Capítulo 2
Virtual Instruments
Instrumento Virtual
• O instrumento virtual consiste da combinação de
hardware, placas de aquisição de dados ou
instrumentos tradicionais, para aquisição de dados
e software para testes que analisa e apresenta os
dados adquiridos. Normalmente são utilizados com
PCs.
• A funcionalidade do instrumento virtual é
especificado pelo usuário e definido pelo software,
atendendo todas as suas necessidades; caso o
ensaio seja alterado ou criado um novo, basta alterar
o software para que novas funções sejam
incorporadas, oferecendo assim uma flexibilidade
enorme quando comparado com os instrumentos
tradicionais.
Instrumento Virtual - Cont.
• Ainda quando da existência dos instrumentos
tradicionais, estes podem ter as suas funções
incrementadas através de funções matemáticas e de
interfaces amigáveis com o usuário implementadas
via software. Isto permitirá uma sobrevida ao
instrumento passando este a contar com recursos
antes inexistentes ou excessivamente dispendiosos.
Considerações em um Sistema de
Aquisição de Dados
Para a correta especificação de um sistema de
aquisição de dados deve-se levar em conta o :
Tipo de sinal a ser medido
Verificar a grandeza a ser medida, para a escolha do
sensor e transdutor ; estas grandezas podem ser:
– Temperatura, Pressão, Força, Pressão, Peso,
Tensão, Corrente, Sinais de Vibração e Acústica e
Outros.
Considerações em um Sistema de
Aquisição de Dados - Cont. 1
Condicionamento do Sinal
Os sensores normalmente requerem a adequação do
sinal antes de serem conectados ao dispositivo de
aquisição de dados. Os condicionadores de sinal são
usados para :
– Amplificar
Isolar
Filtrar
Excitar
Multiplexar
Considerações em um Sistema de
Aquisição de Dados - Cont. 2
Dispositivo de Aquisição de Dados
Para a escolha do dispositivo de aquisição de dados
devemos observar os seguintes aspectos :
– Sinal a ser medido
Precisão
Resolução
Taxa de amostragem
Número de canais
Expansão do número de canais
Plataforma computacional
Tipo de barramento ou interface
Considerações em um Sistema de
Aquisição de Dados - Cont. 3
Software Aplicativo
Definir os recursos necessários no sistema de testes:
– Interface com o usuário
Dados devem serem armazenados
Formato do arquivo
Análises e cálculos
Relatórios
Banco de dados
Distribuição dos dados e relatórios
Publicação na Intranet ou Internet
Sistema operacional
Sistema de Aquisição de Dados e de
Testes e Medidas
• Atualmente os sistemas de aquisição de dados e de
testes e medidas seguem o conceito de
"Instrumentação Virtual", onde software é o
instrumento.
• Utilizando o ambiente gráfico de programação
LabVIEW, e placas de aquisição de dados da
National Instruments reduzimos drasticamente o
tempo de desenvolvimento e conseqüentemente o
valor do investimento a ser realizado pelo cliente.
Sistema de Aquisição de Dados e de
Testes e Medidas - Cont. 1
• A integração dos equipamentos já existentes
utilizando o PC como interface permite um melhor
aproveitamento e total controle sobre os testes. O
gerenciamento, sequenciamento e a parametrização
dos testes são realizados por uma interface comum e
a geração de relatórios e controle de resultados é
otimizado.
• Ainda permite a disponibilização dos dados
coletados e relatórios em qualquer ponto da rede
corporativa, por meio de um banco de dados,
promovendo a integração dos laboratórios com o
sistema corporativo.
Sistema de Aquisição de Dados e de
Testes e Medidas - Cont. 2
• O uso da tecnologia baseada em PC conferem
características de modularidade, flexibilidade,
portabilidade, integração e atualização que não são
encontradas em equipamentos convencionais.
• Um sistema deste tipo permite a realização de
testes totalmente automatizados, reduzindo a
necessidade de acompanhamento do ensaio por
parte do usuário, podendo este dedicar maior tempo
à análise dos resultados do ensaio.
Sistema de Aquisição de Dados e de
Testes e Medidas - Cont. 3
• O funcionamento do sistema pode ser descrito da
seguinte forma : coleta do sinal, adequação do sinal
para ser digitalizado, digitalização do sinal, software
para o gerenciamento do ensaio e coleta de dados.
Componentes de um Sistema de
Aquisição de Dados e de Testes e
Medidas
• Transdutor - converte uma grandeza física
(temperatura, força, pressão, etc.) em elétrica (V, mV,
A, freqüência, etc). TC, RTD.
• Atuadores - dispositivo para ativar equipamentos de
controle usando pneumática, hidráulica ou elétrica.
Atuador de válvula.
• Condicionadores de sinal - asseguram a qualidade
do sinal antes da conversão A/D, amplificando,
filtrando, linearizando, compensando a junta fria.
Amplificadores, filtros, etc.
Componentes de um Sistema de
Aquisição de Dados e de Testes e
Medidas - Cont.
• Placas de aquisição e controle - também
chamadas de placas "plug-in" elas realizam a
conversão do sinal analógico para digital (A/D) para
que o PC possa processar ou armazenar o sinal, ou
o contrário (D/A) permitindo ao PC controlar eventos,
I/O digitais para monitoração ou acionamento de
chaves, contadores e timers para medidas de largura
de pulso, freqüência, etc.
• Software - responsável por todas as funções do
sistemas de testes, interface com o usuário,
armazenamento e análise dos dados ; é o que
permite o uso do PC como instrumento.
Benefícios
• Os sistemas de testes automatizados permitem
inspecionar 100% da produção. A detecção de falhas
no produto pode ser realizada nas diversas fases da
montagem e isto garante a manutenção de altos
índices de qualidade.
• Os recursos utilizados na implementação de um
sistema automatizado de testes não deve ser
encarado como um custo e sim como um
investimento e um compromisso de qualidade e
confiança com o cliente.
Benefícios - Cont.
O controle efetivo de qualidade na linha de produção
permite :
 a correção do defeito antes do estágio final de
montagem, reduzindo os custos;
 reduzir o índice de remanufatura e rejeitos;
 facilitar a identificação de problemas no
processo;
 assegurar o controle de qualidade em 100%
da produção;
 conquistar a satisfação do cliente com relação
ao produto
Aplicações
As aplicações para sistemas de aquisição de dados e
testes e medidas são as mais variadas, limitado
somente por nossa criatividade. Como as mais usuais
podemos citar :
 Calibração ;
 Controle Dimensional ;
 Medidas de Grandezas Físicas e Elétricas ;
 Automatização da Seqüência de Testes ;
 Controle de Processos ;
 Coleta e Análise de Dados ;
 Sinóticos do Processo ;
 e Outras .
Instrumentos Virtuais - LabVIEW
LabVIEW (Laboratory Virtual Instruments Engineering
Workbench) é uma linguagem de programação
desenvolvida pela National Instruments.
O LabVIEW é diferente das usuais linguagens de
programação em um aspecto importante. Ao invés de
utilizar linhas de código, ele utiliza uma linguagem
gráfica conhecida como linguagem G que é composta
de muitos nodos conectados.
O LabVIEW tem um compilador gráfico aperfeiçoado
para maximizar o desempenho do sistema. O LabVIEW
simplifica o desenvolvimento do programa, e também
diz imediatamente ao usuário quando um erro foi
cometido. Como também produz um código que pode
ser reutilizável. LabVIEW é usado como um substituto
para as linguagens baseadas em linhas de código,
permitindo ao usuário observar o que o programa está
fazendo literalmente, deste modo, você pode inserir um
pedaço de código esquecido, e pode estudar como o
dados estão “viajando”. Ele tem extensivas bibliotecas
de funções para qualquer programa.
Os programas no LabVIEW são chamados de Virtual
Instruments (VI’s) porque a aparência e as operações
simulam instrumentos reais.
Exemplo de uma VI em LabVIEW
Osciloscópio de Dois Canais
Exemplo de outra VI em LabVIEW
Analisador de Espectro
Tutorial LabVIEW - 1
No Painel Frontal do LabVIEW, selecione Waveform
Chart do Arrays and Graphs palette.
Tutorial LabVIEW - 2
Próximo ao chart, adicione um Vertical Toggle Switch
selecionando - o no Boolean palette. .
Tutorial LabVIEW - 3
Mude para o Diagrama de Fluxo de Dados do LabVIEW
( CTRL + E ). Selecione o While Loop do Structures
palette e arraste-o de forma que os terminais chart e
o switch fiquem dentro do mesmo.
Tutorial LabVIEW - 4
Selecione o Digital Thermometer VI do Tutorial palette e
coloque a subVI dentro do While Loop. A cada tempo
da execução do loop , o valor de temperatura será lido.
Tutorial LabVIEW - 5
Usando a ferramenta wiring tool ( carretel ) , conecte a
Digital Thermometer VI no terminal chart. A cada loop o
valor da temperatura será lido e mostrado no chart (
gráfico registrador ).
Tutorial LabVIEW - 6
Conecte o terminal On/Off no controle do While Loop.
Enquanto a chave On/Off estiver na posição ON, o
programa continuará a adquirir o valores
de
temperatura.
.
Tutorial LabVIEW - 7
Retorne ao Painel Frontal selecionado a opção Show
Panel do menu Window ou pelo atalho CTRL + E .
Coloque a chave na posição ON e pressione o botão
“Rodar”. “Salve” a VI .
Partes Principais de uma VI e subVI
• Vis e subVIS têm três partes principais : o front
panel, o block diagram e o icon/connector.
• Front panel ( painel frontal ) : é a interface
interativa do usuário com a VI. Contém
potenciômetors, botões pulsadores, gráficos e muitos
outros controles e indicadores. O termo control é
relacionado com entradas e o termo indicators com
as saídas do programa.
Partes Principais de uma VI
e subVI - Cont. 1
• Block diagram ( diagrama de fluxo de dados ) : é
o código fonte da VI. O código fonte é escrito em
linguagem de programação G. O código fonte de
uma VI na verdade não é escrito e sim feito com
ícones gráficos ligados através de conexões por fios.
O block diagram é o código executável. Os ícons (
ícones ) de um block diagram representam VIs de
baixo nível, funções internas ( built-in ) e estruturas
de controle de programa. A execução de um
programa em linguagem G é orientado por um fluxo
de dados e não por uma execução linear de linhas
de código.
Partes Principais de uma VI
e subVI - Cont. 2
• Icons e Connectors ( ícones e conectores ) :
especificam o caminho do fluxo de dados dentro e
fora das VIs. O icon é a representação gráfica da VI
no block diagram e o connector define as entradas e
saídas. Todas as VIs têm um ícone e um conector.
Icon
Connector
Resumo
Virtual Instruments - LabVIEW
Virtual Instrument
Criando Painéis e Diagramas
Diagrama
Caixa de Ferramentas
Menu Window / Show Tools Palette
Construindo uma VI
• Crie uma VI ( Simple Math.vi ) que execute as
seguintes funções :
– Some dois números e mostre o resultado ;
– Multiplique os mesmos dois números e mostre o resultado ;
– Compare os dois números de entrada e acenda um LED se
os números forem iguais.
Fluxo dos Dados no LabVIEW
• Considere o block diagram da VI mostrada abaixo que soma
dois números e e calcula o seno do resultado. Neste caso, o
block diagram executa da esquerda para direita, não porque os
objetos são colocados na ordem, mas porque uma das entradas
da função Sine & Cosine não é válida até que a função Add
tenha somado os números. ( DataFlowA.vi )
execução highlighting
Fluxo dos Dados no LabVIEW
• Considere o block diagram da VI mostrada abaixo. Qual código
executa primeiro? O código da esquerda ou da direita? Você
não pode responder esta questão somente olhando os códigos.
O código da esquerda não é executado necessariamente
primeiro. Nas situações onde um código deve ser executado
antes do outro e não existe nenhum tipo de dependência entre
as funções, você deve usar a estrutura SEQUENCE para forçar
a ordem de execução. ( DataFlowB.vi )
execução highlighting