Tradiționalele PC-uri din sistemele de automatizări
pot fi înlocuite de o nouă familie de calculatoare industriale modulare,
performante și foarte flexibile.

National Instruments, lider mondial în sisteme de achiziție de semnale și monitorizare-control procese industriale, a introdus recent o nouă familie de calculatoare de proces care va revoluționa soluțiile actuale de automatizări ale proceselor de fabricație și testare semifabricate sau produse finite. După opiniile specialiștilor, noua gamă de produse de instrumentație se va bucura de un mare succes datorită flexibilității în configurare, puterii de prelucrare distribuite optim în funcție de necesități și datorită costului redus al echipamentului instalat. Soluțiile bazate pe noile echipamente asigură performanțe ridicate în aplicațiile de evaluare, testare, măsurare, achiziție de semnal, modelări în timp real al instalațiilor tehnologice sau al proceselor fizico-chimice.

Este vorba de un sistem de achiziție de semnal și control procese cu o arhitectură modulară cu magistrală PCI, care are în componența sa o serie de blocuri multifuncționale pentru achiziție și condiționare de semnal, prelucrare numerică, prezentarea, stocarea și trimiterea la distanță a datelor referitoare la parametrii procesului monitorizat. Dispune de o serie de ieșiri prin care se comandă (se reglează) instalația tehnologică după diferite algoritmi de reglare, în funcție de evoluția procesului de reglare și a parametrilor de stare actuali sau predictibili. Modulele componente ale acestui sistem de automatizări sunt introduse în soclurile unui șasiu standardizat, urmând ca în final acest ansamblu complex să opereze în mod sine-stătător sau interconectat cu alte echipamente similare.

Structură modulară

Comanda echipamentului PXI este realizată de un modul special introdus în slotul zero, care nu este altceva decât un PC foarte performant, proiectat să opereze în condiții extreme din industrie: zgomot, umiditate, vibrații, șocuri, și legături instabile. Este dotată cu un procesor Pentium în tehnologie MMX, are o magistrală locală PCI clasică de 33 MHz, cu viteza de transfer de 132 Mbytes/s, dispune de memorie RAM/ROM proprie, de medii externe de stocare a datelor (discuri hard), de porți seriale/paralele clasice etc. Pentru comunicația cu exteriorul poate fi cuplată tastatură, monitor și imprimantă. Sistemul de operare instalat este - fiți tare - un Windows NT WS sau Windows 95, sub care rulează aplicațiile de instrumentație virtuală elaborate în mediile RAD (Rapid Application Development) ca: LabVIEW, BridgeVIEW, Lookout, ComponentWorks sau LabWindows/CVI.

Platforma hardware poate fi extinsă ușor prin introducerea în șasiu (pe magistrala PCI) a unor module specializate, prin care semnalele culese de la senzorii montați în instalația tehnologică - semnale care reflectă starea procesului tehnologic - sunt condiționate (izolate galvanic, filtrate, convertite în semnale unificate de tensiune sau de curent, aduse în domeniu etc.), și sunt cuantizate (digitizate) de convertoare analog-numerice rapide. Opțional ele pot fi prezentate pe periferici de ieșire (ex. monitor sau înregistratoare). După interpretarea și prelucrarea matematică a valorilor numerice (digitale) de la intrare se sintetizează semnalul de reglare optim. El va apare la ieșirea unui convertor numeric-analog ca un semnal variabil în tensiune sau în curent, și după o amplificare-scalare în domeniu va comanda procesul tehnologic supravegheat, astfel încât acesta să evolueze optim în mod automat sau semiautomat.

O nouă generație de calculatoare de procese

Tehnologia PXI (PCI eXtensions for Instrumentation) a fost dezvoltată recent de National Instruments și este un standard deschis, acceptat de către peste 300 de firme de renume constructoare de periferici pentru achiziție. Permite implementarea unor soluții de instrumentație precise, cu sincronizări/temporizări foarte bune.

Sistemele PXI sunt 100% PC compatibile și au ca SO un Windows 95 sau NT. Toate aplicațiile de instrumentație sau utilitarele existente pentru platformele Windows pot fi rulate în continuare.

Perifericii sunt introduse frontal într-o carcasă cu 8 sloturi - un slot pentru controler și alte șapte pentru periferice. Are o construcție robustă, adecvată mediului industrial. Dispune de o răcire forțată, alimentare proprie, și permite schimbarea cu ușurință a componentelor atât pentru operațiile de service, cât și pentru reconfigurarea platformei de măsură și control. Prin punți PCI-PCI pot fi interconectate mai multe astfel de rack- uri, și prin adaptoarele GPIB pot fi cuplate la ele nenumărate instrumente digitale de măsură și control specifice. Modulele PXI sunt compatibile P&P, orice componentă nou introdusă fiind recunoscută și folosită de sistem.

Adaptoarele sunt multifuncționale și oferă funcționalități complexe. Seria PXI-6070E oferă de exemplu pe o singură placă linii I/O analogice (16 intrări monopolare cu rezoluție de 12 biți și cu o rată de eșantionare de 1,25 mil măs./s, 2 ieșiri analogice pe 12 biți), linii I/O numerice (8 linii individuale cu o rată de 80MB/sec), și are numărătoare-temporizatoare (2 numărătoare pe 24 biți, cu baza de timp de 20 MHz, declanșare cu semnal analog sau numeric în felurite moduri).

Unitatea de control din slotul zero uzual este echipat cu un procesor performant . De exemplu, seria PXI-8150 vine cu un Pentium MMX la 233 MHz, până la 128 MB RAM, adaptor SVGA cu 2 MB RAM, disc hard de 2,2 GB, adaptor rețea 10BASE-T, interfețe GPIB/USB/serial/paralel, Windows 95 sau NT preîncărcat, pe care rulează LabVIEW sau LabWindows/CVI. Această placă ocupă doar un singur slot, și oricând poate fi schimbat foarte ușor.

Aplicații uzuale

Cerințele impuse de aplicațiile de achiziție și monitorizare sunt foarte variate, și veți aprecia mult flexibilitatea în configurație oferită de arhitectura PXI și de software- ul rulat. Viteza, acuratețea și precizia măsurătorilor pe care le puteți efectua este mai mult decât suficientă, nefiind necesară interpolarea rezultatelor.

Cu modulele de intrări analogice pot fi măsurate semnale CC/CA, cu modulele de ieșiri analogice pot fi generate diferite forme de undă, și cu temporizatoarele pot fi măsurate frecvențe și lungimi de impulsuri, pot fi măsurate semnale în regim tranzitoriu etc. Liniile I/O numerice pot interfața exteriorul la o rată de transfer de 80 MB/s, și pot fi implementate numeroase protocoale de transmisie. Modulele de condiționare filtrează, izolează galvanic, multiplexează și amplifică semnalele măsurate, provenite de la termocuple, termistoare, bolometre, traductoare de curent, traductoare tensiometrice, fototranzistori, limitatoare de cursă etc.

Performanțele atinse sunt copleșitoare. Osciloscopul PXI-5102 dublu spot de exemplu poate asigura o rată de eșantionare de 20 MHz (întrețesut) sau 1 GHz (semnale repetitive), la o bandă de trecere de 15 MHz, cu o rezoluție pe verticală de 8 biți, putând vizualiza semnale în plaja de 50 mV..5000 V. Ca osciloscop numeric, el poate memora 663K eșantioane.

Cu PXI-1408 pot fi achiziționate în timp real imagini cu rezoluție de 8 biți, putându-se cupla la maxim 4 surse de semnal video NTSC, CCIR, PAL sau RGB. Completat cu soft- ul necesar, această platformă este ideală pentru poziționări, orientări și teste de calitate automatizate (verificări de cablaje imprimate, fisuri superficiale, puritatea unor materiale fluide, fidelitatea culorii, rugozități de suprafață etc.).

Flexibilitate mărită prin software adecvat

Pe platforma PXI pot fi rulate în continuare toate aplicațiile de instrumentație Windows existente, dezvoltate cu pachetele soft de la National Instruments. Cei care se decid acum să-și dezvolte propriile aplicații pot opta pentru mai multe medii de dezvoltare de ultimă oră, destinate instrumentației virtuale. Astfel mediile RAD de la National Instruments ca LabVIEW și BridgeVIEW sunt potrivite celor care vor să-și dezvolte programele proprii în mod vizual, fără să scrie măcar un singur rând de cod, doar desenând cu mouse- ul diagrame funcționale intuitive. Cei care programează în C/C++ pot alege mediul LabWindows/CVI, iar fanilor VisualBasic este recomandat pachetul ComponentWorks.

Aceste medii de dezvoltare vin cu biblioteci cu un număr copleșitor de rutine specifice bine puse la punct, care asigură o productivitate ridicată, o bună portabilitate a aplicației și un control ușor al codului scris, ferind programatorul de greutățile programării directe a „fierăriei“.

În aceste medii de dezvoltare găsiți o serie de aplicații complete, exemple de programe, mii de drivere pentru periferici, rutine I/O etc. Utilitarele înglobate vă generează o mare parte din codul necesar.

Aveți la îndemână câteva utilitare performante pentru configurarea sistemului și depanarea programelor. De asemenea, sunt disponibile o serie de scule pentru portarea aplicațiilor de instrumentație pe Internet. O soluție interesantă de monitorizarea stării vremii prin Web găsiți chiar la situl National Instruments, unde puteți vedea la lucru un astfel de sistem de achiziție.

Concluzii

Astăzi dezvoltarea soluțiilor de instrumentație este mai ușoară ca oricând. Hard- ul disponibil este mai performant, software- ul este aproape în totalitate generat de wizard- uri inteligente, iar numărul mare de exemple și studii de caz disponibile vă scot din orice impas. Marele câștig însă este flexibilitatea deosebită în configurație a platformei hard PXI și faptul că dispunând de doar câteva plăci bine alese puteți deservi o mare varietate de aplicații. Dacă se schimbă aplicația de instrumentație sau specificațiile de măsură, noul instrument virtual necesar poate fi creat ușor doar prin schimbarea aplicației soft rulate, elementele hardware de măsură și control fiind multifuncționale, „universale“. Dacă se impune totuși schimbarea acestora (la operațiile de service de exemplu), reconfigurare platformei hardware durează doar câteva minute, și grație mecanismului PnP al magistralei PCI, ele se vor autoconfigura. La instalațiile tehnologice critice acest timp de oprire scurt poate fi deosebit de prețios.