Cap.1
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×
 

Cap.1

on

  • 613 views

 

Statistics

Views

Total Views
613
Views on SlideShare
613
Embed Views
0

Actions

Likes
0
Downloads
7
Comments
0

0 Embeds 0

No embeds

Accessibility

Categories

Upload Details

Uploaded via as Microsoft PowerPoint

Usage Rights

© All Rights Reserved

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Processing…
Post Comment
Edit your comment
  • Delivers a vision for engineers to deploy LabVIEW anywhere they want. Continued innovation to enable engineers deploy LabVIEW from workstations to personal computers to distributed systems to embedded applications. Someday soon, we may even see sensors powerful enough to use house LabVIEW. Not only is LabVIEW everywhere, but it offers something for every scientist and engineer. All levels of users, ranging from experienced to non-programmers, will benefit from the interactive, configurable tools and in LabVIEW 7 Express, enabling LabVIEW to be used as a one integrated tool for measurement and automation throughout the design process.

Cap.1 Cap.1 Presentation Transcript

  • 1. INTRODUCERE ÎN INSTRUMENTAŢIA VIRTUALĂ• Ca si în cazul calculatoarelor si al sistemelor de operare, ideea instrumentatiei virtuale s-a nascut în mintea unui tanar (James Trouchard), pe cand era doctorand la University of Texas, in Austin USA, iar Hewlett-Packard introducea pe piata un computer nou ce putea culege date din masuratorile efectuate cu instrumente ale aceleasi firme.• Trouchard a avut ideea ca in locul unui instrument gata facut, ce costa destul de mult, sa realizeze instrumente pe care chiar utilizatorii sa le poata ansambla in propriul calculator folosind o placa si un software. Asa s-a nascut Instrumentatia Virtuala si odata cu ea Compania National Instruments pe care James Trouchard a fondat-o in 1976. Solutia propusa de Trouchard permite astazi multor firme sa depaseaca cu usurinta decalaje tehnice şi tehnologice, pentru eliminarea cărora ar fi necesare investiţii uriaşe. Există un singur obstacol: creatorul, dar şi utilizatorul unui instrument virtual, nu mai poate fi inginerul sau muncitorul anilor trecuţi.
  • • Instrumentele virtuale sunt combinații de elemente hardware și/sau software, utilizate cu un PC, care au funcționalități similare instrumentelor tradiționale, clasice, de sine stătătoare.• Pe panoul frontal al unui instrument virtual, se vor găsi butoane, comutatoare, ecrane, afisaje digitale, indicatoare grafice, e.t.c. cu acelasi aspect ca al instrumentelor clasice.• Un instrument virtual este compus deci, dintr-o parte hardware si o parte software care permite configurarea instrumentului dupa dorinta utilizatorului.• Prin termenul de Instrumentaţie Virtuală se înţelege utilizarea unui computer, dotat cu echipamente periferice de intrare şi ieşire specializate, pentru a simula caracteristicile şi funcţionarea unui instrument sau sistem de măsurare, de testare sau de înregistrare a datelor. Instrumentele virtuale fac uz de traductoare si senzori pentru a intra în contact cu mărimea fizică măsurată, de eventuale sisteme de condiţionare a semnalelor, precum şi de circuite pentru conversia analog - digitală. Diferenţa în raport cu sistemele de măsurare "clasice" este aceea că de aceasta dată toate funcţiunile de prelucrare şi analiză a valorilor măsurate, de stocare a acestor informaţii şi de transmitere a lor către utilizatorul uman sunt realizate de către computer şi nu de către aparatura dedicată. Aplicaţiile software înlocuiesc astfel componente, estimate a reprezenta 80% din circuitele unui aparat de măsurare sau testare specializat "clasic".
  • • Software-ul care realizează aceste funcţiuni posedă în majoritatea cazurilor o interfaţă grafică având acelaşi aspect ca şi cel al panoului frontal al unui aparat de măsurare. Acesta este motivul pentru care aplicaţiile respective sunt numite Instrumente Virtuale.• Dacă, de exemplu, un semnal de tip tensiune electrică necesită atât vizualizarea variaţiei în timp cât şi determinarea spectrului de frecvenţe, utilizarea instrumentaţiei virtuale permite folosirea aceluiaşi sistem de măsurare. Se înlocuieşte doar aplicaţia de prelucrare a semnalului sau se construieşte o aplicaţie care să afişeze simultan, într-o fereastra unică, ambele informaţii necesare. Mai mult, acelaşi sistem de măsurare, dar cu o aplicaţie software diferita, poate fi utilizat ca voltmetru, ca instrument de stocare a datelor sau ca sistem de avertizare.• Apariţia instrumentelor virtuale a permis astfel ca mai multe aparate de măsurare sau testare specializate sa poată fi înlocuite printr-o singură configuraţie hardware de sistem de măsurare computerizat, completată apoi cu diverse aplicaţii software.
  • • De aici derivă unele dintre avantajele utilizării Instrumentaţiei Virtuale: - flexibilitatea sporită a configuraţiilor sistemelor de măsurare; - fiabilitatea crescută a componentelor; - precizia crescută a prelucrării informaţiei; - capacitatea de a efectua prelucrări de mai mare complexitate; - costul mult redus în raport cu aparatele clasice.• Aplicaţiile instrumentaţiei virtuale nu se rezumă doar la măsurarea de mărimi fizice analogice. Rezidente în sisteme computerizate, instrumentele virtuale pot fi folosite drept generatoare de semnale analogice, pot manipula bidirecţional semnale digitale şi pot efectua operaţiuni de numărare/cronometrare sau de generare de trenuri de impulsuri.• Instrumentele virtuale pot transforma un computer în "centrul de comandă" al unei reţele de zeci de aparate de măsura capabile sa comunice prin protocolul GPIB. Seturi de instrumente virtuale specializate pot efectua funcţii de comandă a motoarelor pas cu pas sau operaţii evoluate de prelucrare şi analiză a imaginilor sau sunetelor.• Sistemele de instrumentaţie virtuală nu se rezumă astfel doar la a înlocui aparatele de măsurare utilizate în aplicaţiile din laboratoarele de cercetare sau didactice, ci devin unelte complexe şi puternice de monitorizare şi control ale proceselor industriale.
  • • Un sistem de instrumentaţie virtuală nu trebuie înţeles ca fiind majoritar rezident într-un computer. In laboratoarele de cercetare se utilizează îndeosebi plăci multifuncţionale de achiziţie de date montate în PC-uri, conţinând multiplexoare şi convertoare A/D şi D/A. Sistemele de achiziţie "Real Time" îşi îndeplinesc funcţiunile şi în timpul "căderilor" sistemului de operare sau al resetărilor computerului gazdă.• In multe categorii de sisteme distribuite, multiplexoarele şi convertoarele au "migrat" din computer în zona condiţionatoarelor de semnal, însoţite de o interfaţă serială. Computerul gestionează astfel o reţea de puncte de măsurare, mult mai numeroase decât ar fi permis varianta sub forma analogică. Facilităţile oferite de hardware-ul de achiziţie de date şi control de proces nu ar putea fi puse în valoare fără existenţa unui software adecvat. În acest sens se foloseşte mediul LabVIEW (LABoratory Virtual Instrument Engineering Workbench) – un mediu de programare bazat pe limbajul de programare graficǎ G, produs de Firma National Instruments (NI).
  • • Avantajul folosirii mediului de programare grafica LabVIEW în instrumentaţia virtuală constă în abordarea în mediu unitar a dezvoltării aplicaţiilor pentru configuraţii hardware diverse şi protocoale de comunicaţie dedicate interacţiunii cu procese (începând de la cele mai simple pana la procese industriale de mare complexitate).• Funcţiunile mediului de programare grafică LabVIEW de transmitere a informaţiei prin intermediul diverselor protocoale de comunicaţie specifice Internet-ului vor face posibil un salt calitativ în dezvoltarea utilizatorilor spre folosirea de laboratoare virtuale şi spre monitorizarea şi comanda la distanţă a proceselor.• În concluzie, se poate aprecia că Instrumentaţia Virtuală are, datorită flexibilităţii şi versatilităţii sale, un potenţial imens pentru cei ce lucrează în domeniul educaţiei, ştiinţei şi tehnologiei, indiferent de gradul lor de specializare sau de nivelul de calificare. Instrumentele şi aparatele vor deveni din ce în ce mai ieftine şi mai performante, software-ul va putea fi dezvoltat în masă, chiar de către programatori neprofesionişti, iar aplicaţiile realizate vor avea un grad mare de accesibilitate datorită facilităţilor de comunicaţie existente.• Astăzi, utilizatorul introduce o placa de achizitie date in computer si cu ajutorul soft-ului de programare grafica isi configureaza instrumentul de masurare si in plus poate crea si cate inregistratoare grafice doreste. Toata partea fizica a lantului de masurare aflandu-se pe o placa controlata de microprocesorul computerului, utilizatorului nu-i ramane decat sa se conecteze la traductoarele specifice marimii de masurat si sa stie sa manevreze un mouse. Reprezentarea instrumentelor fizice se face pe monitorul computerului cu ajutorul elementelor grafice existente in biblioteca limbajului de programare grafica.
  • Din punct de vedere al domeniului de utilizare, sistemele de instrumentaţie virtuală pot fi clasificate în:• sisteme pentru testare şi măsurări;• sisteme de control automat al proceselor;• sisteme pentru efectuarea de cercetări ştiinţifice.Din punct de vedere al modului în care poate funcţiona un instrument virtual există două variante:• modul de lucru “live”, în care se configurează fizic echipamentul de măsurare, cuplat la sistemul de calcul şi care achiziţionează date din procesul studiat, urmat de procesul de analiză, interpretare şi afişare a rezultatelor;• modul de lucru “not live” (simulare), în care se poate doar simula funcţionarea echipamentului de măsurare asupra eşantioanelor unor semnale generate prin mijloace software.Exista doua posibilitati de a lucra cu instrumentatia virtuala:• doresti sa-ti creezi singur instrumentele necesare si atunci trebuie sa cunosti limbajul de programare grafica si sa dispui de acesta;• doresti sa fii numai utilizator de instrumentatie virtuala, si atunci trebuie sa-ti cumperi de la un dezvoltator de aplicatii un program executabil ce va face numai ceea ce iti doresti.
  • Avantajele instrumentatiei virtuale față de instrumentele tradiționale:• ocupa un spatiu mic (practic un computer si un monitor);• poate fi cu elemente distribuite (pot masura in mai multe locuri odata);• datele se pot transmite prin internet (laboratorul de masurare se poate afla intr-un anume loc iar analiza rezultatelor se poate face in cu totul alta parte);• instrumentele nu mai ocupa un spatiu fizic (o magazie) ci sunt stocate in memoria computerului;• flexibilitate maxima privind configurarea instrumentelor (oricand se poate sterge un instrument din memorie si se poate face altul, se pot adauga elemente de comanda sau indicatoare, canale sau memorie);• dispar practic problemele legate de murdarirea comutatoarelor sau imperfectiunea conexiunilor;• costurile privind achizitia de aparate si intretinerea lor se reduc foarte mult, tinand cont ca o singura placa multifunctionala de achizitie date, impreuna cu softul aferent poate inlocui o multime de alte instrumente fizice dedicate;• interfata grafica foarte prietenoasa cu utilizatorul;• timpul relativ mic de invatare a limbajului de programare grafica;• multimea de instrumente virtuale gata construite pentru a masura, a face analiza semnalului, a-l prelucra si a-l transmite oriunde doreste utilizatorul;
  • Instrumentaţie Virtuală cu LabVIEW Laboratory Virtual Instruments Engineering Workbench
  • • LabView este un limbaj de programare grafică (limbaj G) care foloseşte diagrame bloc în loc de linii de text pentru a crea aplicaţii.• Este destinat în special, construirii de aplicaţii pentru controlul şi achiziţia de date, analiza acestora şi prezentarea rezultatelor• LabView a fost dezvoltat de firma National Instruments, prima variantă a programului apărând în anul 1986. În prezent s-a ajuns la versiunea a 8-a a programului. Denumirea sa provine dintr-o prescurtare din limba engleză: “Laboratory Virtual Instruments Engineering Workbench”.• Noutatea adusă de LabView, comparativ cu limbajele de programare clasice (Pascal, C,C++,BorlandC++), este rapiditatea programării datorită introducerii unei interfeţe grafice mai intuitive.• Mediile de programare grafică înlătură necesitatea cunoaşterii unui limbaj de programare. În locul descrierii algoritmului de calcul sub forma unui set de instrucţiuni în format text, într-un mediu de programare grafică algoritmul este descris desenându-l sub forma unei scheme logice (organigramă, diagramă). Dispare astfel necesitatea memorării unor nume de instrucţiuni şi a unor reguli complicate de sintaxă, iar riscul de apariţie a erorilor de programare scade drastic. Modul în care algoritmul este descris este astfel mult mai intuitiv, un program putând fi înţeles mult mai uşor şi de către alţi programatori decât cel care l-a conceput.• LabVIEW este cel mai răspândit şi mai evoluat mediu de programare grafică.
  • • Deşi LabVIEW este un instrument foarte puternic de simulare, acesta este cel mai adesea folosite pentru achiziția, analiza și prezentarea datelor de la diferite surse externe, conținând în librăria sa, multe instrumente virtuale special dedicate acestui scop.• De exemplu LabVIEW poate comanda plăci de achiziție pug-in sau pe USB pentru achiziția sau generarea semnalelor analogice și numerice.• S-ar putea utiliza plăcile DAQ şi LabVIEW pentru a monitoriza temperatura, trimite semnalele de la un sistem extern, sau determinarea frecvenţei unui semnal necunoscut.• LabView permite achiziţia semnalelor de la o varietate de echipamente. Se pot achiziţiona date de la instrumente GPIB, seriale, Ethernet, PXI şi VXI, folosind driverele incluse. Există posibilitatea comunicării cu mai mult de 1400 instrumente aparţinând a 150 de producători, folosind driverele de comunicaţie LabView. Programul oferă performanţă şi portabilitate ridicate.• Driverele de comunicaţie simplifică controlul instrumentelor şi timpul de dezvolatare a noi aplicaţii, eliminând necesitatea de a învăţa protocoale de programare pentru fiecare instrument în parte. Multe drivere folosesc Visual Instrument Software Architecture (VISA) pentru a comunica cu o gamă de bus-uri de comunicaţie, cum ar fi GPIB sau serial, folosind acelaşi cod LabView. Indiferent pe ce tip de bus este instrumentul, driverele VISA preiau controlul protocoalelor de comunicare respective.
  • Achiziție, Analiză și PrezentareAproape toate aplicațiile de măsurare, testare și control, pot fi împărțite în 3mari componente: capacitatea de achiziție, analiză și prezentare a datelor.LabVIEW este cel mai puternic și mai simplu instrument pentru achiziția,analiza și prezentarea datelor din lumea reală.
  • Achiziția cu LabVIEW LabVIEW poate achiziționa date utilizând următoarele dispozitive și multe altele: • GPIB, Serial, Ethernet, VXI, PXI Instruments • Data Acquisition (DAQ) • PCI eXtensions for InstrumentationLabVIEW este strâns (PXI)integrat cu toate • Image Acquisition (IMAQ)componentele • Motion Controlhardware NI, și în plus • Real-Time (RT) PXIse poate conecta la mii • PLCde dispozitive I/O de la • PDAalte sute de furnizori. • Instrumente modulare
  • Tipuri de magistrale de proces, pentru interconectarea instrumentelor programabile, cu un sistem de calcul• GPIB (General Purpose Interface Bus - magistrală de interfaţare de uz general) este specializată pentru comunicaţie cu instrumente programabile. Este standardul cel mai utilizat pentru controlul instrumentelor programabile de către sistemele de calcul. Rolul dispozitivelor GPIB poate fi de a trimite mesaje, de a primi mesaje si/sau de a monitoriza comunicatiile pe retea. Este disponibilă pentru diverse platforme (PC, IBM, MacIntosh, etc.) şi oferă o rată de transfer de 1 Mbyte/secundă. Protocolul de comunicaţie este specificat de standardul industrial IEEE-488 (protocol pe 8 biţi, comenzi tip ASCII, maximum 14 instrumente aflate la cel mult 20m). O dezvoltare ulterioară, HS-488, a crescut rata de transfer la 8 Mbytes/secundă;
  • • RS-232, RS-422, RS-485 sunt utilizate în special la sisteme personale de calcul. Sunt destinate comunicaţiilor seriale sincrone/asincrone între instrumente, oferind o imunitate ridicată la zgomotul din mediul industrial. Dezavantajul major este rata de transfer redusă (sute de kbits/secundă). Protocolul de comunicare poate fi ASCII sau un protocol special al instrumentelor ce se interconectează. Ceea ce le diferenţiază este distanţa de interconexiune (de la 15m la RS-232, la 1200m la RS-485), care este mărită prin amplificări suplimentare pe intrări/ieşiri. Interfaţa RS-485 permite legături multi-punct (“daisychain”), deci economii importante de cablu;• SCXI (Signal Conditioning eXtensions for Instruments): reprezintă o platformă de înaltă performanță pentru condiționarea sau direcționarea semnalelor din sistemele de măsurare sau automatizare. Utilizată pentru măsurări directe sau prin intermediul senzorilor, pentru generarea de semnale în tensiune sau curent, pentru manipularea semnalelor digitale sau pentru direcționarea unor semnale, gama de produse SCXI oferă o platformă unică, integrată, ce satisface toate necesitile.
  • • Un sistem SCXI constă din module multicanal de condiționare instalate în unul sau mai multe șasiuri. Șasiul (sau unul dintre șasiurile sistemului) este conectat la o placă de achiziie de date. Aceste module, montate sub formă de “rack” (dulap cu sertare de conexiuni modulare), sunt utilizate deci, la condiţionarea semnalului. La intrare, se admit semnale provenite de la traductoare, cum ar fi: termocupluri, termistoare, mărci tensometrice etc, iar la ieşire se obţin semnale ce permit efectuarea de măsurări analogice (curenţi sau tensiuni) sau semnale numerice. Se utilizează module de filtrare, liniarizare, izolare galvanică, ieşiri de putere, etc. Condiionatoarele de semnal SCXI au un design integrat care simplifică instalarea și configurarea maximizând performanele. Modulele SCXI permit măsurarea cu o gamă largă de senzori și tipuri de semnale, permițând o paletă largă de combinații pentru formarea unui sistem de măsurare.
  • • PXI (extensie PCI pentru instrumentatie): PXI reprezinta o platforma pentru sisteme de masurare si automatizare, bazata pe PC. Instrumentatia modulara PXI profita de avantajele magistralei de mare viteza PCI (Peripheral Component Interconnect), care reprezinta standardul de facto ce dirijeaza proiectarea in domeniul calculatoarelor PC, atat ca hardware cat si ca software. In consecinta, utilizatorii de PXI pot sa beneficieze de toate avantajele PCI in cadrul uneri arhitecturi ce adauga caracteristici mecanice, electrice si de software, potrivite pentru aplicatiile de masura, achizitie de date si automatizari industriale. Bazată in intregime pe un stadard industrial deschis, instrumentatia modulara PXI reprezinta o solutie eficace, deoarece combina arhitectura electrica de mare viteza a PCI cu o carcasa industriala de înalta fiabilitate, functii de sincronizare si temporizare incorporate si deplina interoperabilitate cu Compact PCI. Dimensiunea redusa a sistemului PXI este ideala pentru o larga varietate de aplicatii portabile, cu montare pe birou sau in rack, pentru testare, masuratori, culegere de date si automatizari industriale.
  • • În sistemul PXI exista șasiuri (cu 4, 8 sau 18 sloturi), controlere, placi de achizitie de date, placi de achizitie de date in timp real, surse de semnal, module I/O digitale, placi de achizitie de semnal dinamic, numaratoare/ temporizatoare de 32 biti, instrumente dedicate, comutatoare, placi de achizitie si prelucrare de imagine, placi de control al miscarii, interfete de comunicare seriale, CAN, DeviceNet, Ethernet, GPIB, etc.• VXI (VME eXtension for Instrumentation, unde VME reprezintă VESA Module Eurocard) reprezintă un standard de instrumentaţie ale cărui baze au fost puse încă din 1987 şi are ca obiectiv creşterea interoperabilităţii diverselor instrumente. Structura sa modulară permite o integrare atât din punct de vedere electronic, cât şi mecanic, conferindu-i denumirea de “standard pentru instrument pe cartelă”. Specificaţiile VXI grupează norma IEEE-488 şi norma VME, prima remarcăndu-se prin compatibilitatea între constructori diferiţi, iar cea de-a doua prin rapiditate.
  • Plăcii GPIB ale firmei NISistem GPIB tipic
  • Analiză cu LabVIEW LabVIEW include următoarele instrumente cu ajutorul cărora pot fi analizate datele: • Mai mult de 400 de funcţii de analiza măsurării pentru: Ecuatii Diferentiale, Optimizare, Curbe, Calcul, AlgebraÎn mediul de dezvoltare Liniara, Statistică, etc.LabVIEW, se poate • 12 noi VI-uri Express specialrealiza o analiză intensă proiectate pentru analiza măsurării,a măsurării inclusiv filtrare și analiză spectrală. • VI-uri pentru procesarea semnalelor (Filtrare, Ferestruire, Analiză Armonică, Analiză spectrală, e.t.c.).
  • Prezentare cu LabVIEW LabVIEW include următoarele instrumente utilizate pentru prezentarea datelor: • On your machine — Graphs, Charts, Tables, Gauges, Meters, Tanks, 3D Controls, PicturePrezentarea cu Control, 3D Graphs (WindowsLabVIEW poate fi Only), Report Generationfacuta pe PC sau (Windows Only)printr-o reţea. • Over the Internet — Web Publishing Tools, Datasocket (Windows Only), TCP/IP, VI Server, Remote Panels, Email
  • LabVIEW Everywhere Sensor Embedded (FPGA) Handheld Wireless Networked I/O PC Boards Industrial Computer (PXI) Tektronix Open Windows Oscilloscopes PC, Mac, Linux, Sun Workstation
  • Fapte istorice• 1983 – începe proiectul LabVIEW• 1986 –LabVIEW pentru Macintosh• 1990 –LabVIEW 2.0 și 2 brevete• 1992 –LabVIEW pentru Windows și Sun• 1993 –LAbVIEW 3.0• 1994 – LabVIEW pentru Windows NT și 2 noi brevete• 1995- 2000 – LabVIEW pentru Windows 95/98, LabVIEW 5.0• 2001 – LabVIEW 6i pentru Windows 2000/NT/ME• 2003– LabVIEW 7.0 pentru Windows XP• 2006 - LabVIEW 8.0 pentru Windows XP• 2009- LabVIEW 2009• 2010- LabVIEW 2010