicos). Seleccione finalizar. Si el virtual chanel ya esta creado, aparece en la lista derivada de Data Neighbohood y su configuración puede revisarse y modificarse presionando el botón derecho del apuntador sobre el mismo y seleccionando Properties. Figura 2 Menú de opciones de configuración Hay otros detalles que pueden ser configurados, entre ello uno de especial importancia es el modo de las entradas analógicas, y que determina la referencia en la medición de las señales de entrada. Esta se puede configurar seleccionando el elemento derivado de la opción de menú Devices and Interfaces para el dispositivo de adquisición de datos instalado, en este caso la PCI Si se selecciona la opción Referenced Single Ended la referencia para todos los canales será la tierra de la tarjeta de adquisición de datos accesible en el terminal 11 de la tarjeta. Sin embargo como en muchos casos lo que se desea medir son señales externas con su propia referencia independiente a la de la computadora, entonces es más aconsejable seleccionar el modo Nonreferenced Single Ended en cuyo caso el terminal negativo de todos los canales de entrada esta conectado al terminal 9 de la

6 6 tarjeta el cual no tiene referencia y es allí donde debe conectarse la referencia de las señales que se vayan a medir. La opción Diferenttial disminuye la cantidad de entradas analógicas de 8 a 4 pero cada una con una referencia independiente. Para el caso del SCD seleccione la opción PCI-1200 que se encuentra en Devices and Interfaces para abrir la ventana de configuración de la PCI- 1200, seleccione el tab AI y seleccione el modo NRSE ( Nonreferenced Single Ended ) para que todos los canales de entrada de la tarjeta tengan un terminal (terminal 9) común. Figura 3 Configuración del modo de las entradas analógicas Los terminales de la tarjeta PCI-1200 que se pueden utilizar con el SCD son los siguientes: Terminales 1 a 8: Canales de entrada analógicos ACH<0... 7> Terminal 9: Terminal común de las entradas analógicas en el modo NRSE.

7 7 Terminal 10: Canal analógico de salida DAC0OUT Terminal 11: Tierra analógica de la tarjeta. Terminal 12: Canal analógico de salida DAC1OUT En la siguiente figura se muestra el esquema de un bloque conector con conectores de banana, para la tarjeta PCI-1200, disponible en la bodega de la Escuela de Ingeniería Eléctrica. La franja delgada en la parte superior del esquema corresponde a la ranura de inserción de la faja de conexión que debe salir del puerto de la PCI-1200 en la parte trasera del CPU de la computadora donde la misma se encuentra instalada. Figura 4 Esquema de un bloque conector para la PCI-1200 Nota: Al realizar las conexiones, no deben excederse los rangos de voltajes especificados en el apéndice A de este manual. 4.0 Opciones de configuración Para ejecutar el programa se debe presionar el botón izquierdo del apuntador sobre la flecha ( run ), que aparece en la parte superior izquierda de la ventana de LabView.

8 8 Al ejecutar el programa se muestra la ventana de opciones de configuración y en el menú de ejecución que se encuentra en la parte inferior izquierda de la aplicación se seleccionara automáticamente la opción configuración. Las opciones de configuración están distribuidas en tres bloques: 4.1 Opciones generales Capturar señales? Si esta casilla es marcada al elegir la opción generar y/o capturar se iniciara el proceso de captura según las opciones seleccionadas en los demás campos de configuración y la ventana cambiara automáticamente a señales capturadas donde, una vez transcurrido el tiempo de captura, se muestra el gráfico de las señales capturadas. Generar señal? Si esta casilla es marcada y la casilla Capturar señales? está sin marcar al elegir la opción generar y/o capturar la ventana cambiara automáticamente a señal generada donde se muestra el gráfico de la forma de onda generada. Figura 5 Ventana de configuración para el SCD

9 9 4.2 Opciones para la captura de señales Salvar Archivo? Si esta casilla esta seleccionada y la casilla Capturar señales? también está seleccionada, al terminar la captura que se ejecuta al seleccionar la opción generar y/o capturar se generara un archivo de datos con la información de las señales capturadas organizada en columnas de datos, la primera columna corresponde al tiempo y las demás a los valores correspondientes de las distintas señales capturadas, el espacio de tiempo entre cada dato es dado por el inverso de la razón de muestreo RM y el número de datos por columna corresponderá al número de muestras NM dado por la siguiente relación. NM = t c donde t c es el tiempo total de captura. Encabezado de archivo? Si esta casilla se marca el archivo generado tendrá adicionalmente un encabezado indicando el tiempo inicial el espacio de tiempo entre muestras y un titulo para cada columna. RM Figura 6 Ejemplo de un archivo de captura de señales con encabezado Dirección para el archivo Este es un campo para indicar la dirección donde se guardara el archivo generado al ejecutar la captura de señales. Si este espacio se deja en blanco se toma por defecto la dirección actual es decir la

10 10 carpeta desde donde se esté ejecutando el archivo SCD.llb. Junto a este espacio hay un botón para búsqueda de la dirección, pero hay que tomar en cuenta que con este botón se coloca la dirección completa de un archivo, por lo que luego de colocar la dirección debe borrarse el nombre del archivo al final de tal dirección. Nombre para el archivo En este espacio se debe indicar el nombre del archivo donde se guardará la información de las señales capturadas, si este no se indica al terminarse la captura se abrirá un cuadro de dialogo solicitando la dirección, y si el archivo ya existe el mensaje preguntará si se desea reemplazarlo. Razón de muestreo En este espacio se debe indicar la razón de muestreo RM en muestras por segundo (S/s), usada para la captura de las señales. Debe tomarse en cuenta que la razón de muestreo máxima soportada por la PCI es de S/s de manera que al elegir la razón de muestreo debe cumplirse con la siguiente restricción RM 100 KS / s NS donde NS es el número de señales que se capturan en forma simultanea. Tiempo total de captura (s) En este espacio se debe indicar el tiempo t c, en segundos, que se quiera que dure el periodo de captura de señales. Este valor en combinación con la razón de muestreo determina el número de muestras capturadas. El número máximo de muestras que pueden ser almacenadas en memoria es de por lo que también debe cumplirse con la siguiente restricción RM t c NS Canales de entrada En este campo se deben indicar el nombre de los canales en los que se quiera capturar señales, separados por una coma cada uno. Si los

11 11 canales de entrada analógicos se encuentran adecuadamente configurados, la lista de los mismos aparecerá al presiona sobre la flechita a la derecha del campo. Si este campo se deja en blanco y se ejecuta la opción "Generar y/o Capturar el programa devolverá un error. 4.3 Opciones para el generador de señales Razón de actualización En este espacio se debe indicar la razón de actualización RA en muestras por segundo (S/s), usada para la generación de la señal, es decir la velocidad a la que se cambia el valor de voltaje en el canal de salida analógico seleccionado. El valor de 1000 indicado por defecto en este espacio es suficiente para casi cualquier aplicación. Tiempo total de generación (s) En este espacio se debe indicar el tiempo t g, en segundos, que se quiera que dure el periodo de generación de la señal. Este valor en combinación con la razón de actualización determina el número de muestras generadas. Canal de salida En este campo se debe indicar el nombre del canal en el que se quiera generar la señal. Si los canales de salida analógicos se encuentran adecuadamente configurados, la lista de los mismos aparecerá al presiona sobre la flechita a la derecha del campo. Si este campo se deja en blanco y se ejecuta la opción "Generar y/o Capturar el programa devolverá un error. Tipo de señal En este campo se indica el tipo de señal que será generado, las opciones disponibles son: Onda cuadrada Square Wave Onda senoidal Sine Wave Onda triangular Triangle Wave Diente de sierra Sawtooth Wave Frecuencia En este espacio debe indicarse la frecuencia en Hz, que se necesite para la señal generada.

12 12 Retraso (s) En este espacio debe indicarse el tiempo de retraso (fase negativa) t r, en segundos, que se quiera para la señal generada. Este espacio es útil para desplazar una señal cuadrada y así controlar el punto (tiempo) en que se genera el escalón. Amplitud En este espacio se debe indicar la amplitud pico-pico, que se necesite para la señal generada. Nivel mínimo En este espacio se debe indicar el nivel mínimo, que se necesite para la señal generada, lo normal en este espacio es indicar un nivel mínimo de cero para que la señal de prueba que se genere tenga un valor inicial de cero. 4.4 Opciones del menú de ejecución Configuración Condición inicial del programa y luego de cada ejecución de la captura o generación de señales, para cambiar las opciones de configuración disponibles. Generar y/o Capturar Ejecuta la captura y generación de señal; solo una de ambas, ambas o ninguna según lo indicado en las opciones generales. Terminar Termina la ejecución del programa. 5.0 Ejemplo de aplicación A continuación se listan los pasos a seguir para capturar la curva de reacción de un proceso en el cual ya se sabe que la misma tarda un poco más de 15 segundos en estabilizarse: 1. Asegúrese de que hay canales configurados para los terminales ACH1, ACH 2 y DAC0OUT de la PCI-1200, de no ser así, configúrelos nombrándolos ent1, ent2 y sal1 respectivamente, siguiendo los pasos indicados en la sección Configuración de la PCI-1200 de este manual, asegurándose además de que el modo de los canales analógicos de entrada es NRSE. 2. Abra el programa LabView, disponible como National Instruments LabVIEW 6.1 en la lista de programas del menú de inicio de Windows. En el menú File

13 13 seleccione Open, localice el archivo SCD.llb y ábralo, de la lista que aparecerá seleccione el archivo SCD.vi y presione el botón OK. 3. Conecte el bloque conector de la PCI-1200 a la computadora mediante la faja de conexión adecuada y realice las conexiones mostradas en la siguiente figura para realizar una prueba inicial de la señal generada: Figura 7 Ejemplo de conexiones para probar la señal generada 4. Ejecute el programa presionando el botón izquierdo del apuntador sobre la flecha ( run ), que aparece en la parte superior izquierda de la ventana de LabView. 5. Introduzca los valores tal y como se muestran en la siguiente figura, en la misma se observa que se ha indicado el mismo tiempo para captura y generación, 25s. Figura 8 Parámetros de configuración para probar la señal de prueba

14 14 Además la frecuencia de la señal generada se ha elegido como 25 mhz, para obtener pulsos de 20 s (correspondientes a la mitad del periodo 1/0.025 = 40 s), suficiente tiempo para permitir que la curva de reacción se estabilice. Además se estableció un retardo de 2segundos y una amplitud del pulso de 4.8V con valor inicial 0. El tiempo de generación debe elegirse de manera que el impulso se complete y vuelva a cero, porque de otra manera la salida de la tarjeta quedaría en un valor distinto de cero luego de finalizar la prueba. 6. Ejecute la captura de la señal de prueba seleccionando la opción Generar y/o capturar del menú colocado en la parte inferior izquierda de la interfaz. Y asegúrese que se genera y captura la señal de prueba de forma adecuada según lo esperado, tal como se muestra en la siguiente figura. Figura 9 Captura de una señal de prueba 7. Una vez asegurado que esta produciendo la señal de prueba deseada, disminuya el tiempo total de captura a 20 segundos, es decir justo antes de que el pulso baje, agregue ent2 a los canales de entrada separándolo por una coma de ent1, y si

15 15 quiere capturar un archivo con los datos de la señal seleccione la opción Salvar Archivo? e indique un nombre para el archivo. 8. Ahora realice las conexiones mostradas en la siguiente figura. Figura 10 Ejemplo de conexiones para capturar una curva de reacción 9. Finalmente seleccione nuevamente la opción Generar y/o capturar y transcurridos los 25 segundos de la generación se obtendrá el gráfico correspondiente a los 20 segundos de captura que incluye la señal de prueba y la curva de reacción del proceso.

16 Bibliografía 1. National Instruments PCI-1200 User Manual, Multifunctional I/O Board for PCI Bus Computers Edición. Julio National Instruments Getting Started with LabVIEW Edición. Julio National Instruments Measurements Manual Edición. Julio National Instruments User Manual Edición. Julio Víquez, D. Sistema de Captura de Datos para el Laboratorio de Automática. Proyecto Eléctrico. Escuela de Ingeniería Eléctrica, Universidad de Costa Rica

17 Apéndice A: especificaciones de la tarjeta PCI-1200 Configuraciones de entrada y salida analógicas Parámetro Configuración Polaridad de salida analógica CH0 Bipolar ±5 V (condición inicial) Unipolar 0 a 10 V Polaridad de salida analógica CH1 Bipolar ±5 V (condición inicial) Unipolar 0 a 10 V Polaridad de entrada analógica Bipolar ±5 V (condición inicial) Unipolar 0 a 10 V Modo de la entrada analógica Terminal simple referenciada (RSE) (condición inicial) Terminal simple no referenciada (NRSE) Diferencial (DIFF) 7.1 Entrada Analógica Características de entrada Numero de canales...ocho de terminal único, ocho pseudodiferenciales Tipo de conversión AD...Aproximación sucesiva Resolución...12 bits Velocidad máxima de muestreo K muestras / s Rangos de la señal de entrada Ganancia de la tarjeta (Selección por o cuatro diferenciales, seleccionable por software Rangos (Selección por software) software) ±5 V 0 a 10 V 1 ± 5 V 0 a 10 V 2 ± 2.5 V 0 a 5 V 5 ± 1 V 0 a 2 V 10 ± 500 mv 0 a 1 V 20 ± 250 mv 0 a 500 mv 50 ± 100 mv 0 a 200 mv 100 ± 50 mv 0 a 100 mv

18 18 Acoplamiento de entrada...cd Máximo voltaje de operación...en modos DIFF y NRSE para la entrada negativa/ AISENSE; ±5 V de AGND (bipolar) o 5 a 2 V (unipolar). Y la entrada positiva 5 a 10 V. Protección de sobrevoltaje...±35 V encendida. ±25 V apagada Modos de las entradas analógicas Modo de entrada analógica RSE NRSE DIFF Descripción Provee ocho entradas con la entrada negativa del amplificador de instrumentación; punto común de referencia de la medición conectada con la tierra analógica de la tarjeta (condición inicial) Provee ocho entradas con la entrada negativa del amplificador de instrumentación conectada a AISENSE/AIGND y no conectado a tierra. Provee ocho entradas con la entrada positiva del amplificador de instrumentación conectada a los canales 0, 2, 4 o 6 y la entrada negativa a los canales 1, 3, 5 o 7 respectivamente, de esta manera se seleccionan cuatro pares (0, 1), (2, 3), (4, 5), o (6, 7). 7.2 Salida Analógica Características de salida Numero de canales...dos voltajes. Resolución...12 bits Velocidad típica de actualización...20 muestras / s 1 k muestras / s, dependiendo delsistema. Tipo de DAC...Buffer doble Rango del voltaje de salida...0 a 10V, ± 5V, seleccionable por software Acoplamiento de salida...cd Impedancia de salida Ω típica Protección...Cortocircuito a tierra

19 Terminales de conexión Esquema de los terminales de conexión de entrada y salida de la PCI AI0 6 AI5 11 AGND 16 PA2 21 PA7 26 PB4 31 PC1 36 PC6 41 OUTB0 46 OUTB2 2 AI1 7 AI6 12 AO1 17 PA3 22 PB0 27 PB5 32 PC2 37 PC7 42 GATB1 47 GATB2 3 AI2 8 AI7 13 DGND 18 PA4 23 PB1 28 PB6 33 PC3 38 EXTTRING 43 OUTB1 48 CLKB2 4 AI3 9 AISENSE/AGND 14 PA0 19 PA5 24 PB2 29 PB7 34 PC4 39 EXTUPDATE* 44 GATB V 5 AI4 10 AO0 15 PA1 19 PA6 25 PB3 30 PC0 35 PC5 40 EXTCONV* 45 CLKB1 50 DGND Descripción de los terminales de la PCI Terminal Nombre Descripción 1-8 AI <0 7> Entradas analógicas 0 a 7 9 AISENSE/AGND Terminal común de las entradas analógicas; sensor de entrada en el modo NRSE, conectado a AGND in modo RSE AO <0-1> Salidas analógicas 0 a 1 (convertidores digital a analógico D/A 0 y 1) 11 AGND Salida analógica de referencia a tierra de los voltajes de salida analógicos. 13,50 DGND Referencia a tierra de las señales digitales y de la fuente de +5 V PA<7...0> Líneas de datos bidireccionales para el puerto A PB<7...0> Líneas de datos bidireccionales para el puerto B PC<7...0> Líneas de datos bidireccionales para el puerto C. 38 EXTTRIG Señal de control externa para disparar una operación DAQ. 39 EXTUPDATE* Señal de control externa para actualizar las salidas del CAD. 40 EXTCONV* Señal de control externa para fijar el tiempo de conversiones A/D OUTB <0...2> Señal de salida digital de los contadores B0, B1 y B GATB <0...2> Señal de control externa para manejar los contadores B0, B1 y B CLKB <1-2> Señal externa de reloj de control para los contadores B1 y B V +5 Volts Este terminal se funde con más de 1A de a +5.25V. * Indica que la señal es activa en bajo

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