En este tipo de hardware (tarjetas), las especifi- caciones de las entradas nos pueden informar sobre las capacidades disponibles. Básicamen- te, podemos conocer la cantidad de canales o lí-
neas de entrada existentes, la frecuencia de mues- treo, la resolución y el rango de entradas.
1. La frecuencia de muestreo se refiere a “qué tan fina” es la reproducción de la señal de en- trada. Por esta razón, todas las señales analógicas se convierten en señales digitales; y para lograr esto, se utilizan diferentes mé- todos de conversión A/D. Si utilizamos un nivel de frecuencia de muestreo alto, obten- dremos una adecuada definición de la señal (figura 4).
Si utilizamos un nivel de frecuencia de mues- treo bajo, obtendremos una señal muy dife- rente a la original. Obviamente, estas seña- les digitalizadas introducen cierto porcentaje de error que se elimina en proporción directa con la velocidad de muestreo; por ejemplo, la señal de audio que se obtiene de un micrófo- no tiene frecuencias de aproximadamente 20KHz; y para lograr un buen muestreo de señal, es preciso emplear una frecuencia de al menos 40KS/s (S/s: muestras por segun- do).
Entre los diversos métodos de muestreo que existen, en la adquisición de datos se emplea el de multiplexado; así, con un solo converti- dor A/D (ADC) puede hacerse el muestreo de varios canales de entrada. En un punto de la primera línea, el ADC toma la señal; luego se desconecta, y va a la segunda línea; se des- conecta, y va a la tercera. La muestra de cada una de estas líneas se va almacenando; y con- forme regresa a cada línea, el ADC va repro- duciendo, una por una, las señales que se encuentran en las entradas.
De este modo se pueden controlar varias en- tradas en vez de una sola, o tener un ADC para cada entrada. Pero entonces, por supues- to, no podrá obtenerse la velocidad total de muestreo para cada línea de entrada; o sea que si se tiene la capacidad de muestreo (S o sampling en inglés) de 1MS/s (un millón de muestras por segundo) y hay 10 líneas de en- trada, en realidad existen 1MS/s / 10 Líneas = 100KS/s (100 mil muestras por segundo) + + + + + + VRT VRL1 IEX VRL2 VRL3 VRL4 _ _ _ _ _ _ V
Configuración de 4 líneas para un RTD
Error debido a muestreo inadecuado Muestreo adecuado
Figura 3
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para cada línea. Esto nos lleva a otro concep- to: la resolución.
2. La resolución es el número de partes que el ADC muestra de la señal analógica. Como ya comentamos, entre más partes de la señal analógica sean representadas, mayor será la resolución. Entre mayor resolución tengamos, será más fácil detectar cualquier variación de la señal por pequeña que ésta sea.
Para ejemplificar este parámetro, hagamos una digitalización de tres bits (resolución de tres bits).
Un convertidor de tres bits, no recomendable para fines prácticos, divide el rango analógi- co (amplitud máxima) en ocho partes. Se tra- ta del número de combinaciones posibles que puede hacerse con tres bits; es decir, desde 000 hasta 111.
En la figura 5 podemos observar que no es una señal nítida, ya que mucha información se perdió durante la conversión. Pero si en vez de 3 utilizamos 16 bits de resolución, ten- dremos 65,536 muestras de la señal (que es una resolución bastante aceptable para la ma- yoría de las aplicaciones prácticas).
3. Otro de los parámetros que caracterizan a las terminales de entrada de las DAQ, es el de los rangos de voltaje, tanto mínimo como máximo. Con ellos, el ADC puede trabajar sin problemas.
Las tarjetas de adquisición de datos ofrecen diferentes rangos de voltaje, con los que pue- de trabajarse de manera eficiente. Ellas son la última etapa que tiene que recorrer la se- ñal; y como se insertan en alguna de las ra- nuras libres, sirven como interfaz para la PC.
La PC
De la PC utilizada depende la velocidad máxima con que se adquieran de forma continua los da- tos. Se dice que las tecnologías Pentium y Power PC tienen un mejor desempeño.
A la fecha, para la adquisición de datos, se usan computadoras personales de escritorio (desktop) o portátiles (laptop) con ISA, EISA, PCI, PCMCIA o puertos paralelos o serie.
Muchas aplicaciones emplean tarjetas insertables de adquisición de datos, y transfie-
ren éstos, directamente, a la memoria de la com- putadora. Otras veces se recurre a hardware de DAQ remoto, que se acopla mediante el puerto paralelo o serie; es como si se insertara un fax interno o se conectara otra impresora (en cuyo caso, es necesario dar de alta e instalar su soft- ware controlador en la computadora).
Aun cuando se ha mencionado el término PC
industrial, cabe aclarar que se trata de una PC
normal; pero con características robustas, pues su gabinete no es tan estético como el de las máquinas que se usan en oficina. Más bien, es un sistema propio para trabajar en condiciones distintas; por ejemplo, donde hay polvo, gases, temperaturas extremas, etc.; sin embargo, po- see las configuraciones típicas de cualquier otra PC (procesador, disco duro, memoria RAM, flo- ppy, etc.). De manera que si usted tiene que con- trolar algo desde su oficina, no necesariamente debe contar con una PC industrial.
Una de las ventajas más importantes de todo este sistema, es que permite saber qué está pa- sando en nuestros puntos de control. Pero final- mente, el software es el elemento que permite aprovechar todas las capacidades de una PC.
Software
Hace años, se desarrollaban sistemas específi- cos para cada aplicación; es decir, se comenza- ba de cero en cada caso, línea por línea de pro- gramación. En la actualidad, con el avance de la tecnología, se ha comprobado que en las apli- caciones convencionales la arquitectura que
10.00 8.75 7.50 6.25 5.00 3.75 2.50 1.25 0 Amplitude 0 20 40 60 80 100 120 140
Onda senoidal y su representación con 3 bits de resolución
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empieza de cero requiere de más tiempo y es más costosa. Por tal motivo, es más económico y práctico usar bloques funcionales (arquitectu- ra basada en componentes) que permitan am- pliar o disminuir las capacidades del sistema completo. Usted sabe que los autos Morgan son hechos de manera artesanal, pieza por pieza, tor- nillo por tornillo; pero, ¿cuántas personas pue- den adquirir una joya como ésta?
La arquitectura basada en componentes re- presenta un cambio en los lineamientos tradi- cionales, donde se hace una transición de las aplicaciones individuales a los bloques básicos. Los componentes (bloques) ofrecen una base para incorporar nuevas tecnologías, sin perder la eficiencia del diseño.
Al utilizar sistemas de medición y automati- zación basados en la computadora, se obtienen ventajas extra; por ejemplo, la obtención de una interfaz gráfica para interactuar con el sistema de control y con dispositivos externos de medi- ción o comunicaciones. Veamos algunos casos: 1. Los diseños basados en componentes, hacen que el programador esté ajeno al hardware y al lenguaje de programación. De ahí que sean exclusivamente útiles para el dispositivo su- jeto a prueba (DUT: Device Under Test); es de- cir, sólo puede observarse cómo responde el DUT con cada componente del programa. Comencemos nuestro ejemplo con la desig- nación de un programador, a quien se le en- comienda la tarea de adquirir, analizar, des- plegar y distribuir el sonido de un fenómeno físico a través de Internet. Para cumplir su misión, esta persona elige el entorno de de- sarrollo Visual Basic.
Por otra parte, careciendo de componentes insertables, el programador debe establecer una interfaz con el controlador de bajo nivel para su dispositivo de adquisición. También tiene que crear un algoritmo numérico para analizar su señal de entrada; crear una gráfi- ca especial para el despliegue de datos; y si es necesario, incluso debe aprender TCP/IP o HTML para distribuir los datos a través de Internet.
Mas si pudiera emplear componentes de me- dición tales como Componentes Actives o
Component Works (que es software especiali-
zado), tendría la posibilidad de reducir, a menos de la cuarta parte, el tiempo de desa- rrollo del proyecto. En tal caso, ya no se vería en la necesidad de crear herramientas espe- ciales o aprender un nuevo protocolo. 2. Actualmente, algunas empresas se dedican a
desarrollar software y hardware para el con- trol y la automatización por PC. Sin duda, el software que ofrecen es una herramienta que facilita notablemente la automatización de procesos; por ejemplo, ofrece funciones de control de temperatura, de niveles de voltaje. Incluso existe software que, por medio de la comparación de imágenes tomadas con una cámara de video, permite detectar fallas en los procesos a controlar. En la figura 6 se mues- tra un ejemplo del software especialmente creado para la adquisición de imágenes. En una aplicación práctica, puede apreciarse cómo se lleva a cabo, por ejemplo, el control de calidad en una fábrica de aerosoles. En la figura 6 se muestra la ventana de supervisión, con la cual, por medio de la comparación de imágenes (basadas en puntos de referencia), puede determinarse si el producto está o no dentro de los estándares establecidos. En la parte izquierda de la ventana se obser- van los puntos de referencia activos, además de la parte elegida para revisar. Se trata de la válvula, que debe estar bien colocada. En el centro de la ventana se muestran los parámetros y tolerancias, así como el núme- ro de parte revisada y el resultado de la ins- pección.
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Finalmente, a la derecha de la ventana se aprecia la imagen en cuestión. Como puede apreciarse, la válvula está de lado. Para el sis- tema es relativamente fácil detectar este pro- blema, porque compara las condiciones pre- valecientes (la imagen aparece colocada a 82.87 grados) contra los parámetros preesta- blecidos (la posición correcta es de 90 gra- dos, con una tolerancia de 5.13). Por lo tanto, determina que la válvula se encuentra en una posición fuera de la tolerancia especificada; y entonces aparece en pantalla una señal de “falla”, que puede derivar en acciones direc- tamente ejecutables en la línea de producción (por ejemplo, que el envase de aerosol en cuestión sea expulsado de la banda). 3. Existen otras aplicaciones con imágenes, ta-
les como la del OCR (reconocimiento óptico de caracteres). Esta aplicación es útil para, por ejemplo, verificar la correcta impresión del número de matrícula de circuitos integrados. De ser necesario, también se puede trabajar con imágenes en color.