DIRGeGeIngSoMa InsperInsprosonde

LL2004

AÑO 2, NUMERO 2

Control de Tiempo Real (RT) Un paso adelante de los PLCs

Comunic

In

Clasifi

Tutorial Técnico: Comunicaciones Industriales El término “comunicaciones industriales” se refiere a la amplia gama de dispositivos de hardware, programas de software, y protocolos de transferencia de datos que forman una red que comunica entre sí computadores, controladores, instrumentos, sensores y otros elementos utilizados en ambientes industriales. En este tutorial se describe el modelo OSI para redes comunicaciones. También se explican las especificaciones que se deben conocer para conectar PLCs y otros autómatas programables (APs) a un computador. Finalmente se mencionan algunas de las redes industriales más utilizadas hoy en día. El Modelo OSI de 7 Capas El modelo OSI (Open System Interconnection) fue introducido hace décadas para definir la forma de interconexión de elementos de redes por medio de una estructura de siete capas como se muestra en la Tabla 1. Aunque este modelo es necesario para los diseñadores de redes de comunicaciones, para el usuario común es transparente. Sin embargo, conocer las bases de este modelo ayuda a los instaladores de redes a comprender y escoger los elementos correctos.

Continúa en la página 2

HIGH LIGHTS – Distribuidor Para Ecuador Av. Paucarbamba 1-160 y Manuel J. Calle Tel (07) 288 2288 Fax (07) 2817 800 hl-ni@etapaonline.net.ec Casilla1879 www.highlights.com.ec www.ni.com

Cuenca – Ecuador

ECCION: rente General, Paúl Orellana L. rente Departamental, Raúl Castro eniería de Ventas, Raúl Segarra porte y Entrenamiento, Santiago Orellana V. rketing y Eventos, Cristina Durán

trumentación y Control es una publicación iódica de High Lights – Distribuidor de National truments en Ecuador. Los nombres de los ductos y las razones sociales mencionados marcas registradas o nombres comerciales sus respectivas compañías.

IINNSSTTRRUUMMEENNTTAACCIIÓÓNN YY CCOONNTTRROO

Comunicaciones Industrialesar un PLC a una PC: Las tres piezas del

rompecabezas Opciones Académicas

tegración de Laboratorios de Electrónica,Metrología y Automatización Industrial

Solución de Usuariocación de Rosas Mediante Visión Artificial

Tutorial Técnico: Comunicaciones Industriales (viene de la portada):

CAPA NOMBRE DESCRIPCIÓN EJEMPLO 7 Aplicación Especificaciones y protocolos para aplicaciones y usuarios de redes: cómo enviar un

mensaje, cómo especificar el nombre de un archivo, como responder a solicitudes, etc. FTP, SNMP, SMTP, HTTP, Telnet, HTTP

6 Presentación Representación de los datos. Traducción de datos. Codificación y Decodificación. 5 Sesión Establecimiento de sesión de comunicaciones. Seguridad. 4 Transporte Integridad de transferencia, corrección de errores. Los datos son empaquetados en

tamaños manejables. Encargada de reenviar mensajes fallidos, y no duplicar mensajes correctos.

TCP, UDP

3 Red Asignación de dirección, métodos de transmisión de paquetes, enrutamiento IP 2 Enlace Formato y transmisión de la trama Ethernet: CSMA/CD 1 Física Componentes físicos básicos: cables, conectores, velocidades, valores de voltaje, etc. Ethernet Cable Cat.5 (8hilos)

Tabla 1: El modelo OSI fue introducido para definir una red por medio de una estructura de siete capas REDES INDUSTRIALES Llevan este nombre las redes de comunicaciones instaladas en ambientes industriales como manufactura, laboratorios, bodegaje, etc. Se diferencian con las redes corporativas utilizadas en ambientes “de oficina” en aspectos como robustez, inmunidad al ruido, confiabilidad, etc. COMUNICACIONES PC-AP APs (Autómatas Programables) son aquellos equipos que cumplen funciones de control automático de procesos. Esta clasificación incluye:

- PLCs (Controladores Lógicos Programables). - Controladores de Procesos, equipos de lógica de

control predeterminada con parámetros configurables por el usuario (lazos PID, control On/Off, etc.).

- Controladores de Tiempo Real (FieldPoint RT, tarjetas DAQ, PXI-RT).

- Sensores con capacidad de comunicación o lógica de control asociada (medidores de energía eléctrica, válvulas y sensores inteligentes, etc.).

- Computadores equipados con el hardware y software necesarios para desempeñar funciones de control.

Dada la aceptación universal de estos dispositivos en todo tipo de aplicaciones que requieren control automático de procesos, es evidente la necesidad de conectarlos entre ellos para ampliar las capacidades de control, y conectarlos a PCs para crear sistemas de monitoreo, control interactivo, cambio de parámetros en línea , sistemas HMI y SCADA. ESPECIFICACIONES DE COMUNICACIONES Habiendo revisado las redes de comunicación industriales queda claro que para comunicar un AP con un PC es necesario conocer las diferentes capas del modelo de comunicaciones OSI que utiliza cada elemento de la red. En el caso más general se tiene un AP (por ejemplo un PLC) y se requiere conectarlo a un computador. Las tres “piezas” que se deben tomar en cuenta para la conexión son:

1. Red Física - conectores, cables, adaptadores... 2. Protocolo - Modbus, ASCII, Optomux... 3. Driver - software que comunica el programa de aplicación

con el AP hablando el protocolo indicado Por ejemplo: Se utiliza un PC con LabVIEW y se quiere comunicar con un PLC Telemecanique modelo Nano que tiene un puerto RS-485 (capa física necesaria: tarjeta PCI-485/2, cable apantallado de 4 hilos + gnd, conectores Combicon) y que utiliza Modbus (protocolo). Para que LabVIEW hable Modbus es necesario el Driver de comunicaciones (National Instruments OPC Industrial Automation Drivers). Es necesario notar que algunos protocolos especifican también la capa física, pero en algunos casos se requiere de un

hardware especial. Es el caso de Profibus-DP, que aunque se comunica mediante RS-485, no se puede utilizar una tarjeta genérica, sino específicamente una tarjeta Profibus RS-485. REDES SERIALES Serial es un protocolo de comunicaciones muy común en PCs e instrumentos. Las tres versiones más utilizadas son: RS-232 (ANSI/EIA-232) ha sido el puerto estándar en PCs compatibles IBM, aunque actualmente está siendo reemplazado por USB, y en el futuro quizás por Firewire. Utiliza conexión desbalanceada, referenciando cada señal a la tierra del puerto. Otra característica es que solamente soporta conexión punto a punto (2 dispositivos). RS-422 (EIA RS-422-A) es la conexión serial utilizada originalmente en las computadoras Apple de Macintosh. Utiliza conexión diferencial, lo que mejora su inmunidad al ruido y permite extender el cable mayores distancias soportando hasta 10 dispositivos. RS-485 (EIA RS-485) es una red RS-422 mejorada, pues soporta hasta 32 dispositivos y define las características eléctricas necesarias para asegurar voltajes adecuados bajo máxima carga. Su alta inmunidad al ruido, capacidad de múltiples dispositivos y su sencillez (puede operar con dos o con cuatro cables) la hacen muy utilizada en dispositivos industriales. Puesto que RS-485 es una versión mejorada de RS-422, todo dispositivo RS-422 puede ser controlado por una tarjeta RS-485. Existen en el mercadoconversores de RS-232 a RS-485. Mayor información en www.ni.com/serial.

ETHERNET Originalmente desarrollado por Xerox, Digital e Intel en la década de 1970, hoy es el estándar IEEE 802.3, y es el tipo de red más popular en aplicaciones de tecnología informática y redes corporativas. Ethernet utiliza un protocolo de enlace CSMA/CD (Carrier Sense, Multiple Access, Collision Detect) el cual, cuando una estación está lista para enviar los datos y detecta que la red está libre, publica su trama en la red con la dirección del destinatario. Todas las estaciones escuchan los datos, pero solamente la destinataria responde. Este sistema es capaz de interrumpir la transmisión si detectó una colisión, e intenta retransmitir los datos luego de una espera de tiempo aleatoria. En la especificación estándar IEEE 802.3, Ethernet trabaja a 10 Mb/s, su topología es multimodo, y soporta hasta 1,024 nodos en par trenzado, fibra óptica o cable coaxial. Otras definiciones de Ethernet amplían sus características a

RS-232 RS-422 RS-485 Ancho de Banda 230 kb/s 10 Mb/s 10 Mb/s Max. Numero de Dispositivos

1 10 32 (depende del sistema)

Max. Longitud de Cable

15 m 1220 m 1220 m

100Mb/s, autonegociación de velocidad, y la nueva tecnología Gigabit Ethernet amplía la velocidad hasta 1000 Mb/s. Algunos medios físicos utilizados por Ethernet son cable coaxial, par trenzado, y fibra óptica (definidos por 10Base5, 10Base2, 10BaseT, 10BaseF, etc.). Es importante entender que Ethernet define solamente la capa física y de enlace, mas no el protocolo.

Aunque para ambientes corporativos las redes Ethernet pueden resultar muy económicas y sencillas de instalar, es necesario tomar en cuenta que para ambientes industriales es preferible utilizar elementos más robustos, lo cual encarece su costo. Sin embargo, la creciente cantidad de dispositivos que soportan Ethernet, junto con la estandarización de protocolos estándares en la industria como TCP/IP y OPC hacen de esta red una elección atractiva para sistemas donde se requiere conectividad abierta e interoperabilidad entre sistemas y plataformas. Existen por ejemplo conversores GPIB/Ethernet, RS-232/Ethernet, etc. FIELDBUS La Fundación Fieldbus es una organización de más de 120 compañías que fabrican más del 80% de productos Fieldbus a nivel mundial. Fieldbus es una red industrial diseñada específicamente para aplicaciones de control de procesos distribuidos, creada sobre tecnologías existentes siempre que sea posible, incluyendo trabajo conjunto con ISA, IEC, Profibus, FIP, y HART. La tecnología Fieldbus contempla las capas física, de enlace (communications stack), y de Usuario (no definida en el modelo OSI). No implementa las capas de 3 a 7 porque los servicios de éstas no son requeridos en aplicaciones de control de procesos. Fieldbus utiliza dos Capas Físicas: H1 (31.25 kb/s) y High-Speed Ethernet (HSE), que puede correr el mismo protocolo Fieldbus a 10 ó 100 Mb/s. En la Capa de Enlace, el Communication Stack hace de interfaz entre la capa de usuario y la capa física. Fieldbus define una Capa de Usuario única basada en bloques de funciones que permiten al usuario comunicarse y programar dispositivos Fieldbus como PLCs, sensores y actuadores autónomos (puntos de Entrada/Salida ó E/S), permitiendo distribuir el control en la red. Más información en: www.fieldbus.org PROFIBUS Ahora reglamentado por el estándar alemán DIN 19245, es el sistema Fieldbus líder en Europa y utilizado ampliamente en sistemas de control distribuido al rededor del mundo. Más de 650 compañías componen el grupo de desarrollo de Profibus, desarrollando su tecnología de modo es aplicable tanto para aplicaciones de alta velocidad y de tiempo crítico con los puntos de E/S, como en comunicaciones complejas entre controladores. Varios modeles de PLCs de Siemens utilizan este protocolo. Se necesitan tarjetas de comunicación RS-485 especiales (fabricadas por Applicom). Existen tres versiones: Profibus-DP está diseñado para aplicaciones de bajo costo y alta velocidad entre controladores y puntos de E/S distribuidos mediante líneas de 24V ó 0-20 mA. En esta red, controladores centrales –como PLCs ó PCs – se comunican con dispositivos

de campo distribuidos – como E/S, drives y válvulas – por enlace serial de alta velocidad, normalmente de manera cíclica. Profibus-DP utiliza las capas 1 (usualmente RS-485 y fibra), 2 (Fieldbus Data Link) y de Usuario. Las capas de 3 a 7 no están definidas. Profibus-FMS está diseñada para comunicaciones de propósito general entre controladores (normalmente PLCs) y PCs. Es el único miembro de la familia que, además de las capas 1,2 y de Usuario, define la capa 7 (de Aplicación) que hace posible acceder a variables, transmitir eventos, enviar programas y controlar su ejecución. RS-485 es la capa física más utilizada para Profibus-DP y FMS, con velocidades de 9.6 kb/s a 12 Mb/s, y 32 dispositivos. Utilizando repetidores puede ampliarse a 127 estaciones. La longitud del cable depende de la velocidad de transmisión. Profibus-PA está diseñada específicamente para automatización de procesos, utilizando la capa física estándar internacional Fieldbus (IEC 1158-2) definida para sensores y actuadores alimentados por el propio bus y dirigido para áreas donde se requiere seguridad intrínseca. Profibus-PA extiende el protocolo Profibus-DP para transmisión de datos, siendo posible unir ambas redes por medio de acopladores de segmentos. Más información en: www.profibus.com OTRAS REDES Existen muchas otras redes no cubiertas en este tutorial. Se recomienda investigar en especial sobre HART, CAN, DeviceNet, GPIB, y redes propietarias de fabricantes. En la página www.ni.com puede hallar información y enlaces útiles. OPC : ESTÁNDAR DE COMUNICACIONES OPC (OLE for Process Control) define un interfaz de comunicaciones abierto y estándar basado en tecnologías Microsoft COM, DCOM y ActiveX y cuya meta es comunicar dispositivos de campo como APs, computadores, e incluso programas. OPC está reemplazando a DDE y sus derivados –como NetDDE– debido a que la confiabilidad y eficiencia de ésta antigua tecnología era limitada. La especificación OPC documenta un conjunto de interfaces COM definiendo objetos, métodos y propiedades, y DCOM permite comunicar éstos mediante una red (que puede ser ethernet, serial, etc.). Actualmente, desarrolladores de software y hardware incluyen soporte Cliente y Servidor OPC, de modo que la comunicación entre ellos está garantizada.

Por ejemplo, LabVIEW soporta OPC como cliente y como servidor. Si se tiene un PLC cuyo driver es compatible con OPC, la comunicación está garantizada (suponiendo que la red está correctamente instalada). Así mismo, se puede equipar a LabVIEW con el conjunto de drivers OPC de National Instruments y así comunicarse con más de 90 PLCs de diferentes marcas y modelos. Más información en www.opcfoundation.org y en www.ni.com/opc

Santiago Orellana V. Soporte y Entrenamiento

Aplicacion de Software HMI/SCADA, Planificación, Oprimización

SISTEMA SCADA MONITOR

PLC FieldPoint DAQ Fieldbus

Soporte OPC

Aplicación

Transporte

CAPAS OSI

Red

Enlace/Física 1,2

7

4

3

FTP DNS Telnet HSE/FF

TCP UDP

IP

Leased Ethernet Tkn. Rg. arpanet

TCP/IP Internet Protocol Suite

Modelo OSI y su relación con Ethernet

Ultimas Tecnologías Control de Tiempo Real (RT) Aunque los PLCs siguen siendo fundamentales en ambientes industriales, cada vez surgen nuevas aplicaciones que requieren las características de las PCs como procesadores de punto flotante (en contraste con la lógica puramente digital de los PLCs), RAM, comunicación y publicación de datos en red, herramientas de software poderosas e interfaces gráficas más avanzadas. Los sistemas de control de Tiempo Real cumplen con las características de robustez para ambiente industrial de los PLCs y con las ventajas de los PCs. INTRODUCCION Es necesario entender algunos términos técnicos relacionados con los sistemas de Tiempo Real (Real-Time ó RT) antes de explicar sus ventajas, equipos y aplicaciones. También es necesario aclarar que utilizaremos términos en inglés por ser éstos los que se encontrarán en bibliografía sobre el tema. Control de Tiempo Real El primer término a esclarecer es justamente lo que se entiende por Tiempo Real. Una concepción general es que RT significa realmente rápido. Según esta interpretación, cuando vemos por ejemplo un gráfico que muestra la temperatura en función del tiempo, de modo que en la pantalla aparece la temperatura actual, decimos que es un gráfico de tiempo real. Es decir, la pantalla va graficando lo que sucede en este momento, y no solamente datos históricos pasados. Este concepto es válido en sistemas en los cuales un retraso de tiempo que va desde algunos milisegundos hasta a unos diez segundos no es importante, como en sistemas de monitoreo, HMI y SCADA. Cuando hablamos de sistemas de Control RT, el concepto cambia. Una definición válida es: Respuesta de Tiempo Real es la capacidad de un sistema de responder a un evento o ejecutar una acción de manera determinística, confiable, y garantizada dentro de un período de tiempo determinado. Los parámetros que caracterizan un sistema de control son los siguientes. Tiempo del Lazo de Control La mayoría de sistemas RT controlan un sistema físico comparando el estado actual con el estado deseado, y entonces estimulando el sistema físico basándose en una lógica de control. El tiempo que toma ejecutar este lazo es el tiempo del Lazo de Control. Éste varía según las necesidades y complejidad del sistema.

Determinismo El determinismo mide la consistencia del intervalo de tiempo especificado entre eventos. Es la capacidad de responder a eventos externos o ejecutar acciones dentro de un período de tiempo determinado. Muchos algoritmos de control, como PID, requieren un comportamiento muy determinístico. Por ejemplo, un péndulo invertido necesita intervalos de tiempo no sólo cortos sino de duración muy precisa para mantener la

estabilidad. Un sistema de tiempo real es muy determinístico, o predecible. Jitter Todo sistema de control tiene un tiempo de duración de lazo teórico o deseado, pero en la práctica el lazo dura más o menos tiempo. La diferencia de tiempo entre la duración deseada y la real es llamada Jitter (fluctuación). Generalmente el sistema de control corre en forma cíclica, y cada iteración tendrá su propio Jitter.

Un Jitter del orden de los nanosegundos califica un sistema como RT, mientras sistemas operativos que no son RT tienen Jitters muy largos o ilimitados. Latencia Describe la cantidad de tiempo que le toma al sistema responder a un evento. Este concepto es importante en respuesta a estados alarmas, los cuales no son periódicos sino randómicos. Un sistema RT garantiza una latencia de “peor caso”, que es la respuesta más lenta que puede existir. “Hard Real-Time” y “Soft Real-Time” Una aplicación de tiempo real puede ser calificada según su desempeño. Un sistema Hard RT debe ser muy determinístico y nunca pierde un evento, como en el dinamómetro de un motor en el cual, si se pierde un evento, la interpretación de los datos será incorrecta. Por otro lado, un sistema Soft RT puede eventualmente perder datos sin provocar defectos en el funcionamiento, como en un control de temperatura lento donde el control se basa también en datos históricos SISTEMAS OPERATIVOS DE TIEMPO REAL El núcleo de una aplicación de software RT es un Sistema Operativo de Tiempo Real (RTOS). Una de las diferencias principales entre RTOS y de propósito general es la capacidad de garantizar una latencia de “peor caso”. En un OS de propósito general, un evento entrará en una cola, pero el sistema operativo lo tramitará solamente cuando haya terminado su tarea actual y cuando haya tramitado todos los eventos anteriores de la cola. Estos OS tienen una latencia indeterminada. Por otro lado, un RTOS puede detener el proceso actual para atender al evento dentro, asegurando una latencia de “peor caso”. Para que un sistema de control sea RT, todas sus partes deben serlo. Por ejemplo, LabVIEW corriendo bajo Windows no garantiza correr en tiempo real, pues el tiempo de ejecución varía según muchos factores como solicitudes de interrupción, entradas de teclado y ratón, utilitarios de disco, programas corriendo detrás, comunicaciones de red, etc. Se puede mejorar la respuesta del PC deshabilitando todos los otros programas y drivers, e incluso desconectando los periféricos. Finalmente se puede escribir drivers más efectivos que accedan directamente al hardware, pero aún así, Windows tiene la capacidad de apropiarse de la aplicación de LabVIEW,

Itera

ción

#

4 3 2 1

Tiempo de Lazo Deseado

Jitter Máximo

Tiempos de Lazo de Control

entrada Cálculo PID

salida

Lazo de Control PID Típico

Tiempo de Lazo: 250 ms

aunque ésta corra con nivel de alta prioridad, de modo que todavía no se garantiza la ejecución en tiempo real. Por estas razones, Windows no es un sistema operativo de tiempo real. SISTEMAS DE TIEMPO REAL NI National Instruments tiene un conjunto completo de herramientas para crear sistemas de control de tiempo real de manera sencilla, sin perder el poder y la flexibilidad de programación de bajo nivel. Un sistema de control RT está compuesto de tres elementos: el software, el hardware, y la aplicación. Software RT Existen varias capas de software. La primera es el Firmware, que es comparable al BIOS. La segunda es el sistema operativo y drivers, que conforma la base de software sobre la cual funciona todo el resto de programas. La tercera capa es el LabVIEW Real Time Engine, que es el motor que permite ejecutar los programas creados en LabVIEW. La capa final es la aplicación, que es el programa realizado por el usario, y de la que se hablará en detalle en un siguiente punto. Hardware RT Es el equipo físico que contiene básicamente un procesador, memoria, módulos de entrada y salida de señales, y alguna forma de comunicaciones. NI ofrece cuatro opciones de hardware RT para diferentes aplicaciones. 1. Tarjetas DAQ. Van insertadas dentro del computador, y

están compuestas de una tarjeta madre que contiene el procesador y la memoria, y de una tarjeta hija que se encarga de la entrada y salida de señales.

2. PXI. Son computadores industriales que constan de un chasis en el cual, en la primera ranura va el procesador, y en las restantes se pueden insertar todo tipo de módulos PXI, similares a PCI: Tarjetas DAQ, de Adquisición de Imágenes, de Movimiento, Instrumentos (osciloscopios, multímetros, analizadores de espectros, etc.), GPS, etc. También existen versiones de chasis que incluyen ranuras para acondicionamiento de datos (señales de hasta 1000 V, termocuplas, LVDT, relés, y todo tipo de sensores).

3. FieldPoint y Compact FieldPoint. Son sistemas

modulares, parecidos en su forma a PLCs, conformados por un módulo inteligente que contiene el programa y el sistema de comunicaciones, y módulos de E/S para todo tipo de sensores.

4. CompactVision. Es un equipo diseñado para adquisición y análisis de imágenes, permitiendo conectar hasta 3 cámaras digitales IEEE 1394 (Fire Wire). Tiene extensiones para E/S digitales, trigger, monitor, serial y ethernet. Los programas son construidos con LabVIEW Imaq Vision.

Aplicación El paradigma de programación de sistemas de tiempo real de National Instruments es el siguiente: a. El programador crea su aplicación utilizando LabVIEW

bajo Windows. Puesto que la aplicación final correrá en un sistema operativo RT, el programador puede utilizar TODAS las herramientas de LabVIEW que no sean propietarias del sistema operativo Windows (como lo son ActiveX, DDE, etc.). Todo el resto de funciones matemáticas, de E/S, escritura en disco duro, estructuras, etc. están disponibles. También bajo Windows se prueba y depura la aplicación hasta dejarla lista para correr.

b. Una vez que el programa está listo para correr, se dirige la ejecución al hardware de tiempo real. Esta operación se llama Switch Execution Target, y se logra con una simple selección del menú de LabVIEW. Entonces el programa es descargado al hardware RT mediante una simple instrucción: Download Application. De esta manera el programa reside en el hardware RT y está listo para correr.

Comunicaciones Para que el sistema funcione de manera más determinística es preferible que tenga el menor interfaz de usuario posible; es decir, no lleva teclado, ratón, impresora, etc. Incluso es preferible limitar el monitoreo local a pantallas de caracteres ASCII de pocas líneas. Sin embargo en la mayoría de los casos es necesario comunicar el sistema RT con un PC cliente donde reside el programa de monitoreo. Esta comunicación se puede hacer de varias formas, entre las cuales Ethernet es la más utilizada. La aplicación RT publica sus datos en la red utilizando protocolos como TCP/IP, FrontPanel, ó DataSocket, de modo que cualquier computador conectado a la red y con los permisos de acceso debidos puede leer estos datos. La comunicación puede hacerse también en sentido inverso para cambiar parámetros desde el PC, descargar recetas, realizar operaciones de control basadas en el sistema SCADA, etc. Otra característica de los sistemas RT de National Instruments es que soportan FTP, por lo tanto se pueden transferir archivos utilizando el Explorador de Windows. Registro de Datos A menudo se necesitan registrar datos de forma confiable. Todos los sistemas RT de National Instruments poseen memoria no volátil para almacenar no solamente los programas sino también datos, reportes creados desde LabVIEW. Ya que los sistemas RT soportan FTP, recuperar los datos desde el PC es tan fácil como abrir el Explorador de Windows y direccionar al dispositivo RT (por ejemplo ftp://192.168.10.30) y copiar los reportes al disco duro del PC. Los tamaños de las memorias varían desde 32 MB en FieldPoint hasta discos duros de varios GB en PXI. Mayor información en www.ni.com/realtime.

Ing. Raúl Segarra E. Ingeniero de Ventas

taa@etapaonline.net.ec

Solución De Usuario Clasificación de rosas mediante visión artificial. El Desafío Crear una máquina clasificadora de rosas que disminuya la manipulación y maltrato de la flor tomando en cuenta los parámetros de exportación, y suministrar una base de datos al floricultor sobre dimensiones de la rosa que determinan los procesos técnicos de los floricultores en campo. La Solución Implementar un diseño Mecánico, Neumático, Electrónico, Iluminación, un software que analice y controle automáticamente la máquina mediante LabVIEW, IMAQ y FieldPoint. Introducción Desde el inicio de la floricultura en Ecuador, la alta competitividad empresarial y la internacionalización creciente de los mercados para la exportación de productos perecibles han determinado objetivos de calidad que han sido ampliamente incrementados. Tomando en cuenta el resultado del entorno competitivo, la empresa florícola se ve sometida a grandes y rápidos procesos de cambio en búsqueda de su adaptación a las demandas de mercado internacional, neutralización de los avances de su competencia, o simplemente como maniobra de cambio de estrategia al verse acortado el ciclo de vida de alguna de sus variedades de rosas. Ello obliga a mantener medios de producción adecuados que posean una gran flexibilidad y puedan ser modificados oportunamente. La máquina para el proceso de post cosecha es un sistema inteligente que disminuye notablemente la manipulación de la rosa, incrementa la velocidad de proceso, obtiene exactitud en la clasificación y mantiene una base de datos que apoya a las estadísticas de planeación y programación para trabajos en campo. Esto se refleja en una cuantiosa ganancia económica para la empresa. Descripción Técnica Luego de realizar un estudio del proceso de post cosecha en lo que tiene que ver a la clasificación de la rosa, decidimos implementar un sistema de visión artificial , debido a que este medio no tiene contacto físico con el objeto. La máquina consiste en una banda que transporta la rosa en forma vertical, llega hasta una sección denominada escaneo, en donde sensores captan la presencia de la flor y su posición, enviando una señal hasta un FP-DI-301 que dispara el trigger por software de la tarjeta de adquisición de imágenes IMAQ 1409, y ésta a las cámaras para la adquisición de imagen. La resolución de 640 x 480. Para medición de longitud y ancho del tallo se usaron dos cámaras Firewire y el driver de National Instruments IEEE-1394.

La técnica de iluminación para visión artificial diffuse backlight nos da una mejor contraste entre el fondo y la silueta de la rosa, esto favorece el proceso de la imagen, tanto en filtros, Threshold y morfología, luego se toma medidas de longitud, diámetro, rectitud de tallo, longitud y diámetro de botón, y con la cámara superior se adquiere la tonalidad de la rosa. Los datos mencionados se guardan en archivos *.xls que se crean automáticamente por año\mese\dia y variedad.

Luego de que la flor ha pasado una previa selección para exportación, se procede a realizar una comparación entre la orden de trabajo diario que se alimenta al software, y los diferentes parámetros antes expuestos, de tal forma que asigne una posición de descargar, para que la flor salga de la banda mediante la acción de cilindros neumáticos que son controlados por un FP-DO-401. La selección tiene la finalidad de formar bounchs (arreglos de rosas) homogéneos, que cumplan con todo los requerimientos de la orden de trabajo y de exportación. Existen 12 puestos de descarga en donde el software da prioridad a la orden de trabajo. Al finalizarla realiza un bounch de stop. Todo este proceso tiene una velocidad de dos rosas por segundo, con el objetivo de acaparar en 10 horas una producción promedio en los meses de mayor exportación. Mediante un software solidario también desarrollado en LabVIEW se puede acceder hasta los diferentes archivos o base de datos, de los cuales puede sacar una estadística por variedad, y de manera diaria, mensual o si desean se ubica la fecha de inicio y la fecha final de exploración. Estos datos se representan en un pie chart de porcentajes, que a su vez determinan las diferentes programaciones de fumigación, alimentación de suelo y otros factores que influye en el cultivo del producto. Conclusión El sistema de clasificación por visión artificial ha logrado reducir considerablemente la manipulación y maltrato a la rosa. Además, ha suministrado proyecciones reales de trabajos en campo. Todo esto se refleja en los ingresos económicos de la empresa. En la actualidad está en desarrollo una aplicación para clasificar el punto de corte o grado de apertura del botón que es un factor predominante en la selección de rosa. Autor. Ing. Williams Villalba C. Empresa Auspiciante. Jardines Piaveri Tel. (+593) – 3 – 271 0516 Móvil (+593) – 9 – 989 1223 Latacunga, Ecuador

Opciones Académicas de National Instruments Integración de Laboratorios Educativos Con LabVIEW Interconexión y Flexibilidad Una de las ideas subyacentes en todos los productos de National Instruments es su interoperabilidad; es decir, “que todo se comunique con todo”; y el enlace es LabVIEW. Este paquete de software, junto con sus herramientas adicionales, permite comunicarse con prácticamente cualquier dispositivo mediante las más variadas formas, desde las estándares hasta las más novedosas. La otra característica de los sistemas de NI es su facilidad de operación y programación sin perder la capacidad y flexibilidad característica de sistemas de más bajo nivel. Estas características son muy atractivas en el ámbito académico de Ingeniería y Ciencias, pues con el mismo paquete se pueden realizar prácticas de laboratorios de electrónica, potencia, metrología y automatización industrial. La facilidad de instalación, configuración y programación permite aprovechar el tiempo de investigación para interpretar los datos en lugar de pasar horas montando el sistema y escribiendo el programa. Nueva Herramienta: Laboratorios de Electrónica Además de las tarjetas de adquisición de datos existe una amplia gama de herramientas para laboratorios de electrónica. La más novedosa es ELVIS (Suite de Instrumentos Virtuales para Laboratorios Educativos). Consiste en una base que contiene las fuentes de alimentación, generadores de ondas, y el interfaz con la tarjeta DAQ. Sobre esta base se instala un protoboard donde se arman los circuitos electrónicos. La base se conecta a la tarjeta de adquisición de datos (instalada dentro del computador) por medio de un cable. En el computador corre el conjunto de instrumentos basados en software. Estos instrumentos son:

• Osciloscopio • Multímetro • Generador de Funciones • Fuente de Poder Variable

• Analizador de Bode • Generador de Forma de Onda Arbitraria • DSA • Analizador Corriente/Voltaje

Estos instrumentos pueden controlarse también desde LabVIEW, de modo que se pueden crear programas que automáticamente modifican el voltaje de la fuente de poder, cambian la frecuencia de los generadores, miden ondas con el osciloscopio, o toman datos del multímetro digital.

Aplicaciones Con PLCs, Instrumentos y Sistemas RT Con las herramientas adecuadas, LabVIEW puede comunicarse con más de 90 PLCs por medio de drivers basados en OPC. En el mercado existe una enorme variedad de drivers adicionales compatibles con LabVIEW para modelos que no estén incluidos en las herramientas propias. También existe una librería de más de 2,200 drivers para instrumentos de más de 150 fabricantes. Finalmente, LabVIEW puede crear aplicaciones que corren en hardware de Tiempo Real para control determinístico de procesos. Comunicaciones y Trabajo Interaplicaciones Además de OPC, LabVIEW tiene disponible una serie de herramientas adicionales para comunicación, tanto entre computadores y hardware como con otras aplicaciones: ActiveX, DLL, DDE, Comunicación con bases de datos mediante tecnología ADO y funcionalidad completa SQL mediante funciones de alto nivel (sencillas de usar sin necesidad de conocer programación SQL), compatibilidad ODBC, generación de reportes Estándar, HTML, Word y Excel, interfaz con paquetes matemáticos como Wolfram Research Mathematica, MathSoft Mathcad, y The MathWorks MATLAB. LabVIEW puede enviar correos electrónicos con datos adjuntos mediante SMTP, trabaja en FTP, UDP, TCP/IP,

DataSocket, IRDA (para comunicaciones inalámbricas), soporta CGI y sesiones TELNET y .NET. Además, desde LabVIEW pueden controlarse, leerse y escribirse completamente los puertos del computador y los registros de memoria, de modo que el usuario puede escribir su propio protocolo de comunicaciones. Nuevas Herramientas: PDA y FPGA LabVIEW puede ahora descargarse a PDAs (Personal Digital Assistant) Palm OS y Pocket PC OS. El programa es escrito y depurado bajo Windows y luego se descarga a la agenda digital mediante 802.11b, IrDA o RS-232. Mayor información en www.ni.com/fpga. Otra herramienta nueva es FPGA (Field-Programmable Gate Array), la cual permite, en combinación con el hardware FPGA, reconfigurar estas tarjetas DAQ mediante LabVIEW. Mayor información en www.ni.com/fpga.

Elvis Workstation

Cable

LabVIEW

Elvis – Software ( 8 instrumentos)

protoboard

ELVIS es un sistema que combina hardware y software para crear laboratorios de electrónica basados en PC. Contiene 8 instrumentos prefabricados, y utilizando LabVIEW se puede crear un ilimitado número de instrumentos personalizados.

Tarjeta DAQ

Convenios Académicos En High Lights – Distribuidor de National Instruments en Ecuador estamos comprometido con el sector académico del país ofreciendo descuentos fijos en software, hardware y entrenamiento para instituciones educativas. En un esfuerzo por ampliar la cooperación con el sector académico hemos creado paquetes que incluyen las herramientas más útiles para educación e investigación con descuentos todavía mayores. También hemos creado un Convenio Académico según el cual las instituciones pueden acceder a productos y servicios de muy bajo costo. A continuación describimos algunos de estos paquetes con sus respectivos descuentos. Starter Kit DAQ: 65% Es un paquete de iniciación que incluye LabVIEW FDS, una tarjeta DAQ multifunción (analógicas y digitales, cable y bornera. Es posible escoger entre varios modelos de tarjetas y bloques según las necesidades del laboratorio. Este paquete es recomendado para instituciones que por primera vez incursionan en el área del control e instrumentación basado en PC. Bloques Conectores Educacionales: 37% Los bloques conectores educativos son borneras con opciones especiales que se conectan a las tarjetas DAQ por medio de un cable. El SC-2075 es un protoboard al que se puede alimentar con +/- 15V, conecotres BNC & banana, interruptores de corriente interna (de la tarjeta DAQ o de la fuente externa), terminales de resorte, LEDs de estatus para líneas digitales. El BNC-2120 contiene conectores BNC para AI/AO, dos conectores BNC configurables, encoder de cuadratura, conector para termopar, sensor de temperatura tipo IC, generador de funciones, terminales de tornillo, LEDs para líneas digitales.

LabVIEW Real-Time Starter Kit: 63% Incluye LabVIEW Real Time FDS, mas el toolkit de herramientas para diseño y simulación de sistemas de control (PID, Fuzzy Logic, Advanced), Tarjeta Real Time PCI-7030/6040, Cable SH6868 y bloque conector CB68-LP. Estación De Instrumentos Basados en PC: 56% Contiene, además de LabVIEW FDS, tres instrumentos para bus PCI: Osciloscopio (NI-5102), Múltímetro Digital (DMM NI-4060), y Generador de Funciones (NI-5401). Conjunto DSA (Análisis Dinámico de Señales): 56% Contiene LabVIEW FDS, herramientas para análisis de sonido y vibración (disponible solamente para Windows), tarjeta DSA DAQ PCI-4451, conector BNC-2140 y cable SHC68-C68-AQ. Conjunto Académico PXI (Computador Industrial): 48% Incluye el chasis PXI-1000B, controlador PXI-8176, LabVIEW FDS, y una selección de dos módulos de una selección de los seis más utilizados (DMM, Osciloscopio, IMAQ, DAQ-MIO, Generador de Funciones, DIO), y equipo interfaz adecuado para módulos DAQ.

Cursos de Capacitación: del 20% al 100% Dependiendo de la cantidad de asistentes, de los equipos adquiridos, y de la adhesión al convenio académico, High Lights – National Instruments Ecuador ofrece descuentos que varían desde el 20% hasta el 100%. También están disponibles charlas y seminarios técnicos sobre instrumentación y control sin costo. Licencia de Sitio: Software Académico: 89% La Licencia de Sitio Departamental está disponible para instituciones académicas acogidas al convenio académico. Incluye un número de licencias ILIMITADO para todos los computadores de la Facultad o Departamento en la que se imparta la materia. El software contenido es el paquete LabVIEW Profesional (permite crear ejecutables) para todas las plataformas disponibles (Windows, Mac, Linux, Unix) con todas sus herramientas adicionales, como Real Time, DSC (para aplicaciones HMI/SCADA), IMAQ (para visión artificial), control y simulación, Measurement Studio (para usuarios de C y Visual Basic), Enterprise Conectivity (comunicación con Bases de datos, SPC, Internet), OPC Drivers (para comunicarse con PLCs), etc. Además, al estar considerado LabVIEW como un lenguaje de programación, la literatura que se encuentra es cada vez mayor. Una fuente de recursos para adquirir libros de LabVIEW, además de National Instruments, son las librerías de Internet como Amazon.

LabVIEW Edición Estudiantil: 98% Es un paquete dirigido EXCLUSIVAMENTE a estudiantes o profesores para su uso personal. Su adquisición está limitada a una copia por persona, previa presentación de un certificado de la institución educativa indicando su pertenencia al centro. Es el equivalente a la versión Full Development System; es decir, no tiene limitaciones en cuanto al número de E/S, comunicaciones, ni tiempo de expiración. Algunas herramientas adicionales pueden no funcionar. En el panel frontal aparece la leyenda “Student Edition”. El software además incluye el paquete de análisis matemático HiQ. Si usted está interesado en beneficiar a su institución con las ventajas del convenio académico de High Lights – Distribuidor de National Instruments En Ecuador, póngase en contacto con:

Ing. Raúl Castro M. Gerente Departamental

hl-ni@etapaonline.net.ec