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Adquisición de datos DAQ ALUMNOS  Silva Nuñez, Jhino Santos 20130033K  Soto Galvez, Christian Noe 20132010H  Vargas Escarcena, Lincol Santiago 20132037C CURSO Sensores y acondicionamiento de



señales (MT247) SECCIÓN  B PROFESOR: 

Sotelo Freddy

2015 - II

ADQUISICIÓN DE DATOS DAQ

ÍNDICE RESUMEN............................................................................................................ 2 CIRCUITO............................................................................................................. 5 APLICACIONES..................................................................................................... 6

RESUMEN ADQUISICION DE DATOS 2

ADQUISICIÓN DE DATOS DAQ La adquisición de datos (DAQ) es el proceso de medir con una PC un fenómeno eléctrico o físico como voltaje, corriente, temperatura, presión o sonido. Un sistema DAQ consiste de sensores, hardware de medidas DAQ y una PC con software programable. Comparados con los sistemas de medidas tradicionales, los sistemas DAQ basados en PC aprovechan la potencia del procesamiento, la productividad, la visualización y las habilidades de conectividad de las PCs estándares en la industria proporcionando una solución de medidas más potente, flexible y rentable. DISPOSITIVOS Y TARJETAS DAQ Dispositivo DAQ El hardware DAQ actúa como la interfaz entre una PC y señales del mundo exterior. Funciona principalmente como un dispositivo que digitaliza señales analógicas entrantes para que una PC pueda interpretarlas. Los tres componentes clave de un dispositivo DAQ usado para medir una señal son el circuito de acondicionamiento de señales, convertidor analógico-digital (ADC) y un bus de PC. Varios dispositivos DAQ incluyen otras funciones para automatizar sistemas de medidas y procesos. Por ejemplo, los convertidores digitales-analógicos (DACs) envían señales analógicas, las líneas de E/S digital reciben y envían señales digitales y los contadores/temporizadores cuentan y generan pulsos digitales. Componentes Clave de Medidas para un Dispositivo DAQ Acondicionamiento de Señales Las señales de los sensores o del mundo exterior pueden ser ruidosas o demasiado peligrosas para medirse directamente. El circuito de acondicionamiento de señales manipula una señal de tal forma que es apropiado para entrada a un ADC. Este circuito puede incluir amplificación, atenuación, filtrado y aislamiento. Algunos dispositivos DAQ incluyen acondicionamiento de señales integrado diseñado para medir tipos específicos de sensores. Convertidor Analógico Digital (ADC) Las señales analógicas de los sensores deben ser convertidas en digitales antes de ser manipuladas por el equipo digital como una PC. Un ADC es un chip que proporciona una representación digital de una señal analógica en un instante de tiempo. En la práctica, las señales analógicas varían continuamente con el tiempo

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ADQUISICIÓN DE DATOS DAQ y un ADC realiza "muestras" periódicas de la señal a una razón predefinida. Estas muestras son transferidas a una PC a través de un bus, donde la señal original es reconstruida desde las muestras en software. Bus de la PC Los dispositivos DAQ se conectan a una PC a través de una ranura o puerto. El bus de la PC sirve como la interfaz de comunicación entre el dispositivo DAQ y la PC para pasar instrucciones y datos medidos. Los dispositivos DAQ se ofrecen en los buses de PC más comunes, incluyendo USB, PCI, PCI Express y Ethernet. Recientemente, los dispositivos DAQ han llegado a estar disponibles para 802.11 Wi-Fi para comunicación inalámbrica. Hay varios tipos de buses y cada uno de ellos ofrece diferentes ventajas para diferentes tipos de aplicaciones. Función de la PC en un sistema DAQ Una PC con software programable controla la operación del dispositivo DAQ y es usada para procesar, visualizar y almacenar datos de medida. Diferentes tipos de PCs son usadas en diferentes tipos de aplicaciones. Una PC de escritorio se puede utilizar en un laboratorio por su poder de procesamiento, una laptop se puede utilizar por su portabilidad o una PC industrial se puede utilizar en una planta de producción por su robustez. Software en un Sistema DAQ Software Controlador El software controlador ofrece al software de aplicación la habilidad de interactuar con un dispositivo DAQ. Simplifica la comunicación con el dispositivo DAQ al abstraer comandos de hardware de bajo nivel y programación a nivel de registro. Generalmente, el software controlador DAQ expone una interfaz de programación de aplicaciones (API) que es usada en un entorno de programación para construir software de aplicación. Software de Aplicación El software de aplicación facilita la interacción entre la PC y el usuario para adquirir, analizar y presentar datos de medidas. Puede ser una aplicación preconstruida con funcionalidad predefinida o un entorno de programación para construir

aplicaciones

con

funcionalidad

personalizada.

Las

aplicaciones

personalizadas generalmente son usadas para automatizar múltiples funciones de un dispositivo DAQ, realizar algoritmos de procesamiento de señales y mostrar interfaces de usuario personalizadas.

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ADQUISICIÓN DE DATOS DAQ

CIRCUITO

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ADQUISICIÓN DE DATOS DAQ

APLICACIONES Cómo la Gente Usa Adquisición de Datos de NI Los ingenieros y científicos en casi cualquier industria, aplicación y región del mundo confían y usan productos de adquisición de datos (DAQ) de National Instruments. Ya sea para validar y verificar un prototipo de diseño, enseñar en un laboratorio universitario, diagnosticar un mal funcionamiento en máquinas o controlar un proceso de fabricación, NI ha comprobado soluciones de medidas que pueden cumplir con sus necesidades y permitir que tenga éxito. Investigación y Análisis

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ADQUISICIÓN DE DATOS DAQ   

Caracterizar y registrar comportamientos o propiedades Descubrir fenómenos científicos Investigar sistemáticamente nuevos productos y diseños

Investigación y Análisis Los ingenieros y científicos comúnmente usan hardware y software de adquisición de datos para investigar características desconocidas en medidas y análisis. Las aplicaciones van desde modelar los comportamientos de fenómenos científicos hasta caracterizar las propiedades de nuevos diseños de productos. Los siguientes casos de estudio ilustran la productividad, precisión y flexibilidad proporcionada por hardware de adquisición de datos (DAQ) y software NI LabVIEW para investigación y análisis. Capturar el Fenómeno de Tornado Construir una punta de prueba que usa NI CompactDAQ, NI LabVIEW, NI DIAdem y un controlador industrial NI 3110 para capturar, procesar y visualizar medidas incluyendo sonido, temperatura, presión de aire, velocidad de viento y dirección de viento desde la parte inferior de dos metros de un tornado. “La flexibilidad de NI CompactDAQ y NI LabVIEW nos dió la habilidad de personalizar nuestra configuración de medidas para que pudiéramos enfocarnos en lo que estábamos midiendo y no cómo los estábamos midiendo.” – Tim

Samaras, TWISTEX Adquisición de Datos Inalámbrica de una Prueba de Colapso de un Puente Medir el peso de la base del camino aplicada al puente al sujetar una celda de carga a la línea de carga de la grúa encima de la cubeta y conectar un módulo WiFi DAQ para leer y registrar fácilmente los datos de carga en todo el lugar de trabajo.

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ADQUISICIÓN DE DATOS DAQ “El sistema inalámbrico ofreció la precisión de medidas necesaria para calcular la carga de colapso rápidamente al eliminar los cables que hubieran provocado problemas de seguridad”. – Jeremiah Fasl, The University of Texas at Austin Adquirir y Analizar la Comunicación Bioacústica de Mamíferos Marinos

Desarrollar un sistema de adquisición de datos confiable y capaz de recolectar y analizar señales ultrasónicas producidas por ballenas asesinas salvajes. “A lo largo de la historia, ha sido un reto encontrar equipo confiable para usarse en este tipo de entornos; sin embargo desarrollamos un sistema basado en el software NI LabVIEW y hardware de adquisición de datos de NI que cumplió con todo nuestro criterio.” – Magnus Wahlberg, Fjord & Bælt

 

Validación y Verificación del Diseño Confirmar que un sistema cumple con las especificaciones de diseño Establecer evidencia de que un producto cumple con las necesidades del

usuario Probar apego a un estándar industrial Validación y Verificación del Diseño Los ingenieros generalmente usan hardware y software de adquisición de datos 

para probar que los diseños de prototipos cumplen con sus requerimientos iniciales y logran su propósito. Esto incluye pruebas para fiabilidad y precisión, verificar ciclo de vida del producto, establecer evidencia de que un producto cumple con las necesidades del usuario o garantizar la conformidad con un estándar industrial. Los siguientes casos de estudio ilustran la productividad, precisión y flexibilidad proporcionada por hardware de adquisición de datos (DAQ) y software NI LabVIEW para validación y verificación.

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ADQUISICIÓN DE DATOS DAQ Pruebas de Impacto de Alto Nivel para la Certificación de Cascos de Seguridad Usar NI CompactDAQ para desarrollar un sistema con rendimiento suficiente para asegurar que cada prueba de casco es documentada a fondo y de manera precisa. “Una actualización del sistema como el que nosotros necesitábamos implicaba una consideración importante de presupuesto y por esta razón fuimos muy cuidadosos en nuestra búsqueda para un nuevo paquete de hardware.” – Jim Barnes, Snell Memorial Foundation, Inc. Construir un Sistema de Monitoreo de Biodegradación de Plástico

Usar software NI LabVIEW y hardware NI CompactDAQ para crear un sistema automatizado de abono de múltiples unidades (AMUCS) para monitorear las características de biodegradación de los plásticos biodegradables en el abono. “Teniendo en cuenta el hecho de que estábamos construyendo un sistema complejo con varios sensores, NI CompactDAQ probó ser invaluable y versátil para lograr nuestros objetivos”. – Mark Pickens, University of North Texas Ventrac Prueba Ruido y Vibración de Tractores Compactos Usando un sistema de adquisición de datos portátil basado en NI LabVIEW y

módulos NI CompactDAQ para registrar los parámetros de prueba y generar un reporte basado en la unidad y configuración probadas. “Teniendo la habilidad de usar los micrófonos y acelerómetros para pruebas adicionales en las partes de la máquina... ayuda a identificar áreas problemáticas mucho más rápido e incrementa el valor de invertir en un sistema flexible de alta calidad”. – Roscoe Lehman, VENTRAC by Venture Products Inc.

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ADQUISICIÓN DE DATOS DAQ

  

Prueba de Manufactura y Calidad Realizar prueba de productos funcional y a nivel del sistema Pruebas de calidad de paso/falla y de fin de línea Verificar productos y subsistemas defectuosos

Prueba de Manufactura y Calidad Los ingenieros y operadores de pruebas comúnmente usan hardware y software de adquisición de datos para verificar la funcionalidad y asegurar la calidad de los productos terminados. Esto puede incluir un amplio rango de pruebas eléctricas, mecánicas o ambientales ya sean manuales o automatizadas. Los siguientes casos de estudio ilustran la fiabilidad, precisión y flexibilidad proporcionada por hardware de adquisición de datos (DAQ) y software NI LabVIEW para pruebas de manufactura y calidad. Banco de Pruebas Hidráulicas para Componentes Aeroespaciales Usar dispositivos DAQ con software NI LabVIEW para desarrollar un sistema flexible para que el usuario pueda configurar pruebas en tiempo de ejecución, recolectar datos, controlar el sistema, generar reportes y reducir el costo del equipo

al

implementar

la

misma

configuración

para

probar

diferentes

componentes. “Usamos NI LabVIEW como nuestra plataforma de desarrollo debido a la integración de hardware/software con LabVIEW y dispositivos de adquisición de datos”. – R. Klein Wolterink, Klein Wolterink Automation Desarrollar un Sistema de Diagnóstico Dinámico de Montaje de Turbina

Eólica

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ADQUISICIÓN DE DATOS DAQ Integrar acelerómetros industriales IEPE y dispositivos DAQ distribuidos en diferentes posiciones a lo largo de la barquilla de una turbina eólica con una PC industrial para administrar las pruebas y sus resultados. “Ahora tenemos un sistema completamente personalizado con 20 canales para leer y analizar datos dinámicos para cumplir con nuestros estándares... que ofrece la agilidad, calidad y flexibilidad que requerimos para nuestras operaciones”. – José Errea Múgica, Aresse Engineering S.L. Desarrollar un Sistema de Pruebas de Manufactura para Dispositivos

Inalámbricos de Tableta Multimedia Al usar productos PXI y PCI Express de National Instruments para desarrollar una solución innovadora de pruebas automatizadas para verificar una amplia variedad de funciones de dispositivos multimedia como color LED y medidas de intensidad, calibración de pantalla táctil, pruebas de audio loopback y medidas de RF patentadas. “El enfoque modular de PXI ayuda a asegurar el diseño del sistema de pruebas, así la funcionalidad adicional o capacidad puede ser fácilmente agregada sin requerir un rediseño costoso del sistema”. – Darragh McShane, Benetel

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Diagnósticos y Reparación Identificar la causa de la falla Depuración manual y ad-hoc Caracterización de sistemas defectuosos

Diagnósticos y Reparación Los ingenieros y técnicos comúnmente usan hardware y software de adquisición de datos para desarrollar sistemas de diagnóstico para identificar la causa principal de una falla. Las aplicaciones van desde medidas ad-hoc portátiles de 11

ADQUISICIÓN DE DATOS DAQ maquinaria hasta sistemas automatizados de inspección de imágenes. Los siguientes casos de estudio ilustran la flexibilidad y productividad proporcionada por hardware de adquisición de datos (DAQ) y software NI LabVIEW para diagnósticos y reparación. Construir un Sistema de Inspección de Corrosión de Tuberías Usar hardware DAQ y software NI LabVIEW para crear un sistema que inspecciona porciones de conducto inaccesibles en las ubicaciones de soporte al excitar ondas circunferenciales guiadas en la región accesible del conducto. “Usamos hardware de NI y software NI LabVIEW para implementar exitosamente un buscador de conducto con una agarradera adecuada para una calza y software de adquisición de datos para representar defectos de tipo de corrosión” – Krishnan Balasubramaniam, Indian Institute of Technology Madras

Automatizar Diagnóstico Molecular y Preparación de Muestras Biológicas Usar hardware DAQ y software NI LabVIEW para crear un sistema de muestras biológicas basado en miro fluidos para procesar fluidos, así como aislar y eluir genes DNA y RNA puros para detección usando reacción en cadena de la polimerasa (PCR). “En el corazón del sistema hay un programa de NI LabVIEW personalizado que automatiza el sistema completo de preparación de muestras y controla la activación de bombas de jeringa y la secuencia de temporización de válvulas solenoide”. – Jeremy Loh, Institute of Bioengineering and Nanotechnology Desarrollar el Sistema Canario para Detección y Monitoreo Anticipado de

Caries Reemplazar dos amplificadores lock-in de hardware voluminosos y caros con un solo módulo rentable de adquisición de datos OEM de National Instruments y

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ADQUISICIÓN DE DATOS DAQ software NI LabVIEW instalado en una laptop para más adelante miniaturizar el sistema. “El software NI LabVIEW con un módulo de adquisición de datos NI OEM controla completamente la adquisición de señales PTR-LUM en el Sistema Canario.” – Dr. Koneswaran Sivagurunathan, Quantum Dental Technologies

  

Monitoreo de Condición del Equipo Monitoreo continuo a largo plazo del equipo Identificar problemas antes que de ocurra la falla Tendencia, registro y alarmas en el evento de las condiciones de error

Monitoreo de Condición del Equipo Los ingenieros y técnicos comúnmente usan hardware y software de adquisición de datos para realizar monitoreo de condición a largo plazo del equipo como turbinas y compresores para identificar problemas antes de que ocurra una falla. El monitoreo de condición puede prevenir interrupciones inesperadas, optimizar el rendimiento de la máquina y reducir los costos de reparación y mantenimiento. Los siguientes casos de estudio ilustran la flexibilidad y productividad proporcionada por el hardware de adquisición de datos (DAQ) y el software NI LabVIEW para monitoreo de condición. Desarrollar un Sistema de Monitoreo en Línea para Analizar Vibraciones de Motor Usar el dispositivo DAQ NI USB-6008, software de diseño de sistemas NI LabVIEW y el NI Sound and Vibration Suite para construir un sistema que

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ADQUISICIÓN DE DATOS DAQ compara la vibración de un motor defectuoso con la vibración de un motor en buenas condiciones. "Gracias a la complejidad de NI LabVIEW, ampliamos las habilidades de nuestro sistema de monitoreo de vibración. Al usar el NI Sound and Vibration Measurement Suite, también pudimos tomar la velocidad giratoria y flujo del motor en cuestión." – Aravind Vaithilingam Chockalingam, UCSI University Desarrollar un Sistema de Adquisición de Datos y Pre-análisis para

Inspección de Conmutación de Vías de Ferrocarril Integrar hardware NI CompactDAQ con NI LabVIEW para crear un sistema fácilmente transportable que es lo suficientemente compacto, simple y flexible. "Gracias a las dimensiones de NI CompactDAQ, creamos una caja que es ligera y compacta y que contiene las funciones necesarias para acondicionar y adquirir señales eléctricas desde los sensores instalados en campo para analizar la aplicación del cliente". – Paolo Valli, CATE srl Desarrollar un Sistema Inteligente de Monitoreo de Herramientas Multi

Sensor para Detección de Desgaste y Daño de Herramientas Usar NI LabVIEW, dispositivos DAQ y un número de sensores combinados para desarrollar un

sistema

integrado

para

adquirir ocho

diferentes señales

simultáneamente. "Logramos alta eficiencia en programación, alto rendimiento y reducción de costos al usar dispositivos de adquisición de datos y NI LabVIEW para construir nuestro sistema rentable y autónomo de adquisición de datos de medidas para monitoreo en línea de herramientas". – Shihab Asfour, PhD, College of Engineering, University of Miami

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ADQUISICIÓN DE DATOS DAQ

  

Control y Automatización Basada en PC Controlar procesos sin interacción humana Automatización de la operación de la maquinaria Automatizar control de ciclo abierto y clico cerrado, como PID

Control y Automatización Basada en PC Los ingenieros y científicos comúnmente usan hardware y software de adquisición de datos para automatizar la operación del proceso y maquinaria sin interacción humana.

Las

aplicaciones

van

desde

control

simple

de

actuador

encendido/apagado hasta control avanzado de ciclo cerrado con múltiples entradas y salidas. Los siguientes casos de estudio ilustran la flexibilidad y productividad proporcionada por el hardware de adquisición de datos (DAQ) y el software NI LabVIEW para automatización y control basados en PC. Bloomy Controls Automatiza la Investigación de Catalizador de Celda de Combustible Desarrollar un sistema flexible y configurable por el usuario basado en NI LabVIEW para control y adquisición de datos para que HydrogenSource pueda controlar y recolectar datos automáticamente desde una amplia variedad de elementos de control de procesos en reactores experimentales de catalizador. "Calculamos que estos sistemas de automatización al usar los productos de National Instruments han ahorrado acumulativamente más de 10,000 horas hombre de control manual, monitoreo y recolección de datos". – Robert Hamburger, Bloomy Controls

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ADQUISICIÓN DE DATOS DAQ

Diseñar un Sistema de Faja de Terapia en Frío/Calor Usar NI LabVIEW y DAQ para controlar las propiedades de enfriamiento y calentamiento de un dispositivo termoeléctrico al adquirir la temperatura de la superficie termoeléctrica, al aplicar control de algoritmo derivado proporcional integral (PID) al VI y al usar modulación de ancho de pulso (PWM) para lograr enfriamiento y calentamiento termoeléctrico para efectos de terapia. "Con NI LabVIEW y el dispositivo de adquisición de datos USB-6009, el sistema strap de terapia en frío/calor puede funcionar en el área médica debido a su flexibilidad

para

proporcionar

terapia

de

enfriamiento

y

calentamiento

instantáneamente". – Lee Thean Chai, UCSI University Controlar y Automatizar una Planta Industrial de Proceso Continuo

Usar software NI LabVIEW para crear un sistema de automatización y control que reduce entradas, mano de obra, consumo de energía y tiempo muerto. "Las ideas detrás de nuestro sistema son una acumulación de años de experiencia industrial, pero solamente pudieron ser una realidad con NI LabVIEW. NI LabVIEW convirtió nuestros sueños en un sistema real". – Balvinder Rai, Tajna River Industries Pvt. Ltd.

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