INSTRUMENTACIÓN VIRTUAL
CENTRO INTERNACIONAL DE PRODUCCIÓN LIMPIA LOPE
SERVICIO NACIONAL DE APRENDIZAJE SENA
AMBIENTE DE ELECTRÓNICA MODERNA
PASTO - 2010
INSTRUMENTACIÓN VIRTUAL
El concepto de instrumentación virtual nace a partir del uso del computador personal (PC) como "instrumento" de medición de tales señales como temperatura, presión, caudal, etc.
Es decir, el PC comienza a ser utilizado para realizar mediciones de fenómenos físicos representados en señales de corriente (Ej. 4-20mA) y/o voltaje (Ej. (0-5Vdc). Sin embargo, el concepto de "instrumentación virtual" va más allá de la simple medición de corriente o voltaje, sino que también involucra el procesamiento, análisis, almacenamiento, distribución y despliegue de los datos e información relacionados con la medición de una o varias señales específicas. Es decir, el instrumento virtual no se conforma con la adquisición de la señal, sino que también involucra la interfaz hombre-máquina, las funciones de análisis y procesamiento de señales, las rutinas de almacenamiento de datos y la comunicación con otros equipos.
Veamos un ejemplo; el osciloscopio tradicional tiene una funcionalidad ya predefinida desde la fábrica donde lo diseñan, producen y ensamblan. Es decir, la funcionalidad de este tipo de instrumento es definida por el fabricante del equipo, y no por el usuario mismo. El término "virtual" nace precisamente a partir del hecho de que cuando se utiliza el PC como "instrumento" es el usuario mismo quién, a través del software, define su funcionalidad y "apariencia" y por ello decimos que "virtualizamos" el instrumento, ya que su funcionalidad puede ser definida una y otra vez por el usuario y no por el fabricante.
Veamos un ejemplo; el osciloscopio tradicional tiene una funcionalidad ya predefinida desde la fábrica donde lo diseñan, producen y ensamblan. Es decir, la funcionalidad de este tipo de instrumento es definida por el fabricante del equipo, y no por el usuario mismo. El término "virtual" nace precisamente a partir del hecho de que cuando se utiliza el PC como "instrumento" es el usuario mismo quién, a través del software, define su funcionalidad y "apariencia" y por ello decimos que "virtualizamos" el instrumento, ya que su funcionalidad puede ser definida una y otra vez por el usuario y no por el fabricante.
El instrumento virtual es definido entonces como una capa de software y hardware que se le agrega a un PC en tal forma que permite a los usuarios interactuar con la computadora como si estuviesen utilizando su propio instrumento electrónico "hecho a la medida".
Construcción de un instrumento virtual
Para construir un instrumento virtual, sólo requerimos de un PC, una tarjeta de adquisición de datos con acondicionamiento de señales (PCMCIA, ISA, XT, PCI, etc.) y el software apropiado, los tres (3) elementos clave en la conformación de un instrumento virtual, teniendo un chasis de acondicionamiento de señales como elemento opcional.
Decimos que el "acondicionamiento de señales" es opcional, porque dependiendo de cada señal y/o aplicación, se puede o no requerir amplificación, atenuación, filtraje, aislamiento, etc. de cada señal. Si la señal está en el rango de los +/- 5Vdc y no se requiere de aislamiento o filtraje, la misma puede ser conectada directamente la tarjeta de adquisición de datos.
En el instrumento virtual, el software es la clave del sistema, a diferencia del instrumento tradicional, donde la clave es el hardware. Con el sistema indicado anteriormente, podríamos construir un osciloscopio "personalizado", con la interfaz gráfica que uno desee, agregándole inclusive más funcionalidad. Sin embargo, este mismo sistema puede también ser utilizado en la medición de temperatura, o en el control de arranque/parada de una bomba centrífuga. Es allí donde radica uno de los principales beneficios del instrumento virtual, su flexibilidad. Este instrumento virtual no sólo me permite visualizar la onda, sino que a la vez me permite graficar su espectro de potencia en forma simultánea.
La siguiente tabla (Tabla 1) nos indica algunas de las principales diferencias entre el instrumento convencional o tradicional, y el instrumento virtual:
Instrumento Tradicional | Instrumento Virtual |
Definido por el fabricante | Definido por el usuario |
Funcionalidad específica, con conectividad limitada. | Funcionalidad ilimitada, orientado a aplicaciones, conectividad amplia. |
Hardware es la clave. | Software es la clave |
Alto costo/función | Bajo costo/función, variedad de funciones, reusable. |
Arquitectura "cerrada" | Arquitectura "abierta". |
Lenta incorporación de nuevas tecnología. | Rápida incorporación de nuevas tecnologías, gracias a la plataforma PC. |
Bajas economías de escala, alto costo de mantenimiento. | Altas economías de escala, bajos costos de mantenimiento. |
Tabla 1: Instrumentos Tradicionales vs. Virtuales
La flexibilidad, el bajo costo de mantenimiento, la reusabilidad, la personalización de cada instrumento, la rápida incorporación de nuevas tecnologías, el bajo costo por función, el bajo costo por canal, etc. son algunos de los beneficios que ofrece la instrumentación virtual.
La instrumentación virtual puede también ser implementada en equipos móviles (laptops), equipos distribuidos en campo (RS-485), equipos a distancia (conectados vía radio, Internet, etc.), o equipos industriales (NEMA 4X, etc.). Existe una tarjeta de adquisición de datos para casi cualquier bus o canal de comunicación en PC (ISA, PCI, USB, serial RS-232/485, paralelo EPP, PCMCIA, CompactPCI, PCI, etc.), y existe un driver para casi cualquier sistema operativo (WIN 3.1/95/NT, DOS, Unix, MAC OS, etc.).
HARDWARE PARA INSTRUMENTACIÓN VIRTUAL
- Computadoras industriales
- Puertos de comunicaciones
- Sensores y DAQs
- Tarjetas de adquisición
- Dispositivos adicionales
SOFTWARE PARA INSTRUMENTACIÓN VIRTUAL
- Cyber tools
- DasyLab
- LabView
- Matlab Simulink
- Otros softwares para adquisición y procesamiento de datos
NI LabVIEW
LabVIEW es un entorno de programación gráfica usado por miles de ingenieros e investigadores para desarrollar sistemas sofisticados de medida, pruebas y control usando íconos gráficos e intuitivos y cables que parecen un diagrama de flujo. Ofrece una integración incomparable con miles de dispositivos de hardware y brinda cientos de bibliotecas integradas para análisis avanzado y visualización de datos, todo para crear instrumentación virtual. La plataforma LabVIEW es escalable a través de múltiples objetivos y sistemas operativos, desde su introducción en 1986 se ha vuelto un líder en la industria.
CARACTERISTICAS
1. Programación Más Rápida
Programación Gráfica
Programe con bloques de función gráficos y de clic y arrastre en lugar de escribir líneas de texto.
Representación de Flujo de Datos
Desarrolla, mantiene y comprende el código fácilmente con una representación intuitiva en diagramas de flujo.
2. Integración de Hardware con LabVIEW
E/S y Comunicación
Conecte a cualquier instrumento o sensor con bibliotecas integradas y miles de controladores de instrumentos.
Hardware Plug-and-Play
Integre perfectamente dispositivos plug-and-play para USB, PCI, PXI, Wi-Fi, Ethernet, GPIB y más.
3. Análisis y Procesamiento de Señales Avanzados e Integrados
Análisis Integrado
Obtenga acceso a miles de funciones específicas para ingeniería como análisis de frecuencia, ajuste de curvas y más.
Procesamiento de Señales en Línea
Interactúe con las medidas y realice análisis en línea en tiempo real en señales adquiridas.
4. Visualización de Datos e Interfaces de Usuario
Controles Integrados
Interactúe con datos usando cientos de controles de clic-y-arrastre, gráficas y herramientas de visualización en 3D.
Controles Personalizados
Personalice fácilmente la posición, el tamaño y el color de los controles integrados o cree sus controles en segundos
5. Múltiples Objetivos y SOs
PC y SOs en Tiempo Real
Desarrolle y reutilice código con Windows, Mac, Linux y SOs en tiempo real como VxWorks
FPGAs y Microprocesadores
Conecte varias arquitecturas embebidas, incluyendo microcontroladores ARM y FPGAs, con el mismo enfoque gráfico
Conclusiones
Un instrumento virtual puede realizar las tres (3) funciones básicas de un instrumento convencional: adquisición, análisis y presentación de datos. Sin embargo, el instrumento virtual me permite personalizar el instrumento, y agregarle mucha más funcionalidad sin incurrir en costos adicionales. ¿Quiere conectividad de su instrumento con Ethernet? ¿Quiere almacenar sus datos en una tabla o archivo compatible con MS Excel? ¿Quiere agregarle a su instrumento un nuevo algoritmo o función que necesita en su experimento? La respuesta a todas estas preguntas está en sus manos, ya que todo ello puede hacerse y, mejor aún, puede hacerlo usted mismo.
El instrumento virtual le apalanca en la flexibilidad y poder del PC, y mediante el software que lo acompaña, el nivel de adaptabilidad y personalización del instrumento virtual es casi ilimitado. ¿Por qué limitarse entonces?
