Capitolul IV INSTRUMENTAIA VIRTUAL N CONDUCEREA PROCESELOR
INDUSTRIALE De foarte mult timp, aparatele electronice de msur i
control sunt produse larg utilizate. Dei au existat n diferite game
de dimensiuni sau funcionaliti, n general aveau forma unei cutii cu
un panou de control i afiare. Limitrile impuse de arhitectura
instrumentelor tradiionale au generat de-a lungul timpului
neconcordane ntre oferta i cererea de funcionalitate, adic ntre
ceea ce productorul de instrumente ofer i ceea ce utilizatorul
dorete. Evoluia aparatelor electronice a adus multe mbuntiri n
acurateea, funcionalitatea i fiabilitatea instrumentelor, mbuntind
n acelai timp interfaa cu utilizatorul. Progresul tehnologiei
digitale a condus la realizarea unor magistrale care permit
instrumentelor s fie conectate la sisteme numerice de calcul.
Deocamdat, n cea mai mare parte, instrumentele moderne tind inc s
fie un obiect fizic cu un afiaj i cu un panou de control
(fig.5.0.).
Figura 4.0. Totui, evoluia actual din domeniul calculatoarelor
aduce o schimbare n ceea ce este considerat a fi un instrument.
Existena calculatoarelor de inalta performan, la un pre de cost
accesibil, impreun cu sofware-ul i interfeele grafice pentru
utilizatori, permite acestora s simuleze sau chiar s surclaseze
posibilitile instrumentelor tradiionale. n locul cutiilor, fiecare
reprezentnd personalitatea unic a unui instrument tradiional,
funciile de msurare pot fi realizate prin plci de achiziie de date,
introduse intr-o carcas proprie sau chiar n carcasa calculatorului
(plug-in). Acestea nu conin butoane, poteniometre sau cursoare
pentru controlul msurtorilor, din cauza lipsei de spaiu. Din aceeai
cauz nu conin nici elemente de afiare. n schimb, calculatorul
simuleaz panoul frontal al unui instrument cu ajutorul ferestrelor
grafice, iar utilizatorul controleaz instrumentul prin intermediul
interfeelor calculatorului (tastatura, mouse, afisaj sensibil la
atingere). Software-ul poate afia un panou de control tradiional,
sau poate simula intreaga personalitate a unei game de instrumente
complexe, reconfigurnd plcile de msur conectate la calculator
pentru a putea achiziiona datele necesare. n ambele cazuri, aceast
posibilitate de a folosi software grafic i un PC pentru procesarea
i afiarea rezultatelor msurtorilor a fost referit 1
n industrie prin termenul instrumentaie virtual. Acest capitol
descrie principalele tipuri de instrumente virtuale, realizrile mai
cunoscute ale acestora, precum i avantajele i dezavantajele
fiecruia. 4.1. Definiia instrumentului virtual De regul,
instrumentele de msur tradiionale se concetizeaz printr-o cutie, la
care se conectez semnalele ce urmeaz a fi msurate i prelucrate.
Rezultatul acestor operaii este afiat pe un display digital de pe
panoul frotal al aparatului. Cele trei funcii distincte ale
instrumentelor tradiionale sunt: culegerea de date prin msurarea
semnalelor, prelucrarea acestor date i prezentarea rezultatelor. O
caracteristic comun tuturor instrumentelor tradiionale este c
funciile oferite sunt toate nglobate n cutia instrumentului.
Funciile instrumentelor virtuale nu sunt legate de forma de
realizare fizic a acestora, de unde i termenul virtual.
Calculatorul poate prelua o parte sau chiar setul complet de funcii
ale instrumentului. Aceasta face ca utilizatorul s aib acces la
definirea instrumentului. Astfel un instrument virtual poate fi
modelat dup nevoile aplicaiei pe care utilizatorul o dezvolt la
momentul respectiv. Se poate defini deci instrumentul virtual ca o
interfa software i/sau hardware ce se adaug calculatorului astfel
ca utilizatorul s poat interaciona cu acesta ca i cu un instrument
tradiional. Datorit domeniului larg de posibiliti pentru a controla
i afia un rezultat, folosind instrumente software, exist un set
larg de posibiliti de realizare instrumentelor virtuale. 4.2.
Evoluia instrumentaiei virtuale De-a lungul anilor, instrumentele
de msur au evoluat att n ceea ce privete flexibilitatea ct i gradul
gradul n care ele pot fi integrate mpreun cu alte instrumente n
sisteme complexe de msur. Prima generaie de instrumente au fost
instrumente analogice, controlate manual de la panourile lor
frontale. Msurtorile realizate cu aceste instrumente trebuiau
nregistrate manual, iar utilizatorul nu are posibilitatea de a
aduga funciuni noi, sau de a modifica modul de prezentare a
msurtorilor. Odat cu introducerea instrumentelor digitale i a
interfeei de comunicare GPIB (General Purpose Interface Bus),
utilizatorul poate controla instrumentele de msur i sistemele de
instrumente att manual ct i prin program. n generaia a doua avem
deci instrumente ce pot fi controlate prin program de ctre un
calculator. Fiecare instrument GPIB a fost proiectat pentru
msurtori specifice, dar utilizatorul poate aduna mai multe asemenea
instrumente pentru a crea un sistem complex de msur. Poate fi
realizat astfel un sistem cu mai multe instrumente, interfaate cu
un calculator, pe care acesta le citete secvenial pentru a realiza
msurtorile aplicaiei. n instrumentaia de azi, sunt disponibile o
serie de instrumente digitale programabile, ce pot fi controlate de
un calculator, cu instrumente ce sunt asamblate n calculatorul
propriuzis, prin folosirea de plug-in hardware cu posibiliti de
autoconfigurare (plug and play) i software adiional. Generaia
actual ofer mai mult flexibilitate i performan datorit faptului c
2
instrumentul este cldit ca parte component a calculatorului,
ceea ce face posibil ca puterea de calcul i prezentare a
calculatorului s fie folosit n operaia de msurare. Pentru
instrumentele din generaia urmtoare, tehnologia hardware propus
este de a plasa calculatorul n carcasa n care se afl i
instrumentele, adic un calculator incorporat (embeded), ce
controleaz instrumente plug-in. n evoluia de pn acum a
instrumentelor virtuale distingem trei etape semnificative: -
trecerea la controlul instrumentelor tradiionale folosind
calculatoare PC; - deschiderea arhitecturii instrumentelor, prin
asamblarea lor n interiorul calculatorului sau ntro carcas VXI; -
standardizarea treptat a sistemelor de msurare folosind instrumente
virtuale. 4.2.1. Controlul instrumentelor programabile folosind
calculatorul. Standardizarea protocolului de comunicaie IEEE-488
(GPIB), a creat utilizatorilor de instrumente tradiionale
posibilitatea de a-i construi sisteme de msur controlate printr-un
computer conectat prin interfaa GPIB sau RS-232 la instrumentele
folosite. De aceea, n ultimii ani, productorii de aparatur de msur
i-au ndreptat eforturile spre realizarea unor instrumente
programabile, oferind, pe lng instrumentul fizic propriuzis i
softwareul sau driver-ul (n general programe executabile) necesar
pentru a controla aparatul prin intermediul calculatorului.
Existena unor drivere cu interfa grafic uureaz considerabil
manevrarea i controlul aplicaiei. Instrumentul este reprezentat de
un panou grafic virtual, afiat pe monitorul calculatorului care
poate arta la fel cu panoul real al instrumentului tradiional,
familiar utilizatorului. Panoul virtual are n spate programul
software, i anume comenzile de instrument ce sunt mbinate ntr-o
aplicaie de sine stttoare, mpreun cu rutine de analiz a datelor,
prezentare grafic i eventual de salvare a rezultatelor n fiiere.
Instrumentele virtuale ale aplicaiilor complexe n testare automat
sau controlul proceselor, pot controla zeci sau chiar sute de
instrumente tradiionale legate la unul sau mai multe calculatoare i
care funcioneaz continuu fr nici o intervenie din partea
utilizatorului. Arhitectura unui astfel de instrument virtual
prezint ns i o serie de neajunsuri. Pentru a stabili natura lor se
va analiza structura tipic a unui instrument programabil prezentat
n figura 5.1. Pentru a putea analiza informaia digital, aceste
instrumente au la baz componente hardware asemntoare cu cele ale
unui calculator. Circute specifice achiziiei de date transform
semnalele de intrare n valori digitale. Un microprocesor controleaz
fluxul de date, memoria intern stochez coninutul buferelor de date,
iar transferurile de date ntre liniile de imput/output se realizeaz
prin accesul direct la memorie (DMA). Software-ul care controleaz
toate aceste operaiuni este pstrat ntr-o memorie ROM. Afiarea local
a rezultatelor se realizeaz prin dispozitive specifice localizate
pe panoul frontal al aparatului. Instrumentul programabil este
prevzut de asemenea cu o interfa de conectare la un calculator i
comunic cu acesta prin mesaje ASCII. Controlul de la distan a
funciilor 3
instrumentului este posibil datorit unui set de comenzi ASCII ce
sunt pstrate n memoria ROM a acestuia. Conectivitatea dintre
calculator i instrument, care poate fi definit prin viteza lor de
comunicare, determin posibilitile de extindere a acestei
arhitecturi. n acest sens exist serioase limitri n viteza cu care
pot fi executate funciile acestor instrumente n cazul n care sunt
controlate de la distan. Chiar dac instrumentul propriuzis,
concretizat prin hardware-ul specializat din carcasa sa, este
capabil s culeag i s analizeze datele n timp real, la viteze foarte
mari, interfaa de comunicaie frneaz viteza de operare a ntregului
sistem. Limitarea vitezei de operare are dou cauze: formatul ASCII
a l comenzilor trimise instrumentului, care trebuie tot timpul
interpretate de ctre microprocesorul instrumentului nainte de a fi
executate, iar apoi, datele ce sunt primite sau transmise de ctre
instrument trebuie convertite din ASCII n binar sau invers cu un
consum semnificativ de timp.
Afiare i control A/D D/ASincro Bus
ROM
Microcontroler
Condiionare de semnal
RAM
DI/O TI/O IEEE 488
Figura5.1 Instrumentele virtuale bazate pe interfaa GPIB permit
utilizatorului controlul de la distan al aplicaiei dar nu ofer
posibilitatea de a defini funcionalitatea instrumentului. 4.2.2.
Deschiderea arhitecturii instrumentelor, prin asamblarea lor n
interiorul calculatorului sau n carcas VXI. Pentru a mri viteza de
operare a instrumentelor virtuale a aprut ideea de a ansambla
complet instrumentul n cutia calculatorului, adic de a se renuna la
forma tradiional a acestor instrumente. Funcia de culegere de date
a instrumentului tradiional poate fi executat n calculator prin
introducerea unei plci suplimentare de achiziie. Funciile de
control a plcii i de prelucrare i analiz a datelor culese sunt
complet preluate de hardware-ul deja existent n computer i de un
software ce n mare msur este deja familiar celor ce folosesc
calculatoarele. Aceast structur asigur deschiderea arhitecturii
instrumentelor virtuale i face posibil ca, pentru prima dat,
funcionalitatea lui s fie definit de ctre utilizator. Pentu a
rezolva problemele legate de creterea productivitii i implicit de
asigurarea unui 4
pre de cost sczut, n producerea instrumentelor tradiionale se
recurge tot mai mult la utilizarea unei tehnologii modulare.
Componentele hardware specifice acestor instrumente includ
convertoarele A/D, D/A, intrri/ieiri digitale, circuite de
numrare/temporizare i condiionarea de semnal. Aceste componente
sunt fabricate ca module de sine stttoare, pe plci de circuite ce
se potrivesc mai multor produse. Pentru elaborarea software-ului
specific instrumentului tradiional, care este pstrat ntr-o memorie
ROM, productorii folosesc librrii dintr-un set comun, pe care le
combin astfel nct s-i poat defini fiecare tip de instrument n mod
unic. Calculatoarele PC au sloturi libere n placa de baz, n care se
pot ntroduce plci de achiziie ce vor fi astfel conectate direct la
busul procesorului. Instrumentele virtuale folosesc, la fel ca i
cele tradiionale, module software dintr-un pachet de baz comun, dar
acestea sunt pstrate pe harddiscul calculatorului sau pe dischete
ce pot fi instalate pe orice calculator. n plus, mai multe
instrumente virtuale pot coexista n acelai calculator, folosind
acelai display. Pentru a asigura deschiderea arhitecturii
instrumentelor tradiionale trebuie rezolvate dou probleme majore
referitoare la posibilitile de de utilizare a procesoarelor. n
primul rnd, procesoarele care stau la baza instrumentelor
tradiionale sunt complet dedicate funciilor acestor instrumente. Un
astfel de procesor efectueaz analiza i prelucrarea datelor n timp
real. El rspunde imediat la ntreruperile hardware, controleaz
transferurile paralele de date folosind DMA, folosete tehnicile de
bufer dublu etc, ntr-un cuvnt funcioneaz eficient. Instrumentul
virtual asamblat n carcasa calculatorului folosete, n timpul
execuiei funciilor sale, procesorul standard al calculatorului.
Acesta nu este fabricat special i deci nu este dedicat complet
aplicaiei pe care instrumentul virtual o execut . Se pune astfel
problema dac un astfel de procesor standard poate concura cu cel al
instrumentului tradiional n aceste aplicaii specifice. n al doilea
rnd, operaiile de achiziie cu mai multe canale, achiziiile cu
trigger sau cu detecie de semnal, necesit temporizri i/sau
sincronizri foarte precise pentru a putea fi executate corect, i
pentru a putea fi corelate cu analiza sau prezentarea ce urmeaz.
Instrumentul tradiional are componente de timing (numrtoare,
temporizatoare) precise ce sunt dedicate complet operaiilor
executate. Dac instrumentul virtual folosete timingul
calculatorului se pune problema dac acesta poate s asigure
sincronizrile la acelai nivel de precizie. Pentru a soluiona aceste
probleme este necesar o analiz atent a modului de funcionare a unui
instrument virtual realizat cu componente plasate ntr-un calculator
desktop standard. Placa de achiziie de date, pe care o introducem
ntr-un slot al plcii de baz, se conecteaz direct la busul
procesorului calculatorului. Regitrii de date de pe placa de
achiziie sunt accesibili la adrese din spaiul I/O al memoriei
calculatorului. Acesta poate controla placa de achiziie la viteze
foarte mari, iar transferul de date dintre plac i procesor se
realizeaz folosind ntreruperi hardware i canale dedicate de DMA. Cu
toate acestea, procesorul calculatorului nu poate concura, din
punct de vedere al vitezei de achiziie, cu procesorul dedicat al
instrumentului tradiional, chiar dac calculatorul este dedicat
complet operaiei executate de instrumentul virtual. ntreruperile
ntr-un calculator, de exemplu, au diferite prioriti i sunt tratate
dintr-un ir de ateptare. Rezolvarea lor poate lua timp mai mare
5
dect ntr-un instrument cu hardware dedicat. Instrumentul
tradiional poate culege date la viteze de circa 10 Ghz, pe cnd o
plac de achiziie poate merge pn la cel mult 10 MHz. Sincronizarea
operaiilor de achiziie va trebui asigurat de ctre placa introdus n
computer. Ceasul calculatorului nu va fi folosit dect n culegere de
date foarte lent. Plcile de achiziie moderne sunt dotate cu
circuite de numrare i temporizarece folosesc frecvene interne de pn
la 20 MHz. Acestea rezolv complet problema timingului
instrumentului virtual. Achiziia de date va fi ntodeauna fcut
corect de ctre instrumentul virtual, adic la viteza specificat de
utilizator. Analiza, prezentatea i/sau stocarea datelor pot
eventual suferi ntrzieri din cauza concurenei de joburi ce trebuie
rezolvate de ctre procesorul calculatorului. Calculatoarele moderne
sunt foarte rapide n analiza i prezentarea datelor. Folosind
software specializat i beneficiind de progresele care au loc n
domeniul calculatoarelor, utilizatorul este ns mult avantajat de
introducerea instrumentului virtual. Din cele prezentate rezult c
un instrument virtual poate fi asamblat n dou moduri: - folosind
instrumente tradiionale, conectate la un calculator i controlate
printr-un protocol de comunicare ASCII (sau Message-Based); -
folosind plci de achiziie ce se introduc n computer i sunt
controlate direct prin acces hardware (read/write) la adrese
specifice, adic comunicare binar (sau Register-Based).
Figura 4.2 Posibilitatea de a combina avantajele instrumentelor
tradiionale cu ale celor asamblate direct n cutia calculatorului,
este oferit de arhitectura VXI (VME Extension for Instrumentation).
Aceast arhitectur reprezint o extindere a standardului VME n
direcia posibilitii de comunicare i control a instrumentelor
modulare. Tehnologia VXI combin cele dou posibiliti de asamblare
6
hardware amintite mai sus ntr-un singur instrument virtual ce
este capabil s-i adreseze modulele componente att Message-Based ct
i Register-Based. Instrumentele modulare, numite instrumente VXI,
se introduc ntr-un asiu (carcas) standard. Slotul 0 al asiului este
de regul rezervat unui modul special, ce controleaz ntregul sistem
, sau poate fi conectat la un controlor exterior. Printre
productorii de astfel de instrumente se numr Tetronix,
Hewlet-Packard, Wawetek i Naional Instruments. Arhitectura VXI este
un standard din anul 1987. Posibilitile de asamblare a
instrumentelor virtuale folosind cele trei tehnici descrise pe
scurt pn acum, sunt prezentate sugestiv n figura 4.2. 4.2.3.
Standardizarea treptat a sistemelor de msurare folosind instrumente
virtuale Trecerea de la instrumentaia tradiional la cea virtual a
fost posibil datorit progreselor tehnologice n industria
calculatoarelor din ultimul deceniu. Instrumentaia virtual este, la
ora actual, un de facto standard n testare i control. Cteva medii
de instrumentaie virtual sunt recunoscute pe plan mondial ca
ncadrndu-se n standardele industriale pentru realizarea
instrumentelor virtuale. O abordare structurat, bazat pe tehnologii
orientate pe obiect va putea fi utilizat pentru dezvoltarea unui
soft specific de aplicaie. 4.3. Componentele de baz ale
instrumentelor virtuale Componentele de baz ale instrumentelor
virtuale includ un calculator, software-ul pentru instrumentul
virtual i o magistral de date care conecteaza calculatorul cu
partea hardware a instrumentului. 4.3.1. Calculatorul Calculatorul,
dotat cu un monitor corespunztor, constitue inima unui sistem de
instrumentaie virtual. De obicei aceste sisteme se bazeaz pe un
calculator de tip PC, sau pe o staie de lucru cu un monitor de o
inalt rezoluie, o tastatur i un mouse. Este important pentru
calculatorul ales s indeplineasc cererile de sistem specificate de
pachetele software. 4.3.2. Software-ul Dac calculatorul este inima
sistemului de instrumentaie virtual, software-ul este creierul su.
Software-ul definete n mod unic funcionalitatea i personalitatea
sistemului instrumental virtual. Cea mai mare parte a software-ului
este proiectat s ruleze n sistemele de operare uzuale standard, pe
PC-uri sau pe staii grafice. 4.3.3. Magistrala de interconectare
Exist trei tipuri mai importante de magistrale de interconectare,
specifice mediului industrial: IEEE-488, Pcbus i VXIbus.
7
Figura 4.3 IEEE-488. IEEE-488 a fost prima magistral standard
utilizat pentru conectarea calculatoarelor cu instrumentaia. Un
avantaj major al acestui tip de magistral l constituie
posibilitatea cuplrii la conectorul de pe panoul din spatele unui
instrument standard. Aceasta permite o funcionare dual a
instrumentului respectiv, ca instrument de sine stttor (control
manual local), sau ca instrument controlat prin calculator. Exist o
larg varietate de instrumente IEEE-488 de inalt performan.
Magistrala IEEE-488 poate fi materializat fizic printr-un cablu
flexibil care poate interconecta, la un calculator, printr-o plac
de interfa IEEE-488 pin la 15 instrumente. Placa de interfa este
livrat cu software-ul care permite transmisia comenzii ctre un
instrument i citirea rezultatelor. Fiecare instrument IEEE-488 este
livrat cu o documentaie despre comenzile ce iniializeaz fiecare
funcie. De obicei, nu se livreaz mpreun cu instrumentul i alt soft
adiional. IEEE-488 are o rat maxim de transfer de 1 Moctet/s,
ratele tipice de transfer ncadrndu-se ntre 100 i 200 koctei/s.
PCbus. Odat cu asimilarea rapid a calculatoarelor personale IBM, n
aplicaii de msurare i de testare s-a nregistrat o cretere
corespunztoare a numrului plcilor de instrumentaie care sunt
inserate n sloturile libere ale plcii de baz. Totui, instrumentele
de inalt acuratee necesit spaiu nsemnat pentru atingerea
performanelor propuse. Datorit spaiului limitat al plcii de baz i a
prezenei n imediata apropiere a surselor de interferen
electromagnetic, instrumentele PCbus tind s fie mai slab
performante dect instrumentele IEEE-488, ins mai ieftine. Multe
dinte aceste plci reprezint simple convertoare numeric-analogice
sau analog-numerice, multiplexoare analogice i plci pentru
intrri/ieiri digitale. Instrumentaia PCbus este cea mai potrivit
pentru a crea sisteme de achiziie mici i ieftine pentru care
performana nu este deosebit de important. Deoarece aceste plci se
conecteaza direct n calculator i nu conin interpretoare de comenzi
nglobate, aa cum ntlnim la instrumentele IEEE-488, plcile plug-in
pentru calculatoare PC sunt aproape intotdeauna livrate cu drivere
software pentru operare. Acest software poate uneori s nu fie
compatibil cu alte pachete software pentru instrumentaie virtual,
deci nainte de cumprare este necesar consultarea cu furnizorul.
VXIbus. VXIbus, specificat prin IEEE-1155, prezint o arhitectur
deschis care combin multe dintre avantajele IEEE-488 i ale
conectrii pe placile de baz ale calculatoarelor. Instrumentele
VXIbus sunt module plug-in care se insereaz ntr-un sertar special
proiectat, ce include surse de alimentare, ventilaia i fundul de
sertar pentru interconectarea modulelor. VXIbus este unic prin
faptul c sertarul este prevzut cu o magistral VME pentru o
comunicare de inalt vitez, iar carcasa sa ofer o deosebit protecie
la perturbaii electromagnetice, ceea ce permite 8
realizarea unei instrumentaii de inalt performan, aa cum ntlnim
la IEEE-488. Exist trei modaliti de comunicare ntre calculator i
instrumentele de tipul VXIbus. Comunicaia VXIbus folosind IEEE-488.
n acest caz, un modul de conversie IEEE-488 VXIbus este introdus n
carcas i un cablu standard de conectare face conexiunea ntre el i
interfaa IEEE-488 din calculator. Avantajele i dezavantajele
acestei tehnici sunt foarte asemntoare cu cele ale unei realizri
reale IEEE-488. Acest sistem tinde a fi uor de programat, ns viteza
datelor este aceeiai ca la IEEE-488. Totui, deoarece viteza datelor
pe magistrala VME poate depi 10Moctei/s, adesea aplicaiile de inalt
vitez sunt deservite la nivel local prin module VXIbus ce realizeaz
funciile de achiziie i de procesare primar, rezultatele fiind
transmise calculatorului prin IEEE-488. Un exemplu de VXIbus
folosind IEEE-488 este prezentat n fig.4.4
Figura 4.4 Comunicaia VXIbus folosind MXIbus. A doua tehnic de
comunocaie const n folosirea unei magistrale de interconectare mai
rapide ntre modulele VXIbus i calculator. Uzual, pentru aceasta se
utilizeaz un cablu flexibil de interfaare, de inalt vitez cunoscut
ca MXIbus. La fel ca n cazul IEEE-488, o plac de interfa MXIbus i
software-ul corespunztor sunt instalate n calculator, un cablu
relizeaznd conexiunea ntre aceast plac i un modul de conversie
MXIbus-VXIbus anexat modulelor VXIbus. MXIbus reprezint, n mare
parte, implementarea VXIbus-ului printr-un cablu flexibil. MXIbus
permite calculatoarelor de serie s comunice cu instrumentele MXIbus
la o vitez mult mai mare decit n cazul IEEE-488. Un dezavantaj l
reprezint faptul c, de regul, cablul MXIbus este un cablu gros
implicnd unele dificulti n cablarea legturilor. Un exemplu de
sistem VXIbus folosind MXIbus este prezentat n figura 4.5
9
Figura 4.5 Comunicaia VXIbus folosind un controlor incorporat. A
treia tehnic de comunicare cu instrumentele VXIbus const n
inserarea de sisteme de calcul performante VXIbus direct n sertarul
cu module VXIbus. Calculatoarele VXIbus tind s fie variante
imbuntite ale calculatoarelor de proces, pe care ruleaz sisteme de
operare i software specifice aplicaiilor industriale. Avantajul
acestei tehnici este faptul c pstreaz ntreaga capacitate de
comunicare a VXIbus. Dezavantajul const n faptul c, datorit
necesitilor restrnse de astfel de calculatoare,VXIbus i
tehnologiilor utilizate, preul de cost va fi ridicat. n figura 5.6
este prezentat un de sistem VXIbus, ce conine un calculator
incorporat, vzut din fa, respectiv din spate i alturat cteva module
VXI.
Figura 4.6 4.3.4. Hardware-ul Din cele prezentate n subcapitolul
precedent despre posibilitile de interconectare, au rezultat i o
serie de cerine impuse prii hardware a sistemelor de instrumentaie
virtual. Trebuie remarcat faptul c instrumentatia virtuala nu
elimina niciodata complet instrumentele hardware. Pentru a realiza
msurtori n lumea reala, intotdeauna va exista o parte hardware i
senzorii 10
corespunztori, insa forma fizica a acestor instrumente poate
continua sa evolueze. 4.4. Utilizarea instrumentelor virtuale
Termenul instrument virtual poate fi folosit pentru descrierea
urmtoarelor clase de instrumente: - un sistem de instrumente
folosit ca instrument virtual; - un panou software grafic folosit
ca instrument virtual; - tehnici de programare grafic folosite n
instrumentaia virtual; - module reconfigurabile folosite ca
instrumente virtuale. n continuare se vor face referiri la unele
aplicaii ale fiecrei clase de instrumente virtuale. 4.4.1.Un sistem
de instrumente folosit ca instrument virtual. Un sistem de
instrumente combin laolalt instrumente distincte, ntr-o combinaie
particular, pentru msurtori definite, pe care oricare dintre aceste
instrumente nu le poate realiza de unul singur. n realitate ntregul
sistem se poart ca un instrument virtual complex. Exist dou clase
de sisteme instrumentale care pot fi considerate instrumente
virtuale. n prima intr sistemele asamblate care sunt livrate de
furnizori ca uniti complete. Astfel de sisteme pot include sisteme
pentru testarea EMC, a protocoalelor de telecomunicaii sau alte
msurtori bine definite, care necesit coordonarea mai multor
instrumente. n cea de-a doua clas intr sistemele utilizator sau
sistemele la comand (custom systems), care sunt configurate sau
uneori chiar proiectate de ctre utilizator pentru msurtori unice,
ce nu se pot face cu nici un instrument virtual particular existent
pe pia. Aceste instrumente se ntlnesc de obicei n sisteme de
achiziii de date cu aplicaii n cercetarea fenomenelor fizice i pot
fi IEEE-488, PCbus, VXIbus sau combinaii intre acestea trei. 4.4.2
Panouri grafice "software" folosite ca instrumente virtuale.
Panourile grafice, instalate pe ecranul monitorului unui
calculator, ofer o alternativ de a controla un instrument, n locul
butoanelor manuale, poteniometrelor i dispozitivelor de afiare
situate pe instrument. Dac instrumentul de controlat este de tipul
IEEE-488, panoul grafic simuleaz de regul aceleai funcii cu cele
gsite pe panoul de control al instrumentului.
11
Figura 4.7
Figura 4.8
12
Figura 4.9 De obicei, panoul grafic va fi ns diferit datorit
avantajelor oferite de software-ul grafic i de ferestrele pop-up,
avantaje nedisponibile pentru proiectarea unui panou de control
fizic al unui instrument tradiional. Modul de afiare poate fi de
asemenea diferit. Instrumentele simple, cum ar fi voltmetrele sau
comutatoarele electronice care nu ii puteau permite afiaj grafic,
pot folosi acum drept afiaj o fereastr pop-up care poate afia, de
exemplu, evoluia masurtorilor n timp, la fel ca pe osciloscop.
Panourile grafice, n combinaie cu o tastatur sau un mouse reprezint
singurul mod manual pentru instalarea i controlul instrumentelor
PCbus i VXIbus. De multe ori panoul grafic pentru un instrument
PCbus sau VXIbus este identic cu cel al unui instrument echivalent
IEEE-488. Scopul acestei asemnri este ca operatorul s foloseasc
instrumentul n acelai fel. Aceasta elimin mult din timpul necesar
instruirii privind modul de operare cu un nou instrument. Figurile
4.7, 4.8, 4.9 arat exemple de panouri grafice pentru un voltmetru,
un osciloscop i respectiv un instrument mai complex pentru
generarea i prelucrarea semnalelor. Interfaa cu magistrala sau
configuraia curent a instrumentului sunt irelevante n acest caz. Se
folosete un mouse pentru apsarea butoanelor din ferestrele ce
afieaz meniuri sau opiuni. Panourile grafice sunt folosite n trei
aplicaii de baz: Control manual. Prima aplicaie const n folosirea
panourilor grafice ca un mod de a controla manual instrumentele de
pe ecranul monitorului. Aa cum s-a menionat anterior, acesta poate
fi un avantaj pentru instrumentele IEEE-488 dar devine critic
pentru instrumentele PCbus i 13
VXIbus unde nu exist alt alternativ. Aceast proprietate este
folositoare pentru construirea unui sistem de test, deoarece ofer
un mod uor de comunicare cu instrumentul pentru a verifica dac
sistemul este configurat corespunztor. Aceste verificri pot viza
corectitudinea alocrii adreselor pentru interfee i a realizrii
conexiunilor. Panourile grafice sunt avantajoase dac se dorete ca
sistemul de instrumente s opereze n mod manual. Un exemplu n care
se poate folosi controlul manual poate fi un sistem de test
programat s testeze un produs electronic. Dac produsul nu trece
testul, panourile grafice sunt o metod uoar pentru ca un utilizator
s foloseasc manual instrumentaia disponibil pentru a detecta i
izola defectul. Panourile grafice sunt de asemenea utile n
laboratoarele de etalonare. Odat cu dezvoltarea rapid a
instrumentaiei virtuale, VXIbus n special, aceste laboratoarele se
confrunt pentru calibrare cu tot mai multe instrumente fr panouri
frontale de control i afiare. Panourile grafice permit personalului
laboratoarelor s foloseasc proceduri de calibrare manual rapid, far
s fi citit instruciunile greoaie de programare. Generatoare de cod.
A doua categorie de aplicaii n care se folosesc panourile grafice o
constitue software-ul generator de cod. Deoarece majoritatea
instrumentelor sunt controlate de un program pe calculator,
controlul manual este de obicei mai puin folosit. Multe pachete de
programe care ofer panouri grafice pentru control manual, au de
asemenea un mod de funcionare care permite generarea de programe
pentru operaii I/O n timp ce utilizatorul opereaz manual
instrumentul prin intermediul panourilor grafice. Fiecare pachet
software va afia lista limbajelor n care poate genera cod, de
obicei combinaii de C i BASIC. Va afia de asemenea lista
magistralelor i a plcilor de interfa acceptate. Utilizatorul
trebuie s verifice dac combinaia pe care intenioneaz s o foloseasc
va funciona, inainte de a comanda produsul. De obicei interfeele i
limbajele uzuale sunt acceptate, dar nu toate instrumentele vor fi
suportate. n acest caz utilizatorul se confrunt cu mai multe
alternative. El poate ocoli folosirea unui driver pentru instrument
i poate utiliza tehnicile de programare tradiionale. Poate de
asemenea s solicite un driver furnizorului de software sau din alt
parte. De obicei acesta se d gratuit sau la un pre mic. O alt
alternativ pentru utilizator este aceea ca el sa-i scrie sigur un
driver. De obicei furnizorul software-ului include i un program
ajuttor pentru a facilita scrierea driverelor, care de fapt este un
software ce permite utilizatorului s realizeze un driver de
instrument dedicat, cu puin efort. Aceasta este poate varianta cea
mai potrivit pentru utilizatorii care doresc panouri grafice pentru
toate instrumentele lor. Limbaje de programare grafic. A treia
categorie de aplicaii n care sunt folosite panourile grafice o
constituie limbajele de programare grafic, prezentate n capitolul
urmtor. 4.4.3. Tehnici de programare grafic n instrumentaia virtual
Majoritatea sistemelor de instrumentaie erau programate folosind
limbaje tradiionale cum ar fi C, Basic, Fortran sau Pascal. Odat cu
extinderea puterii calculatoarelor i a instrumentelor, performanele
atinse de sistemele de instrumentaie preau nemarginite. Productorii
de sisteme de instrumentaie depun eforturi considerabile pentru
dezvoltarea de software care s controleze aceste 14
sisteme. Noi metode i tehnici de programare au fost introduse n
acest scop. Una din cele mai recunoscute tehnici const n utilizarea
limbajelor de programare grafic. Cu ajutorul limbajelor de
programare grafic nu numai controlul instrumentelor este determinat
grafic, ci i fluxul i execuia ntregului program. Orice se poate
face cu un limbaj textual, se poate face de asemenea i cu un limbaj
grafic. n locul realizrii programelor introducnd de la tastatur
secvene liniare de sintaxe textuale, programele grafice pot fi
realizate conectnd simboluri grafice cu ajutorul unor linii cu
sgei. Utilizatorii au observat o important reducere a timpului de
programare folosind aceast tehnic. Este demonstrat c programarea
grafic n LabVIEW - cel mai reuit software pentru instrumentaie
virtual - crete productivitatea muncii de 4 pn la 10 ori n
comparaie cu limbajele tradiionale. Trebuie remarcat nu numai c se
economisete timp lucrnd cu un astfel de soft dar este i deosebit de
plcut. Figura 4.11 arat un exemplu de program grafic folosit pentru
construirea unui analizor al rspunsului la frecven, al crui panou
este prezentat n figura 5.10. n program figureaz mai multe obiecte
grafice, fiecare reprezentnd o funcie care trebuie realizat:
generarea semnalului de test (GST- generator de semnal de test),
msurarea amplitudinii rspunsului (VMD voltmetru digital), calculul
amplificrii n dB i reprezentarea n diagrame logaritmice (PXY-ploter
XY). Folosind un mouse, utilizatorul conecteaz linii ntre
simbolurile grafice, determinnd ordinea de execuie a funciilor i
datele care sunt folosite i afiate. Odat programul grafic realizat,
poate fi pornit cu un clic de mouse pe butonul "Start". n cadrul
primului bloc (GST) se genereaz lista cu frecvenele care trebuie
testate. Vor fi generate frecvene ntre valorile introduse pentru
frecvena minim i maxim, n funcie de numrul de pai specificat.
Aceste date vor fi apoi folosite n trei locuri. nti acestea sunt
utilizate pentru setarea corect a frecvenei semnalului de test.
Apoi sunt folosite pentru activarea VMD, pentru msurarea rspunsului
i pentru trasarea graficului de rspuns la frecven (PXY).
Simbolurile grafice folosite realizeaz automat conexiunile de
magistral necesare pentru controlul instrumentelor de gunerare a
semnalului de test respectiv msurare a rspunsului, indiferent dac
acestea sunt bazate pe arhitecturi IEEE-488, PCbus sau VXIbus. Odat
ce VMD a fcut citirea, valoarea este trimis pentru calculul
raspunsului la frecven i reprezentare grafic. Acest proces este
repetat automat pentru fiecare frecven pn la valoarea maxim, iar
analiza rezultat a rspunsului la frecven este afiat pe ecran.
15
Figura 4.10
Figura 4.11 Subprogramele grafice sporesc de asemenea usurina
utilizrii. Ele permit ca un complicat program grafic s fie
ncapsulat intr-un simbol grafic numit icoan. Funcionalitatea sa
poate fi apoi folosit intr-un program grafic de un nivel mai inalt.
Aceast tehnic poate fi utilizat pentru realizarea de instrumente
virtuale tot mai complicate. 16
Subprogramele grafice pot fi, de asemenea, folosite impreun cu
limbajele textuale. Funcionalitatea unei icoane poate fi determinat
de exemplu de un program C scris de utilizator. Aceast
flexibilitate permite utilizatorului combinarea programrii grafice
cu cea textual, dup voie. Motivele pentru aceste combinaii pot fi
viteza de lucru, experiena utilizatorului n utilizarea limbajelor
textuale, sau necesitatea folosirii unor coduri scrise anterior. La
fel ca pachetele de produse cu panouri grafice i produsele
realizate prin programare grafic vor specifica interfeele de
magistral i instrumentele suportate. i de aceast dat, programele
ajuttoare pentru scrierea driverelor sunt de obicei livrate pentru
a permite scrierea unor drivere care nu sunt disponibile n pachetul
livrat de furnizor. Limbajele de programare grafic sunt folosite,
de obicei, acolo unde se simte nevoia reducerii efortului alocat
realizrii software-ului necesar pentru un sistem de instrumentaie.
Se folosesc tot mai mult n aplicaii de anvergur care includ
cercetarea n diferite domenii i sistemele de testare a produciei.
Un dezavantaj l constitue faptul c limbajele de programare grafic
necesit putere de calcul substantial, iar dimensiunile acestor
programe pot reduce viteza de lucru n unele aplicaii. Datorita
creterii continue a puterii de calcul, la preuri competitive,
precum i a imbuntirilor care vor fi aduse n modul de operare al
acestora, se ateapt ca utilizarea limbajelor grafice n apicaiile de
sisteme instrumentale s creasc considerabil. 4.4.4. Module
reconfigurabile ca instrumente virtuale S-a ncetenit prerea conform
creia un convertor ADC destul de rapid i de precis, mpreun cu un
software corespunztor pentru procesarea datelor, s poat simula
orice instrument de masur, i invers, sofware-ul impreun cu un
convertor DAC suficient de performant poate simula orice tip de
instrument ca surs. Realitatea este c dei unele convertoare ADC au
capacitatea de a emula instrumente simple, de precizie joas,
tehnologia nu va permite ca un singur ADC s simuleze toate
instrumentele de masur. Din considerente de implementare fizic, se
introduce de obicei un compromis ntre vitez i rezoluie, eliminnd
posibilitatea ca un singur ADC s poat avea simultan vitez i
precizie superioare. Instrumentele de inalt precizie pot fi
construite folosind aceast arhitectur, dar un singur ADC pentru
toate instrumentele nu este o soluie fezabil. De asemenea modulele
pentru condiionarea semnalelor sunt unice pentru multe tipuri de
instrumente. Domenii de tensiune, impedane, izolare, cureni de
pierdere, cureni i tensiuni n regimuri forate i alte asemenea
elemente fac imposibil utilizarea unei structuri unice pentru toate
instrumentele. De regul, exist o arhitectur intermediar prin care
pot fi simulate mai multe funcii, combinnd un software corespunztor
cu module digitale sau analogice intr-un instrument. Modulele
hardware vor include circuite de adaptare, ADC-uri, DAC-uri, module
pentru procesarea digital a semnalelor (DSP) i module de memorie.
Acestea pot fi reconfigurate dup voie pentru a deveni voltmetre,
nregistratoare de form de und, osciloscoape, analizatoare de
spectru i aa mai departe. Un panou grafic va reprezenta fiecare
instrument virtual. VXIbus ofer un mediu ideal pentru aceste
module. Dei cele mai multe module VXIbus sunt instrumente
distincte, exist o tendin continu 17
de a oferi module care pot fi combinate pentru a creea
instrumente de inalt performant. Funciile instrumentelor virtuale
creeate prin aceast tehnic includ deja nregistratoare pentru form
de und, analizatoare de semnal, voltmetre i o selecie a celor mai
utilizate funcii specifice diferiilor utilizatori. Uneori, modulele
sunt coordonate independent, software-ul configurnd pe fiecare n
parte i extragnd datele. Alteori, modulele sunt conectate impreun;
un modul le controleaz pe celelalte sau mai multe module comunic
ntre ele folosind magistrala local VXIbus care poate furniza o rat
de transfer mai mare de 100Moctei/s. Instrumentele virtuale
reconfigurate ca instrumente diferite pe durata unei aplicaii sunt
rar ntlnite. De obicei, utilizatorul selecteaza aceste molule
mpreun cu software-ul corespunztor pentru a crea o singur funcie a
instrumentului, pentru o aplicaie dat. Avantajul folosirii tehnicii
modulare descris mai sus const n faptul c ea poate oferi
utilizatorului o metod flexibil de ajustare a unui instrument, dup
specificul aplicaiei sale. Aceast flexibilitate i modularizare
poate viza numrul canalelor, dimensiunile memoriei, viteza de
achiziie i precizia i ofer o potenial cale de upgrade (modernizare)
dac aceasta va fi necesar n viitor. Mai mult, modulele pot fi
refolosite, eventual n alt combinaie, ntr-un viitor sistem.
Dezavantajul const n faptul c utilizatorul trebuie s insereze i s
configureze mai multe module. Preul poate fi mare sau mic, n funcie
de fiecare aplicaie. Se recomand o analiz comparativ ntre diverse
alternative pentru a stabili care rspunde cel mai bine plicaiei
respective. Combinarea performanelor sistemelor de calcul cu
software-ul grafic i cu instrumentaia modular a condus la
dezvoltarea rapid a instrumentelor virtuale care difer substanial
instrumentele clasice de msur i control. Instrumentele virtuale
sunt reprezentate n diferite forme incepnd de la panouri grafice
pin la sisteme complete de instrumente. Instrumentaia modular a
inceput s se foloseasc din ce n ce mai mult n industrie i permite
utilizatorilor s obin performane superioare celor obinute utiliznd
instrumentele tradiionale. 4.5. Medii de programare pentru
instrumentaia virtual Cele mai puternice produse software pentru
instrumentaie virtual, precum i o serie de familii de plci pentru
culegere i prelucrare de date, sunt realizate de National
Instruments. Referitor la software, National Instruments ofer dou
pachete performante, LabVIEW i LabWindows/CVI, care sunt medii
complete de dezvoltare a aplicaiilor n culegere i prelucrare de
date, instrumentaie virtual i control de procese. n ultimii ani,
LabVIEW a reuit s se impun ca cel mai puternic mediu de programare
dedicat culegerii i prelucrrii de date. Dintre motivele care fac
din acest software un instrument tot mai mult implicat n activitile
de msur i control pot fi enumerate: programarea grafic,
flexibilitatea, puternica librrie de analiz matematic i numeroase
instrumente virtuale, livrate odat cu LabVIEW. Structurarea
instrumentaiei virtuale. Instrumentele virtuale includ, ca i
instrumentele electronice de msur tradiionale, trei componente
majore: achiziie, analiz i prezentare. Modul de imbinare a acestor
componente poate fi ns foarte flexibil i este configurat de ctre
utilizator. Un instrument virtual poate folosi pentru achiziie i
generare de date orice hardware care 18
corespunde standardelor industriale, inclusiv instrumentele
tradiionale IEEE-488 sau RS232, VXI, plci de achiziie plug-in.
Aceste opiuni hardware sunt modulare, interschimbabile,
utilizatorul avnd posibilitatea de a selecta combinaia de care are
nevoie. Analiza datelor, realizat de calculator, poate fi
constituit dintr-o varietate de funcii specifice, utilizatorul avnd
posibilitatea de a le selecta i configura conform nevoilor
particulare ale aplicaiei. Prezentarea datelor este realizat de
asemenea, utiliznd cele mai avansate concepte privind interfeele
utilizator grafice i panouri frontale soft. Cu ajutorul acestor
tehnologii, instrumentul virtual poate primi acelai aspect cu cel
tradiional, ns cu o interfa utilizator puternic dedicat i panouri
dinamice multiple ce vor crete substanial posibilitile de operare.
Unul dintre numeroasele avantaje ale instrumentaiei virtuale const
n posibilitatea de a implementa diferite panouri frontale i
interfee utilizator pentru un instrument particular. Fiecare din
aceste panouri este specific unei anumite aplicaii, cu posibiliti
de comutare dinamic nte diferite instrumente. Pot fi vizualizate
simultan, n ferestre separate pe ecranul monitorului, mai multe
instrumente virtuale, utilizatorul avnd controlul complet n
proiectarea interfeelor utilizator. La nivelul cel mai de jos,
instrumentele virtuale folosesc arhitecturi hardware standard i
drivere corespunztoare , adic pachete specifice cu librrii pentru
funciile ce opereaz cu hardware-ul. Pentru realizarea software-ului
de aplicaie pot fi alese metodologii diferite de programare, adic
se poate opta pentru LabVIEW dac se dorete o programare grafic sau
LabWindows/CVI dac se dorete o programare n limbaj tradiional.
Aplicaiile de achiziie de date vor apela funcii cuprinse n librria
de instrumente virtuale DAQ pentru cartele de achiziie de date
National Instruments. Utiliznd aceast librrie se poate remarca
imediat organizarea ierarhic a instrumentelor virtuale. Prima
categorie numit Easy I/O cuprinde funcii de achiziie de nivel nalt
(high level), extrem de simplu de folosit. Aceste funcii includ de
regul funcii de achiziie de nivel mediu (intermediate level),
Analog Input, Analog Output, Counter, Digital Input and Output.
Funciile implementate la aceste nivele sunt de fapt cel mai
frecvent utilizate n dezvoltarea de aplicaii. Al treilea nivel (
Advanced) conine funciile de la nivelul de jos (low level) care
permit controlul cartelei de achiziie aproape la nivel de regitri.
Aceste funcii, apelate de altfel i de instrumentele implementate
prin funciile de nivel mediu, permit cea mai mare flexibilitate dar
necesit i o bun cunoatere a cartelelor de achiziie de date.
Suportul software deosebit de performant ofer o serie de faciliti n
utilizarea cartelelor National Instruments. n primul rnd exist
instrumente virtuale pentru controlul convertoarelor i numrtoarelor
de pe plac. De asemenea, aceste cartele, mpreun cu driverele lor,
permit programarea unui canal analogic de ieire pentru generarea
unei forme de und controlat de ceasul de pe cartel, sau chiar
generarea unui semnal periodic. Deosebit de util este existena
funciilor de achiziie de date n buffere circulare. Pentru aceasta,
se definete un buffer n care cartela depune datele achiziionate.
Cnd bufferul se umple, se reia scrierea de la nceputul bufferului.
Utilizatorul extrage datele din buffer din cnd n cnd, suficient de
des pentru a nu permite ca nceputul bufferului s fie supranscris de
o nou achiziie. Aceast metod permite urmtoarele faciliti: 19
achiziie continu (pe disk i/sau pe un grafic pe monitor),
controlat de ceasul hardware al cartelei; achiziia cu retriggerare
controlat de ceasul hardware al cartelei; prelucrare paralel cu
achiziia etc. Alte faciliti, care merit de asemenea s fie
menionate, sunt: posibilitatea ajustrii perioadei de eantionare,
posibilitatea citirii unui tren de octei de la intrrile digitale,
nu numai a unui octet, posibilitatea realizrii calibrrii software
pentru canalele analogice de intrare i ieire, posibilitatea
definirii unor grupuri pentru achiziia de date, posibilitatea
folosirii n paralel a mai multor cartele de achiziie. Cu ajutorul
acestui mediu de dezvoltare grafic, ajuns in 2003 la versiunea 7.1,
devine posibil construirea unei multitudini de aplicaii destinate
instrumentaiei virtuale, de la msuratori i teste de laborator pan
la monitorizarea activitii i controlul utilajelor din
intreprinderi, de la supravegherea prin radar pan la studierea
vibrailor la vehiculelor in micare, de la cercetri teoretice sau
activitti didactice, avand ca obiect electromagnetismul, pana la
studii privind comportarea la inclzire.
Capabilitile grafice neegalate inc recomanda LabVIEW pentru
definirea de aplicatii SCADA si MMI: pe un asa-zis "control-panel",
initial gol, se pot adauga prin drag-and-drop controale si afisaje
de date prin alegerea blocurilor respective din paleta de controale
(care contine afisaje numerice, multimetre, termometre, cisterne,
LED-uri, osciloscoape, histograme, oscilograme, ventile,
comutatoare, reglaje, campuri de editare, valve s.a.). Cand VI-ul
este definitivat, utilizatorul va putea folosi acest panou (tablou
de comanda) pentru a controla sistemul prin actiuni directe asupra
comutatoarelor, asupra reglajelor, selectnd diverse functii sau
controale sau introducand valori de la tastatura. Construirea
VI-ului poate consta si din definirea diagramei sistemului (schema
logica constituita din blocuri grafice selectate din paleta de
functii si conectate dupa logica dorita).
Limbajul G permite programarea vizuala prin asamblarea grafica a
blocurilor reprezentand anumite functii de achizitie, prelucrare,
analiza si afisare a semnalelor obtinute dintr-o gama larga de
dispozitive (inclusiv GPIB, VXI, dispozitive de comunicatie
seriala, PLC-uri, placi plug-in de achizitie). Flexibilitatea
permisa de arhitectura deschisa a mediului si de facilitatile
remarcabile ale acestui limbaj fac din LabVIEW o solutie
recomandata pentru aplicatii de laborator, unde specificatiile se
supun destul de rar unor reguli predefinite.
LabVIEW Application Builder permite construirea i finalizarea de
aplicatii de sine statatoare care pot fi distribuite ca programe
executabile. Platformele pentru care este destinat: Windows
95/NT/3.1 pe IBM-PC sau DEC-Alpha, Macintosh, SOLARIS pe Sun
SPARCstation, HP-UX pe statii de lucru HP. Conectivitate cu alte
surse de date sau cu alte aplicatii din retea (retea locala,
intranet sau Internet) prin interfete OLE, DDE, NetDDE sau DLL,
legaturi SQL si protocoale TCP/IP sau UDP.
Biblioteca pentru mai mult de 550 de drivere de instrumente de
la peste 40 de furnizori, arhitectura de conectare a acestora fiind
standardizata si aprobata prin alianta VXI 20
plug&play (care nzestreaza LabVIEW-ul cu facilitati de
autoconfigurare, respectiv de recunoastere automata a componentelor
hardware).
Ofera posibilitatea de a analiza si procesa on-line (in timp
real) datele esantionate, iar daca este vorba de controlarea in
sistem inchis a unui flux, aplicatia poate incorpora algoritmi PID.
LabWindows/CVI (C for Virtual Instrumentation) are destinatie si
facilitati similare lui
LabVIEW, numai ca este bazat pe limbajul C. Pachetul contine un
utilitar de generare a programului sursa, CodeBuilder, care
genereaza cod sursa ANSI C pentru 32 biti pe baza proiectelor
construite cu unelte de dezvoltare vizuala. Este disponibil pentru
Windows 95/NT/3.1 pe PC-uri si pentru SOLARIS pe SunSPARCstation.
Modalitile de realizare a unor instrumente virtuale, utiliznd plci
de achiziie de date i mediul LabVIEW, precum i posibilitile de
utilizare ale ale cestor instrumente n realizarea unor sisteme de
monitorizare i conducere automat, sunt prezentate n ndrumtorul de
laborator. 6. Aplicaii ale instrumentaiei virtuale n sisteme de
control Realizarea sistemelor complexe de conducere numeric
presupune cunoaterea tuturor aspectelor legate de complexitatea
problemei de rezolvat i de scopul urmrit. Dei, exist numeroase
aplicaii n care aceste aspecte nu difer sensibil, tehnologia i
mijloacele disponibile duc la implementri diferite ale sistemelor
de conducere. Tendina actual este de a implementa la nivel software
ct mai multe din funciile acestor sisteme, cu consecine favorabile,
n special asupra flexibilitii. Dintre avantajele sistemelor de
control bazate pe o implementare software pot fi menionate:
utilizarea unor interfee utilizator grafice intuitive, pre de cost
sczut datorit eliminrii componentelor hardware, flexibilitatea
oferit de implementarea soft a funciilor unor module hardware. n
aplicaiile industriale de control automat se nregistreaz o cretere
a numrului de sisteme numerice i n special a calculatoarelor
personale. De asemenea numrul aplicaiilor software specifice
instalaiilor industriale a cunoscut o cretere aproape incredibil.
Din pcate majoritatea acestor programe de aplicaie sunt
inaccesibile datorit preului ridicat. O variant preferat de unii
utilizatori const n implementarea aplicaiilor de achiziie de date i
controlul proceselor industriale utiliznd pachete de programe
special realizate pentru acest scop. Cele mai puternice astfel de
produse sunt realizate de National Instruments. Pentru realizarea
unor sisteme de control pentru procese nu foarte complexe poate fi
utilizat pachetul LabVIEW, prezentat anterior, mpreun cu toolkitul
PID i LabVIEW Application Builder. n cazul unor procese complexe
poate fi utilizat sistemul software pentru automatizri industriele
Lookout sau un alt pachet software pentru programare grafic
specific sistemelor numerice complexe pe baz de calculatoare PC,
numit Bridge VIEW. BridgeVIEW
21
Aparut in 1996, acest mediu de dezvoltare a aplicatiilor de
automatizare industriala bazate pe platforma PC dispune de o
arhitectura modulara pe 32 biti pentru Windows 95/NT. Interfata
grafica intuitiva, combinata cu facilitatile extinse de
multitasking si de comunicatie interproces si cu posibilitatile de
programare grafica in limbajul G, ofera utilizatorilor
posibilitatea de a dezvolta aplicatii pentru achizitia si analiza
datelor, aplicatii MMI sau aplicatii pretentioase pentru urmarirea
si controlul proceselor industriale. Alte facilitati demne de luat
in considerare:
unelte G-wizards pentru generarea automata de componente ale
interfetei grafice; definirea directa de conditii de alarmare
(seturile asociate acoperind conditiile de declansare hi-hi, hi,
lo, si lo-lo2) si configurarea directa a punctelor de alarmare, a
prioritatilor si a destinatiilor (anumite niveluri intereseaza doar
anumiti destinatari);
inregistreaza in timp real evolutia datelor sub forma de valori
si/sau oscilograme, iar informatiile istorice pot fi memorate in
Citadel (baza de date accesabila prin intermediul G si facilitata
de un sistem de compresie a datelor stocate si de o functie pe 32
biti de verificare a erorilor) sau prin SQL in orice SGBDR care
suporta ODBC;
definirea, identificarea si monitorizarea utilizatorilor pentru
situatiile ce necesita un nivel sporit de securitate; posibilitatea
de a construi servere de date prin BridgeVIEW Server Development
Toolkit (inlocuieste driverele de comunicatie low-level pentru
aplicatiile presupunand un numar mare de senzori, dispozitive de
control, analizoare, dispozitive de retele industriale);
conectivitate software: prin mecanismele OLE si DDE se pot
lega/apela orice biblioteci Windows (DLL) sau biblioteci VI;
conectivitate Internet si/sau intranet prin protocoalele de retea
TCP/IP si UDP; protocoale pentru comunicatii cu alte sisteme
client/server;
conectivitate pentru I/O larga: servere de comunicatie
compatibile cu standardele industriale. Lookout
Destinat PC-urilor cu Windows NT/95/3.1, acest pachet software
poate furniza solutii pentru aproape orice aplicatie de
automatizare industriala: uzine chimice si petrochimice, industrie
farmaceutica, productie alimentara, administrarea si tratarea
surselor de apa, transporturi si multe altele.
Genereaza direct si intr-o maniera foarte sugestiva interfete
grafice, fiind util pentru aplicatii MMI sau SCADA, mai ales ca nu
necesita nici programare si nici macro-uri sau scripturi. Programul
pune la dispozitie cateva duzini de clase de obiecte (comutatoare,
butoane, ventile, recipiente, oscilografe, temporizatoare, relee de
limita, numaratoare, declansatoare, filtre de alarmare, obiecte de
prelucrare statistica, obiecte cu functii booleene sau expresii
matematice, obiecte de reglare algoritmica s.a.) din care se trag
spre panoul de control virtual componentele necesare si se
conecteaza dupa logica dorita. Remarcabil este faptul ca
reconfigurarea aplicatiei este posibila si fara intreruperea
procesului urmarit.
22
Arhitectura aplicatiei este scalabila si fundamentata pe OO,
astfel ca tot ceea ce se intampla este guvernat de sesizarea unor
evenimente: monitorizarea semnalelor, jurnalizarea datelor,
alarmarea, controlul de supervizare.
Conectivitate prin DDE, NetDDE, ODBC/SQL. Jurnalizarea
(inmagazinarea datelor/valorilor urmarite) determinata de cerinta
de a permite urmarirea istoricului evolutiei diferitelor marimi,
analiza avariilor, studii statistice, auditarea de specialitate -
se poate face generand dinamic inregistrari pentru foi de calcul
tabelar (Excel, Lotus) sau baze de date (FoxPro sau Citadel via
ODBC), deci in fisiere pe disc. Pe baza datelor jurnalizate se pot
reface oscilogramele corespondente pentru orice interval de timp
inregistrat (cu parcurgere inainte-inapoi printr-un scroll-bar
asociat).
Monitorizarea utilizatorilor completeaza specificatiile de
securitate la sistemele pretentioase. Abrevieri specifice
ADC - Analogue to Digital Converter (convertor analog-numeric:
converteste semnalele/marimile din forma analogica in forma
digitala) DAC - Digital to Analogue Converter (convertor
numeric-analog) DAQ - Data AcQuisition (achizitie de date) DCS -
Distributed Control System (sistem de control distribuit) DDS -
Device Description Services (servicii de descriere de dispozitiv)
DIO - Digital Input/Output (intrare-iesire digitala) HDLC - High
level Data Link Control (protocol de comunicatie seriala) ICON -
Integrated CONtrols (controale integrate) IEEE - Institutul
lnternational pentru inginerie electrica si electronica I/O -
input/output (intrare-iesire) IMAQ - IMage AcQuisition (achizitie
de imagini) ILDP - Instrument Library Developer Program JTFA -
Joint Time-Frequency Analisys (analiza reunita timp-frecventa) MMI
- Man-Machine Interface (interfata om-masina) PCB - Printed Circuit
Board (circuit imprimat) PID - Proportional Integrator Derivator
(algoritm de reglare a marimilor in sisteme de control inchise) PLC
- Programmable Logic Controller (controller logic/digital/numeric
programabil) RTSI - Real Time System Integration (integrare de
sisteme in timp-real) SCADA - Supervisory Control And Data
Acquisition (control de supraveghere si achizitie de date) SCXI -
Signal Conditioning eXtensions for Instrumentation (extensii pentru
conditionarea semnalelor de instrumentatie) SPC - Statistical
Process Control (control statistic de proces) STC - System Timing
Controller (controller pentru planificarea/temporizarea sistemelor)
VI - Virtual Instruments (instrumente virtuale) VXI - Virtual
eXtensions for Instruments (standard de definire de magistrala si
de controale specifice instrumentatiei virtuale)
23
