Ver 2ª PARTE
A)
CONFIGURACIÓN
DEL SISTEMA DE CONTROL Y ADQUISICIÓN DE DATOS
En muchas aplicaciones, y
especialmente para el control de procesos y adquisición de datos, la potencia y
flexibilidad del PC, permite que los sistemas DAQ sean configurados de
numerosas formas, cada una con sus propias ventajas. La clave al uso efectivo
del PC es el acoplamiento cuidadoso de los requerimientos específicos de la
aplicación de adquisición de datos al hardware y software disponibles.
La elección del hardware, y la
configuración del sistema, en gran medida vienen dictados por el ambiente en el
que el sistema operará (por ejemplo plantas de fabricación o ubicaciones
remotas). El número de sensores y actuadores requeridos y su localización
física en relación al host computer, el tipo de acondicionamiento de señal
requerido, y lo hostiles de las condiciones ambientales, son factores
esenciales.
Las configuraciones de los
sistemas más comunes son los siguientes:
·
Computer plug-in I/O
·
I/O distribuido.
·
Loggeres y controladores distribuidos y
Stand-alone.
·
Instrumentos IEEE-4888
1)
Plug-in I/O de
computadora
Las placas Plug-in I/O se
conectan directamente al bus de expansión de los computadores, son generalmente
compactos, y también representan el método más rápido de adquirir datos a la
memoria de los computadores y/o producción cambiante. Junto con estas ventajas,
las tarjetas plug-in a menudo representan la alternativa de coste más bajo para
un sistema de control y adquisición de datos y se utilizan comúnmente en el
hardware DAQ.
En la siguiente figura se
muestran tarjetas plug-in, tarjetas A/D de entradas analógicas múltiples,
tarjetas D/A de salida analógica múltiple, tarjetas I/O digitales, tarjetas
contadoras/temporizadoras, tarjetas de controlador especializado (tales como
controladores de motor por pasos/servo) o tarjetas de instrumentación
especializada.
Tarjetas DAQ multi-función,
conteniendo convertidores A/D (ADCs), convertidores D/A (DACs), puertos U/O
digitales y circuitería contadora de tiempo, realizan todas las funciones de
las tarjetas especializadas individuales. Dependiendo del número de
entradas/salidas analógicas y entradas/salidas digitales requeridas para una
aplicación particular, las tarjetas multi-función representan la solución más
efectiva en costes para los sistemas DAQ.
Las tarjetas de expansión plug-in
se usan comúnmente en aplicaciones donde el ordenador está cerca de los
sensores que se están midiendo o los actuadores que se están controlando.
Alternativamente pueden conectarse remotamente a los transductores y actuadores
vía módulos de acondicionamiento de señal conocidos como transmisores two-wire.
2)
I/O Distribuida
A menudo los sensores deben
localizarse remotamente del computador en el que se procesan y almacenar los
datos que tienen lugar. Esto es especialmente verdad en ambientes industriales
donde sensores y actuadores pueden localizarse en ambiente hostiles sobre un
área completa, posiblemente a cientos de metros de distancia. En ambientes
ruidosos, es muy difícil para las muy pequeñas señales recibidas de los
sensores tales como termopares y medidores de tensión (del orden de mV) para
sobrevivir la transmisión sobre largas distancias.
Una alternativa al funcionamiento
de los sensores es el uso de I/O distribuido, que está disponible en forma de
módulos de acondicionamiento de señales remotamente localizados cerca de los
sensores a los que se conectan. Se requiere un módulo para cada sensor
utilizado, lo cual permite altos niveles de modularidad (punto único a cientos
de puntos por localización). Mientras esto puede añadir un gasto razonable a
los sistemas con un gran número de puntos, los beneficios en términos de
calidad y exactitud de las señales es valioso.
Una de las formas más comunes de
implementar formas de I/O distribuida es el transmisor digital. Estos
dispositivos inteligentes realizan todas las funciones de acondicionamiento de
señales requeridas (amplificación, filtrado, aislamiento, etc), contienen un
micro-controlador y convertidor A/D, para realizar la conversión digital de la
señal dentro del módulo en sí mismo. Los datos convertidos se transmiten al
computador vía una interface de comunicación RS-232 y RS-485. El uso de redes
multi-drop RS-485 reduce la cantidad de cableado requerido, ya que cada módulo
de acondicionamiento de señal comparte el mismo par de cables. Conectando hasta
32 módulos, son posibles comunicaciones de hasta 10 km, cuando se usa una red
multi-drop RS-485. El uso de las redes multi-drop reduce la cantidad de
cableado requerido, ya que cada módulo de acondicionamiento de señal comparte
el mismo par de cables.
3)
Controladores/loggers (registradores) independientes o distribuidos
Además de proporcionar los beneficios
de los módulos de acondicionamiento de señales inteligentes, y la capacidad
para tomar decisiones remotamente, el uso de controladores/loggers incrementa
la fiabilidad del sistema. Esto se debe a que una vez programado, el logger
estacionario puede continuar operando, incluso cuando el computador host no
está funcional o conectado. En realidad, los controladores/loggers
estacionarios se diseñan específicamente para operar remotamente o en ambientes
hostiles (ej. una estación climatológica colocada remotamente).
El controlador/logger
estacionario y datos de registro se programan ya sea mediante una interface de
comunicaciones o usando tarjetas portátiles o reutilizables PCMCIA. El tamaño
de tarjeta de crédito de la tarjeta PCMCIA es especialmente útil cuando el
controlador o logger independiente se localiza remotamente, pero requiere una
interface conectada al computador.
4)
Instrumentos
programables remotamente vía IEEE-488 (GPIB)
El estándar GPIB (General Purpose
Interface Bus), original fue desarrollado
a finales de los 1960s por Hewlett-Packard (que lo llama HP-IB) para conectar y
controlar instrumentos programables fabricados por Hewlett-Packard. Con la
introducción de controladores digitales y equipos de pruebas programable,
surgió la necesidad de una interfaz estándar y de alta velocidad para
establecer comunicación entre instrumentos y controladores de diferentes
proveedores. En 1975, el Institute of Electrical Electronic Engineers (IEEE)
publicó el estándar ANSI/IEEE 488-1975, Interfaz Estándar Digital para
Instrumentación Programable IEEE, el cual contenía las especificaciones
eléctricas, mecánicas y funcionales de un sistema de interfaz. El IEEE 488-1975
original fue revisado en 1978, principalmente para realizar clarificaciones
editoriales y agregar anexos. El bus se utiliza actualmente en todo el mundo y
se le conoce con tres nombres:
·
Bus de Interfaz de Uso General (GPIB)
·
Bus
de Interfaz Hewlett-Packard (HP-IB)
·
Bus IEEE 488
Debido a que el documento
original IEEE 488 no incluía normas para una sintaxis de preferencia y
convenciones de formato, se continuó trabajando en la especificación para
mejorar el sistema de compatibilidad y configuración entre sistemas de pruebas.
El resultado de este trabajo fue un apéndice de estándar, el IEEE 488.2, que
incluye códigos, formatos, protocolos y comandos comunes, para utilizarse con
el IEEE 488 (el cual fue renombrado como IEEE 488.1). IEEE 488.2 no reemplaza
el IEEE 488.1 Muchos dispositivos todavía cumplen sólo con el IEEE 488.1. El
IEEE 488.2 expande el IEEE 488.1 al definir un conjunto mínimo de habilidades
para la interfaz de un dispositivo, un conjunto común de códigos y formatos
para datos, un protocolo de mensajes para dispositivos, un conjunto genérico de
comandos comúnmente necesitados por dispositivos y un nuevo modelo para
generación de reportes de estado.
En 1990, la especificación IEEE
488.2 incluyó el documento de Los Comandos Estándares para Instrumentación
Programable (SCPI por sus siglas en inglés). El SCPI define los comandos
específicos que cada clase de instrumento (la cual generalmente incluye
instrumentos de diferentes proveedores) debe obedecer. Por lo tanto, el SCPI
garantiza compatibilidad y configuración de sistema completas entre estos
instrumentos. Ya no es necesario aprender un conjunto de comandos diferentes
para cada instrumento en un sistema que cumple con el SCPI, y es fácil
reemplazar un instrumento de un proveedor con el de otro proveedor.
Desarrollado ante la necesidad de
colectar datos de diferentes instrumentos en un ambiente de laboratorio, el
GPIB es una interface de comunicaciones paralelo que permite la conexión
simultánea de hasta 15 dispositivos o instrumentos en un bus de comunicaciones
de datos paralelo común. La configuración más común requiere un controlador GPIB,
usualmente una tarjeta plug-in en el computador, que dirige cada dispositivo en
el bus e inicia los dispositivos que se comunicarán entre sí. La velocidad
máxima de comunicaciones, la máxima longitud del cable, y la distancia del
cable máxima entre cada dispositivo en el GPIB es dependiente de la velocidad y
potencia de proceso del controlador GPIB y el tipo de cable utilizado.
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