Instrumentatie Virtuala

Responsabil curs: conf. dr. ing. Rodica Holonec

Departamentul: Electrotehnica si Masurari

1

Instrumentatie Virtuala

• Cursul: 2 ore/saptamana sala 318

• Laborator: 2 ore/saptamana sala 206 (Dorobantilor)

• Nota finala:

– 10% laborator

– 20% teme

– 30% examen practic (pe calculator)+proiect

– 40% examen scris

2

Sisteme de instrumentatie

• Instrumentatie-este definita ca stiinta (arta) masurarii si controluluisi se refera la totalitatea metodelor si instrumentelor utilizate in acestscop.

• Masurare-Se refera la

– operatia de prelevare (achizitie) a marimilor electrice sauneelectrice (dar convertite in semnale electrice)

– prelucrarea, analiza si afisarea datelor de masurare in scopulluarii unei decizii

Sistem de

instrumentatie

Proces

Traductoare

Om

Sistemul de instrumentatie in procesul de masurare

3

Sistemul de instrumentatie in controlul

unui proces

4

Evolutia sistemelor de instrumentatie

• 1.Sistemele de instrumentatie simple

– Aparatura de masurare traditionala (control manual de la panoul frontal)

• Electrica (electromecanica)

• Electronica: analogica si digitala

• 2.Sisteme de instrumentatie inteligente:

– Aparatura de masurare programabila (control manual si prin program)

• Masurare, prelucrarea informatiei, corectiarezultatelor, controlul conditiilor de masurare (deriva, zgomot, neliniaritate, calibrare, etc)

5

• 3.Sistemele de instrumentatie automate– Introducerea interfeţei de comunicare GPIB (General Purpose Interface Bus)-

IEEE 488

– Sisteme cu mai multe instrumente ce pot fi controlate prin program de către un calculator

• 4.Sisteme de instrumentatie virtuala (1986-LaVIEW1.0):– Instrumentul este incorporat in calculator:

• Hardware (pe PCI, PXI-extensie PCI pentru instrumentatie ) : placi de achizitie de date in timp real, surse de semnal, module I/O digitale, placi de achizitie de semnaldinamic, numaratoare/ temporizatoare, instrumente dedicate, comutatoare, placi de achizitie si prelucrare de imagine, placi de control al miscarii, interfete de comunicare seriale, CAN, DeviceNet, Ethernet, GPIB

• Software (LabVIEW , LabWindows/CVI ): defineşte în mod unic funcţionalitateainstrumentului virtual

• 5. Sisteme de instrumentatie distribuite:– Calculatorul este adus in acelasi sasiu cu instrumentul devenind parte

integranta a acestuia

– Platforma VXI: este folosita intr-o gama foarte larga de aplicatii industriale, de la teste si masuratori (incluzand testere portabile pentru lucrul pe teren, sistemede testare functionala si echipamente automate de test) si pana la aplicatii de mare performanta de achizitie de date si de automatizari industriale. 6

Instrumentatia virtuala-definitie

•Instrumentatia virtuala combina

elemente de tip hardware si software

cu tehnologia si standard industriala a

calculatoarelor cu scopul de a crea

sisteme de instrumentatie definite de

utilizator.

•Prin combinatia diferitelor

componente hardware si software se

pot obtine sisteme specializate de testare,

masurare si automatizare industriala.

•Principala proprietate a unui instrument

virtual: abilitatea sa de a-si schimba

functia prin intermediul software-ului.

•Daca aceste sisteme de instrumentaie

virtuala sufera modificari componentele

instrumentului virtual poate fi reutilizate.

Elementele de baza in instrumentatia virtuala

Orice aplicatie de tip instrument virtual implica un proces ce contine trei etape:

achizitia datelor, analiza (procesarea) lor si prezentarea/vizualizarea rezultatelor

AchizitieAchizitie PrezentarePrezentareAnalizaAnaliza

Achizitie si

conditionare

semnal

INSTRUMENT

Placi de

achizitie (DAQ)

GPIB

Serial

Control trigger

Format

Procesare

semnal

digital

Interfata utilizator

Hard Copy

Fisiere I/O

Comunicatii

interproces

Retea8

Configuratii posibile ale unui

sistem de instrumentatie

S CX

I11 4 0

SC X

I1

1 40

SC

X I

1 14 0

S CX

I1 1

4 0

SCX

I- 1

001

M AIN F

R AM

E

SCX

I

SCX

I

1100

Control Panel

Flow

Pressure Alarm Conditions

STOP

T emperature

DAQ

Serial

Proces sau

Unitate testata

VXIAchizitie

imagine

Control

miscare

PXI

Driver si

software de

aplicatie

GPIB Calculatoare

conectabile in retea

PC sau statie de

lucru

9

CERN Utilizarea unui sistem de

instrumentatie virtuala• CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire)-Laboratorul

European pentru Fizica Particulelor Elementare (Geneva)

Masurarea si controlul in timp real a majoritatii

componentelor responsabile in absortia particulelor

energetice (din accelerator) care se situeaza in afara

fascicului nominal:

-NI LabVIEW Real-Time

- module LabVIEW FPGA (Field Programmable

Gate Array) este un circuit integrat digital

configurabil, de către utilizator,

-NI SoftMotion Development Module for

LabVIEW,

- NI R Series reconfigurable I/O PXI hardware

27 km,

150m

10

Exemple de aplicatiice utilizeaza principiile instrumentatiei virtuale

11

OsciloscopOsciloscop digital modular NI PCI digital modular NI PCI

5102 in 5102 in aplicatiiaplicatii de de testaretestare

Panoul Frontal-Configurare achizitie

Modul de conectare

Generare semnal

12

TrasareaTrasarea caracteristiciicaracteristicii de transfer la de transfer la

un un amplificatoramplificator operationaloperational

13

Scanarea câmpului magnetic

Dispozitivul de scanare

14

Rezultatele scanării

Scanarea magnetului toroidal componenta z a inducţiei magnetice

Rezultate scanate

Rezultate simulate

15

• Reţea stradală virtuală creată in LabVIEW

Model experimental pentru controlul si optimizarea

circulatiei rutiere semaforizate

Modelul experimental conectat la statia de lucru16

Sistem robotizat de sortare a recipientelor

Discul este aşezat direct pe axul unui

motor pas cu pas acţionat cu ajutorul

controllerelor MID-7604 şi PCI-7344

17

4. Partea software a aplicaţieiAlgoritm de comandă a motorului pas cu pas

18

Tehnici de procesare a imaginilor in

patologia retinopatiei diabetice

oftalmoscop

(a)-Microanervrisme

(leziuni mici şi roşii);

(b)-hemoragii (leziuni

roşii întunecate) ;

(c)- exudate tari (leziuni

galbene);

(d)-exudate slabe (lexiuni

galben\alb);

(e)-neovascularizari (vase

de sânge noi)

Leziuni

19

Căutarea leziunilor candidate. Hemoragii

Pentru căutarea hemoragiilor se foloseşte o metodă bazată pe procesarea

morfologica a imaginii.

•imaginea 1 - normalizare

• imaginea 2 – aplicarea

unui prag de binarizare

•imaginea 3 - hemoragii

detectate

20

Sistem automat de măsurare şi reglare a unor

parametri în circuite electronice

21

Sistem de de scanare automată 3D a

obiectelor de pe o bandă transportoare

22

Sistem robotic dedicat aplicatiilor de sortare

automata si teleoperare

Motor pas cu pas ridicare brat

Camera web

Plansa de lucru

Brat cu electromagnet

Motor pas cu pas ridicare brat

Camera web

Plansa de lucru

Brat cu electromagnet

Camera web

Plansa de lucru

Brat cu electromagnet

23

Schema bloc a dispozitivului

24

Sistem biometric multimodal de acces intr-o incinta

25

Sistem de inspectie vizuala automata a

pieselor de pe o banda transportoare

26

Sistem de inspectie vizuala automata a

pieselor de pe o banda transportoare

27

Robot manipulator in medii ostile

realizat cu LEGO MINDSTORMS NXT

28

Sistem wireless de monitorizare si

detectie a incendiului

Sistem de monitorizare şi control al

unui acvariu�Controlul temperaturii;

�Controlul iluminării;

�Hrănire periodică;

�Controlul pH-ului;

�Monitorizarea saliniţăţii;

�Menţinerea nivelului şi schimbul

periodic de apă;

�Control la distanţă;

Senzori Arduino Echipamente de

control

Calculator

Senzori Arduino Echipamente de

control

Calculator

Automatizarea unei diorame cu

trenulețe electrice

Brat robotic destinat operarii

tastaturii prin comanda vocala

Inspectia si sortarea automata a placilor

ceramice de pe o banda transportoare

Defecte de colt Pete de culoare

CrapaturiZgarieturi

Defecte de coltDefecte de colt Pete de culoarePete de culoare

CrapaturiCrapaturiZgarieturiZgarieturi

Controlul unui braț robotic utilizând

eZ430 Chronos