SC

AD

Titular Curs:

l. dr. ing. Paula SPNU

Sisteme de Achiziie Date

Date de contact:

Mail: pauspa16@yahoo.com

Sala: CB 204 (facultatea IMST)

Curs

SC

AD

Numr ore curs: 28 ore;

Numr ore aplicaii: 28 ore;

Numrul de puncte de credit: 5 puncte;

Forma de evaluare: examen;

Activitile evaluate i ponderea :

60% - Evaluare pe parcurs:

- glosar curs 20%;

- activitate laborator 26%:

- teme de casa, teste , prezenta curs 14%

40% - Examen final:

Cerinele minimale pentru promovare:

obinerea a 50 % din punctajul obinut pe parcursul anului;

obinerea a 50 % din punctajul obinut la verificarea final.

Sisteme de Achiziie Date

STRUCTUR Curs

SC

AD

Sisteme de achiziie date

C U P R I N S

1.Noiuni introductive privind sistemele de achiziie de

date (SCAD)

2.Structura SCAD;

3.Clasificarea sistemelor de achiziie de date

4.Funcii ale sistemelor de achiziie de date

5.Arhitecturi

6.Soluii software pentru un sistem de achiziie de date

- LABVIEW

7.Semnale

8.Traductoare

9.Circuite de eantionare

SC

AD

Sisteme de achiziie date

C U P R I N S

9.Condiionatoare de semnal

10.Multiplexoare

11.Convertoare

12.Dispozitive multifuncionale pentru achiziia de date.

13.Placi de achiziie de date

14.Driverul NIDAQMX pentru dispozitivele de achiziie de date NI

15.Funcii specifice driverului DAQMX n LabView

16.Interfee pentru comunicaie

17.Tendine moderne n achiziia de date

SC

AD

Sisteme de msurare

Monitorizarea evenimentelor dintr-un proces, numit pe scurt i monitorizarea procesului, reprezint ansamblu de aciuni ntreprinse pentru msurarea mrimilor de stare ale procesului respectiv, cu scopul de a verifica ncadrarea acestor mrimi ntre anumite limitele impuse.

Sistem de msurare - ansamblul de dispozitive utilizat pentru determinarea valorilor uneia sau mai multor

mrimi ale procesului monitorizat.

SC

AD

Reprezentarea schematic a unui sistem de msurare

Proces,

Main sau Sistem

Ieiri Intrri

Valori

reale Valori

msurate

Sistem de

msurare

OBSERVATOR

SC

AD

Sisteme de msurare

La nceputurile utilizrii lor, majoritatea

sistemelor de msurare erau n principal de

natur mecanic: cntare, dinamometre

(msurarea forelor), manometre (msurarea

presiunilor), debitmetre etc.

Odat cu extinderea utilizrii electricitii n

aplicaiile tehnice i pe msura dezvoltrii

tehnologiei, au nceput s fie din ce n ce mai

des folosite sistemele de msurare ce au n

componena lor circuite electrice i electronice

(voltmetre, ampermetre, osciloscoape etc.).

SC

AD

Sisteme de msurare (monitorizare)

Dezvoltarea calculatoarelor i avantajele oferite de ctre acestea n privina vitezei de lucru au determinat de asemenea apariia unor sisteme de msurare ce utilizeaz microprocesoare pentru transferul i prelucrarea informaiilor.

Sistemele computerizate de monitorizare i control sunt sisteme de msurare ce conin n structura lor unul sau mai multe componente pe baz de microprocesor i care prelucreaz informaiile provenite din msurri preponderent sub form de semnale digitale.

SC

AD

Schema simplificat a unui sistem de

msurare

Procesul

monitorizat Traductor

Condiionator de

semnal

Convertor

analog -

digital

Computer Convertor

digital -

analog

Element de

comand Condiionator de

semnal

Plac de

achiziie

de date

SC

AD

Principiul general de funcionare

sistemul de msurare (sau o component a sa) este adus n

contact cu procesul monitorizat (studiat);

n urma contactului, apare un transfer de energie, datorat

variailor unor mrimi de stare ale procesului monitorizat;

energia transferat este purttoare de informaie: anumite

caracteristici ale sale sunt proporionale cu valoarea mrimii

msurate;

informaia transferat sistemului de msurare este prelucrat

pentru a determina valoarea mrimii msurate;

valoarea mrimii msurate este transferat unei componente

terminale a sistemului, de exemplu unui operator uman.

SC

AD

Structura sistemelor de achiziie date

Un sistem de achiziie date (SAD) pe baz de computer, folosit pentru a msura un fenomen electric sau fizic, este alctuit din diferite module hardware, un soft pentru achiziia de date i un computer.

Fiecare SAD este configurat n funcie de cerinele impuse de aplicaiile pentru care este folosit.

Orice SAD, are ns, acelai obiectiv comun, de a achiziiona, prelucra i prezenta informaiile despre fenomenele monitorizate.

SC

AD

Structura sistemelor de achiziie date

SC

AD

Elemente constituente ale SAD

Traductor - elemente ce convertesc mrimea de msurat ntr-un semnal electric proporional cu mrimea msurat.

Circuitele de condiionare a semnalului - cuprind orice dispozitiv ce convertete semnalul provenit de la traductor la un nivel acceptat de convertor analog digital.

Filtrele sunt folosite la ndeprtarea, (tierea) semnalelor de frecven prea mare ce nu mai pot fi convertite n mod corect de convertorul A/D folosit.

Circuite de eantionare i reinere - se folosesc nainte de multiplexare, la eantionarea semnalelor provenite simultan de la mai multe canale sau nainte de convertorul A/D circuitele de reinere pentru a preveni modificarea semnalului de la intrarea convertorului att timp cat nc mai are aloc conversia lui din analog n digital.

SC

AD

Elemente constituente ale SAD

Multiplexorul (MUX) este un selector ce conecteaz pe

rnd cte un canal la convertorul A/D.

Convertorul analog digital este inima sistemului de

achiziie convertete semnalul analogic ntr-un semnal

digital.

Generatorul de clock este o surs pentru toate impulsurile

de clock necesare tuturor dispozitivelor in vederea unei

funcionri corecte.

Memoriile RAM/ROM sunt folosite la stocarea temporar

sau permanent a datelor. Memoria RAM utilizata de sistemul

de achiziie poate fi cea a unui calculator sau poate fi dispus

direct pe placa de achiziie pentru a prelua i stoca datele de

la ieirea convertorului (pn cnd calculatorul le va putea

prelua).

SC

AD

Elemente constituente ale SAD

Convertorul digital analogic poate fi poate fi utilizat n momentul n care se dorete obinerea unor semnale analogice de control

Interfaa este un circuit ce conecteaz un element de un altul, de exemplu s conecteze un convertor de magistrala unui procesor.

Softul pentru achiziia de date. Hardul pentru achiziia de date este complet inutil fr soft, iar hardul pentru achiziie sprijinit de soft slab este cvasi-inutil. Softul este un factor

esenial n proiectarea unor sisteme de achiziie de date. n multe cazuri softul poate fi cea mai scump component a unui sistem de achiziie date.

SC

AD

Condiii impuse de procesul de msurare

Condiiile ce determin numrul i natura intrrilor i ieirilor necesare sistemului de achiziie precum i algoritmi ce se preteaz pentru manipularea i prelucrarea datelor sunt urmtoarele:

tipul parametrilor (mrimilor) monitorizate;

modul de variaie al mrimilor;

numrul mrimilor monitorizate;

dispunerea n spaiu a senzorilor sau traductorilor care preiau mrimile.

Dispunerea spaial a sistemului de msurare n raport cu procesul monitorizat ct i n raport cu calculator conduce la soluii diferite att pentru achiziie ct i pentru transmisie a datelor.

SC

AD

Generaliti privind sistemele de achiziie date

Sistemele de msurare numerice sunt cunoscute sub diferite denumiri, cum ar fi: sisteme de msurare pe baz de microprocesor, sisteme de msurare asistate de calculator, sisteme de achiziie de date etc.

Creterea performanelor calculatoarelor, la care se adaug i avantajele oferite de transmiterea numeric a semnalelor purttoare de informaie, a condus la utilizarea cu preponderen a sistemelor de msurare numerice, n comparaie cu sistemele de msurare exclusiv analogice.

SC

AD

Generaliti privind sistemele de achiziie date

Sistemele de achiziie a datelor (SAD) se

caracterizeaz prin faptul c, dintr-un anumit

punct al sistemului, unul sau mai multe semnale

electrice purttoare de informaie sunt convertite

din form analogic n form numeric, n scopul

memorrii temporale, a transmiterii, prelucrrii i

vizualizrii informaiei achiziionate.

SC

AD

Funciile sistemelor de achiziie date

preiau date - (indiferent de natura lui, semnalul aferent oricrei mrimi fizice va fi convertit n final tot n curent sau tensiune);

stocheaz date fie temporar fie permanent;

interpretarea i prelucrarea datelor n vederea lurii unei decizii se face local sau global, n funcie de complexitatea sistemului asistat i de tipul mrimii achiziionate;

transmit informaia unui centru de decizie i/sau unui operator se face conform standardelor (RS 232, 485, pentru transmisia serial, n cazul n care distana este mai mic de 200 m, transmisia prin porturi paralele (reea), transmisia prin MODEM, radio sau GSM (pentru distane mari), Wierles.

SC

AD

Funciile sistemului de msurare

Proces

fizic

Captor cu

traductoare

Condiionator

Prelucrare

Vizualizare

Stocare

Emitor Receptor

Convertor

analog - digital

Multiplexor

Preluare date

Transmitere informaie

unui element de decizie

SC

AD

Sisteme de achiziie date

Pentru controlul unui proces fizic este necesar extragerea informaiilor despre desfurarea procesului, prin utilizarea traductoarelor.

Semnalul electric obinut la ieirea traductoarelor este convertit ntr-un semnal electric cu parametrii diferii (curent, tensiune etc.), prin intermediul circuitelor de condiionare.

Pentru controlul numeric al procesului fizic se impune realizarea

conversiei semnalelor analogice n semnale numerice acceptate de sistemul de prelucrare numeric.

Semnalele numerice se obin prin prelevarea la momente de timp date, a valorilor semnalelor analogice i conversia acestor valori sub form numeric prin intermediul convertoarelor analog digitale, (CAD).

SC

AD

Clasificarea sistemelor de achiziie date

a. n funcie de protocolul

utilizat pentru

transmiterea semnalelor

numerice

b. dup numrul

canalelor prin care se

preiau informaiile

c. din punctul de vedere

al condiiilor de mediu n

care sunt amplasate

SAD cu comunicaie serial

SAD cu comunicaie paralel

SAD cu placi de achiziie de date

SAD cu calculatoare de uz industrial

SAD monocanal

cu multiplexare

analogic

cu multiplexare

numerica

SAD multicanal

SAD care funcioneaz n medii

favorabile

SAD destinate a fi utilizate n condiii

grele de lucru

SC

AD

Structura unui sistem de achiziie date cu comunicaie serial

Aparat de msur analogic

Calculator Convertor

analog - digital Interfa pentru

comunicaii seriale Interfa

pentru

comunicaii

seriale Circuite de conectare

i condiionare

Traductoare

Comenzi de

Configurare

SC

AD

Sisteme de achiziie date cu comunicaie serial

reprezint una dintre primele categorii de sisteme de msurare asistate de calculator;

au fost formate prin dotarea aparatelor de msur, cu convertoare analog digitale i cu interfee de comunicaie serial prin intermediul crora informaia privind valorile msurate s poat fi transmis unui calculator;

au vitez relativ redus de transmitere a informaiei;

sunt utilizate n cazul n care valorile mrimilor msurate variaz relativ lent;

prin montarea n calculator a unei interfee de comunicaie serial multicanal, cu funciuni similare unui multiplexor, a aprut posibilitatea ca un singur calculator s comunice simultan cu mai multe sisteme de msurare.

SC

AD

Sisteme de achiziie date cu comunicaie paralel

Viteza mare de transmitere a informaiei;

sunt utilizate pentru conectarea la calculator a unor aparate

pentru msurarea unor mrimi fizice cu variaii foarte rapide.

Performanele deosebite ale aparatelor de msur utilizate n

aceste sisteme fac ca, dei aparatele pot fi monitorizate sau

configurate de ctre calculator, prin intermediul interfeei de

comunicaie paralel, ele s conin totui componente de

vizualizare i stocare a semnalului sau alte componente ce pot

fi configurate de ctre utilizator.

Pstrarea acestor componente face posibil utilizarea

independent a aparatelor de msur, n situaiile n care

acestea nu sunt conectate la un calculator n cadrul unui

sistem de msurare computerizat.

SC

AD

Sisteme cu plci de achiziie de date

Operaia de conversie a semnalului purttor de informaie din

form analogic n form digital nu mai este efectuat de

aparatul de msur analogic ci de o component electronic

distinct, i anume placa de achiziie de date, care poate fi

montat i n calculator ;

Faptul c plcile de achiziie de date necesit ca semnalul

analogic ce le este furnizat s se ncadreze ntre anumite

limite pentru valoarea tensiunii electrice impune prezena unor

aparate de condiionare a semnalelor inserate n sistemul de

msurare ntre traductoare i placa de achiziie ;

SC

AD

Structura unui sistem de achiziie

date cu plac de achiziie

Calculator

Plac de achiziie

de date

Aparate de condiionare a semnalului

Traductoare

Convertor

analog - digital

SC

AD

Sisteme cu plci de achiziie de date

Aparatele de condiionare a semnalelor utilizate n componena

acestor sisteme sunt dedicate utilizrii ntr-o configuraie

computerizat. Ele nu posed componente de vizualizare sau

stocare a semnalelor, iar majoritatea operaiilor de configurare a

acestora sunt comandate de ctre calculator, prin intermediul

plcii de achiziie de date.

Prezena convertorului analog - digital n placa de achiziie de

date montat n calculator confer sistemului de msurare

computerizat performane i flexibilitate sporite.

Viteza de transmitere a informaiei este mult sporit n

comparaie cu sistemele cu comunicaie paralel.

SC

AD

Sisteme de achiziie date cu calculatoare de uz industrial

Utilizeaz de asemenea plci de achiziie de date i aparate

dedicate de condiionare a semnalelor

Deosebirea n raport cu sistemele din categoria anterioar

const n faptul c aceste componente, mpreun cu

calculatorul care este de asemenea dedicat utilizrii

respective, sunt realizate sub form de module ce se

monteaz ntr-un suport (asiu, rack) comun.

SC

AD

Structura unui sistem de msurare computerizat cu calculator de uz

industrial

Suport comun

Plac de achiziie de date

Aparate de condiionare a

semnalului Traductoare

Calculator de uz industrial Periferice

Elemente de comand

Periferice

SC

AD

Sisteme de achiziie date cu calculatoare de uz industrial

Suportul comun asigur etanarea i izolarea elementelor

componente fa de eventualii factori de mediu agresivi (umiditate,

praf).

n suportul comun pot fi de asemenea montate interfee dedicate

pentru comunicaia cu alte aparate de msur externe, att n modul

serial ct i n cel paralel. Aceste interfee comunic, de obicei prin

intermediul magistralelor de date ale suportului comun, cu

calculatorul de uz industrial.

Sistemele de msurare computerizate din aceast categorie sunt

utilizate n exclusivitate n aplicaii industriale de control, comand i

monitorizare a unor procese cu numr mare de puncte de msurare.