Laboratorio de Instrumentación y Sistemas de adquisición de datos en la Universidad Politécnica de Valencia

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1 Laboratorio de Instrumentación y Sistemas de adquisición de datos en la Universidad Politécnica de Valencia "LabVIEW no es sólo un lenguaje de programación sino un entorno de programación donde existen diferentes toolkits que pueden ir añadiendo y facilitarles la programación en otro tipo de aplicaciones como por ejemplo control, redes y sistemas embebidos" - José Pelegrí Sebastiá, Dep. de Ingeniería Electrónica EPSG Universidad Politécnica de Valencia El Reto: Diseño de prácticas con el entorno de programación LabVIEW y propuesta de trabajos a realizar, dedicados al control de instrumentos y a otros campos como la comunicación inalámbrica, control de procesos, sistemas embebidos, etc. La Solución: Dados los conocimientos básicos de LabVIEW que asimila el alumno durante dos sesiones de cuatro horas. Se introducen los buses GPIB y PXI para comunicación con instrumentos haciendo dos sesiones más para el control de un generador de ondas y de un osciloscopio digital y finalmente se tratan los sistemas de adquisición de datos con dos sesiones más. Autor(es): José Pelegrí Sebastiá - Dep. de Ingeniería Electrónica EPSG Universidad Politécnica de Valencia José Rafael Lajara Vizcaíno - Dep. de Ingeniería Electrónica EPSG Universidad Politécnica de Valencia En el Máster Universitario en Sensores para Aplicaciones Industriales de la Universidad Politécnica de Valencia se imparte la asignatura Sensores Industriales y Sistemas de Adquisición de Datos. Es en esta segunda parte donde se introduce el entorno de programación gráfica LabVIEW, se ven conceptos de control de instrumentos a través de GPIB y adquisición de datos con la tarjeta PCI-6221M de NI, para finalizar con un trabajo diferente para cada par de alumnos que exponen en la última sesión de la asignatura. El mayor peso de la asignatura es la parte práctica. Cada una de las sesiones consta de cuatro horas y los alumnos tienen un guion en el que basarse. Las prácticas consisten en: Práctica 0. Familiarización con el entorno de programación de LabVIEW. Práctica 1. Control del generador de ondas arbitrario HP33120A a través del bus GPIB. Práctica 2. Control del osciloscopio digital DS210 a través del bus GPIB. Practica 3. Adquisición de datos con LabVIEW. Algunos de los trabajos propuestos que han realizado los alumnos: 1. Control PID de temperatura con LabVIEW: Se necesita el NI PID and Fuzzy Logic Toolkit para realizar de forma sencilla este trabajo. Consiste en realizar el control de temperatura para cualquier aplicación. Involucra adquisición de datos, procesado de señal y actuación. Para este trabajo se ha usado la tarjeta de adquisición de datos PCI-6221, un sensor de temperatura PT100 con su circuito de acondicionamiento y su calibración en base a una caja de décadas resistiva normalizada. Para aumentar la temperatura se ha utilizado una resistencia calefactable y para disminuir la temperatura un ventilador controlado a través de una señal PWM obtenida del control PID. En la figura 1 se puede ver parte del diagrama de bloques (bloque 1 y bloque 2) y en la figura 2 se puede ver el panel frontal de este trabajo. En la figura 1, el bloque 1 contiene los procesos de lectura, regulador de temperatura, panel indicativo y la obtención de la temperatura máxima y mínima y el DAQ Assistant se ha configurado para leer el puerto analógico de entrada de la tarjeta de adquisición de datos en el canal asignado. Mientras que en el bloque 2 se encarga del control de la resistencia calorífica con un control PID generando una señal física PWM a través de la tarjeta DAQ. En la figura 2, en la parte superior del panel frontal, se puede ver el valor de temperatura actual y el regulado por el usuario. También se muestra la máxima y la mínima temperatura registrada. En la parte central se pueden ver dos luces de alarma que se activarán tras un cierto tiempo prolongado en la que el sistema no logre alcanzar la temperatura deseada por el usuario. Finalmente en la parte inferior se muestra un gráfico de las señales de temperatura actual, la regulada, la señal PWM de control del ventilador y la señal PWM de la resistencia calefactable. 2. Introducción a las redes de sensores inalámbricas WSN con LabVIEW: Se necesita instalar el NI-WSN para poder realizar este trabajo. Este consiste en hacer la puesta en marcha del sistema de NI WSN Starter Kit formado por el Gateway WSN-9791, el WSN-3202 con 4 entradas analógicas, 4 I/O digitales y 16 bits de resolución y el WSN-3212 preparado para conectar sensores de temperatura de tipo termopar con una resolución de 24 bits. Con el software Measurement & Automation Explorer se añaden los nodos NI 3202 y NI 3212 al Gateway NI 9791 en la parte de sistemas remotos. Una vez realizado esto se crea un proyecto nuevo con Targets and Devices, tal como se puede ver en la figura 3. Para la demostración del correcto funcionamiento de los nodos se han creado dos VIs, uno que mide la temperatura y otro que mide una tensión de entrada, ambos cuando sobrepasan un límite definido por el usuario envían un de error. Además almacenan los valores en un fichero Excel. En la figura 4 se puede ver tanto el diagrama de bloques como el panel frontal. 3. Arduino y LabVIEW: Necesidad del Toolkit LabVIEW interfaz para Arduino. Se utiliza una placa de Arduino (Mega ADK) para el diseño de un sistema de monitorización de diferentes parámetros ambientales (temperatura, presión y humedad) diseñados en las prácticas de instrumentación. El panel frontal que se diseñará en LabVIEW y visualizará en tiempo real el valor de las medidas indicadas antes. Conclusión: Con esto se pretende dar al alumno unos conocimientos básicos de LabVIEW y el manejo de instrumentos de forma remota. Pero con los trabajos también se ve que LabVIEW no es sólo un lenguaje de programación sino un entorno de programación donde existen diferentes toolkits que pueden ir añadiendo y facilitarles la programación en otro tipo de aplicaciones como por ejemplo control, redes y sistemas embebidos. Información del Autor: José Pelegrí Sebastiá Dep. de Ingeniería Electrónica EPSG Universidad Politécnica de Valencia España 1/5

2 Figura 1.a - Parte del diagrama de bloques (Bloque 1) Figura 1.b - Parte del diagrama de bloques (Bloque 2) 2/5

3 Figura 2 - Panel frontal de un control de temperatura basado en PID 3/5

4 Figura 3 - Creación del proyecto para WSN Figura 4.a - Diagrama de bloques y panel frontal del trabajo WSN 4/5

5 Figura 4.b - Diagrama de bloques y panel frontal del trabajo WSN Legal Este caso de estudio (este "caso de estudio") fue desarrollado por un cliente de National Instruments ("NI"). ESTE CASO DE ESTUDIO ES PROPORCIONADO "COMO ES" SIN GARANTÍA DE NINGUN TIPO Y SUJETO A CIERTAS RESTRICCIONES QUE SE EXPONEN EN LOS TÉRMINOS DE USO EN NI.COM. 5/5