Universidad Politcnica de Puebla Ingeniera MecatrnicaManipulacin del dispositivo Compact-RIO con LabVIEW para el contol de una banda transportadora

Proyecto de Investigacin II

Universidad Politcnica de Puebla

Asesor: MC. Jos Pedro Snchez Santana

Por:Ricardo Omar Rodrguez Corte Jos Manuel Mrquez Camarillo________________________ Vo.Bo del Asesor

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ndiceIntroduccinIntroduccin.. Pg.3 Objetivo . Pg.5 Objetivos Particulares.. Pg.5 Planteamiento del Problema. ... Pg.5 Alcances y Limitaciones............ Pg.6 Antecedentes. Pg.6 Justificacin... Pg.7 Estratgica. Pg.9

Marco TericoMarco Terico. Pg.10 Elementos y componentes del sistema..... Pg.14

Desarrollo del proyectoInstalacin de software para el compact-RIO.............. Pg.25 Montaje del equipo.............. Pg.32 Prctica........ Pg.36 Anlisis de Resultados... Pg. 43 Conclusin.. Pg.44 Referencias.. Pg.45

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Universidad Politcnica de Puebla IntroduccinDebido a la amplia gama de procesos de automatizacin y de las tarjetas de adquisicin de datos, surgi la inquietud de manipulacin del dispositivo llamado Compact-RIO que es un sistema avanzado de control y adquisicin embebido motorizado por tecnologa National Instruments (NI) reconfigurable (RIO). Los fabricantes de sistemas de

adquisicin y control usan ampliamente dispositivos de arreglos de compuertas programables de punto flotante (FPGA) debido a su rendimiento, posibilidad de reconfiguracin, tamao y bajos costos de desarrollo de ingeniera. El sistema de adquisicin de datos Compact- RIO es pequeo y extremadamente robusto. Usando NI Labview, los programadores no tienen que saber lenguajes especializados de diseo de hardware, tales como el VHDL, de los FPGAs para crear sistemas reconfigurables de control y adquisicin de datos que sean altamente optimizados. VHDL es un lenguaje de programacin que permite la programacin de hardware de bajo nivel tal como una compuerta lgica. Debido a su nivel de dificultad y complejidad, la programacin de un FPGA toma mucho tiempo de desarrollo del proceso y se ha convertido en un asunto importante en las etapas de implementacin.1 Existen mdulos de Entrada/Salida para el Compact-RIO que poseen un acondicionamiento de seales y bornera de tornillos integrados, con conectores. Al integrar la bornera en los mdulos, el sistema Compact-RIO reduce significativamente los requerimientos de

espacio y los costos de cableado. Existe una variedad de diversos tipos de Entrada/Salida para utilizar dependiendo de la necesidad del problema.2 Una vez reconocidos los mdulos por el software, se realiza el programa para el proceso en el software Labview; en el cual se reconocen las seales de entrada se procesan y se envan seales al modulo de salida digital, tambin se realiza la simulacin de una seal analgica que se muestrea en el osciloscopio adems de que se grafica esta seal en tiempo real en el software.

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National Instruments. (2012). Recuperado el Junio de 2012, de http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/es/nid/11154 National Instruments. (2012). Recuperado el Junio de 2012, de http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/es/nid/11154

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Universidad Politcnica de PueblaEsta plataforma se utiliza para el control de sensores como seales de entrada y dos actuadores como seales de salida, para esto se utiliza un modulo de seales digitales de entrada y un modulo de seales digitales de salida, adems para muestreo de seales analgicas se incluye un modulo de seales de salida. En la seccin uno se tratara todo lo referente a poner en claro el problema a resolver, as como los alcances y limitaciones que puede tener este proyecto, adems se mencionan los antecedentes se propone una estrategia para resolver el problema indicado. En la segunda seccin se explicaran los conceptos abarcados en el proyecto as como las especificaciones fsicas y elctricas de los mdulos ocupados adems del CompactRIO. En la tercera seccin se habla acerca del desarrollo del proyecto: instalacin de software que se ocupara a lo largo del proyecto, el montaje de los mdulos hacia el CompactRIO, la incorporacin de la plataforma en la banda transportadora de objetos, y un anlisis breve de los resultados obtenido.

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Universidad Politcnica de Puebla Objetivo del proyectoManipulacin del dispositivo llamado Compact-RIO mediante el software de Labview y utilizarlo en el control de una banda transportadora de objetos.

Objetivos particulares1.- Identificar un proceso de automatizacin en una banda transportadora, incluyendo la seleccin por conteo de los elementos transportados. 2.- Implementar la funcionabilidad del sistema de adquisicin de datos en tiempo real a travs de un ambiente de programacin virtual para el control de la banda transportadora. 3.- Implementar el dispositivo Compact-RIO 9074 con adquisicin de datos necesarios para la banda transportadora. Labview y los mdulos de

Planteamiento del problemaLa problemtica de este proyecto surgi en Ingeniera Mecatrnica debido a las nuevas tarjetas de adquisicin de datos o DAQ (tambin conocidas por sus siglas en ingls "Data Aquisition") desarrolladas hace aproximadamente 2 aos por National Instruments y que actualmente se encuentran en el mercado. Esta problemtica abarca un campo importante dentro de la Mecatrnica como lo es automatizacin de procesos industriales, que engloba el control de la banda transportadora en la cual se sugiere controlar por medio del

Compact-RIO el cual tiene la capacidad de alojar diferentes 8 mdulos los cuales se investigara el modo de operacin y el tipo de seales con las que opera adecuadamente y sobre todo que cumplan con los requerimientos que se necesitan para hacer funcionar la banda transportadora, otra consideracin es la interfaz de la PC con el dispositivo sea correcta para comenzar la comunicacin entre ambas partes. Esta comunicacin no se

lograra si no se cuenta con el software de Labview el cual es necesario para hacer la interfaz y el control ptimo del proceso a implementar, adems es el que el fabricante proporciona.

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Universidad Politcnica de PueblaY posteriormente enfocarse en el diseo de la banda y los diferentes componentes que estn sobre la misma, estos pueden generar pequeas dificultades, que durante proyecto puedan surgir, cabe sealar que la parte generada de este proyecto forman parte de un prototipo global en cual se encuentran inmersos otros grupos de estudiantes de la universidad colaborando.

Alcances y LimitacionesAlcances

Generar las estrategias necesarias para aprender y manipular un dispositivo de adquisicin de datos, con lo cual ser posible desarrollar diversidad de prcticas. La continuidad del proyecto explotar habilidad y funcionamiento a los proyectos que se desarrollan en Ingeniera Mecatrnica, debido a que a este proceso se pueden aadir ms rutinas para maximizar el rendimiento as como la efectividad.

Limitaciones

Debido a que el dispositivo Compact-RIO contiene muchas capacidades de adquisicin de datos por la diversidad de mdulos que se incorporan a l, el presente trabajo estar limitado a ocupar dos mdulos para el control de una banda transportadora. Por tal motivo se motiva a utilizar el dispositivo en diversidad de aplicaciones o prcticas en Ingeniera Mecatrnica.

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Universidad Politcnica de Puebla AntecedentesLa automatizacin como una disciplina de la ingeniera es ms amplia que un sistema de control3, abarca la instrumentacin industrial, que incluyen sensores y transmisores de campo, sistemas de control y supervisin, sistema de transmisin y recoleccin de datos y las aplicaciones de software en tiempo real para supervisar y controlar las operaciones de plantas o procesos industriales. En procesos industriales, el uso de equipos de medicin facilitan la obtencin de datos elctricos pero su principal desventaja es que su capacidad de lectura se reduce a pocos parmetros, razn por la que el hombre con ayuda de la ciencia y tecnologa ha desarrollado equipos que permiten obtener una innumerable gama de datos elctricos.4 Las nuevas tecnologas concebidas especialmente para tareas de automatizacin y control, han conducido a la optimizacin y mejoramiento en los sistemas de monitoreo de energa, a travs de redes industriales. Tambin han beneficiado a los grandes cambios en el sector elctrico especialmente en el control y adquisicin de datos que nos ayuda a realizar un estudio ms verstil y confiable de procesos industriales.5

JustificacinDada la diversidad y de las actualizaciones de las plataformas de adquisicin de datos, plataformas de control y de procesamiento de informacin en los sistemas de Mecatrnica, surge la necesidad entender el uso de dispositivos de DAQ para el desarrollo de prototipos, por eso hay que establecer habilidades y destrezas en el uso de estas plataformas como el Compact-RIO es un sistema embebido en tiempo real que ofrecen ejecucin autnoma, potente, contiene un arreglo de compuerta programable en campo (FPGA) para temporizacin, disparo y procesamiento personalizados. Contiene una amplia variedad de

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National Instruments. (07 de noviembre de 2011 ). Introducing High-Performance Multicore NI CompactRIO. Recuperado el 08 de julio de 2012, de http://www.ni.com/white-paper/13046/en 4 National Instruments Labview. Recovered the june 19 th, 2012, of http://www.ni.com/labview/ 5 National Instruments( June 11th, 2012). Compact RIO. Recovered the June 19th, 2012, of http://www.ni.com/compactrio/

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Universidad Politcnica de Pueblamdulos de Entras/Salidas para cualquier requerimiento de aplicacin, lo cual hace ms simple la generacin de prototipo.6 As que en base a las destrezas y habilidades desarrolladas durante el periodo de formacin dentro de la Universidad, se comenz por plantear una estrategia para combatir el

problema la cual consiste en recabar todo la informacin necesaria acerca del CompactRIO para conocer sus caractersticas, adems de sus diferentes mdulos y tambin realizar la interfaz que se necesaria para que pueda realizarse la comunicacin entre el dispositivo y la PC con el software Labview el cual proporciona el fabricante y posteriormente enfocarse pidiendo referencias sobre el diseo y montaje del para cerciorarse que no haya falla alguna. Cuando se cumpla todo lo estipulado en la estrategia a seguir se corrobora a documentar todo lo que se haya encontrado a lo largo del proyecto de investigacin, tanto el mismo reporte como los diferentes documentos hallados como apoyo para realizar el proyecto adems de las herramientas de software como los Toolkits especficos para Labview y el CD de instalacin del dispositivo en dado caso que algn estudiante de Ingeniera Mecatrnica desee ahondar ms en el tema lo pueda hacer as tambin facilitar la instalacin del dispositivo con el fin de dejar todo fundamentado con lo que se pretende que las futuras generaciones de la Ingeniera puedan utilizarlo sin dificultad alguna. Esto cabe recalcar que para los estudiantes que quieran seguir trabajando con este dispositivo tendrn bases para poder apoyarse y poder explotar todo el potencial del Compact-RIO porque esa es la idea general al adquirir el equipo. En este proyecto se fortalecern todos los conocimientos adquiridos, adems de poder implementar todo lo aprendido durante la estancia en Universidad y tambin una formacin para realizar documentos y trabajos formales de alta importancia, as como la experiencia para poder defender una postura frente a un grupo de sinodales.

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National Instruments. (2012). Recuperado el Junio de 2012, de http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/es/nid/11154

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Universidad Politcnica de Puebla EstrategiaProblemtica -Compact-RIO -Banda transportadora

Interface

Software

Hardware

-cRIO -Labview -Controladores de Tiempo Real -Toolkits -Fuente de poder -Mdulo de DAQ -PC

Programacin

Prototipo de Automatizacin

-Programa de sistema Digital

-Programa de Sistema Analgico

Sistema de Automatizacin de Banda Transportadora

Diagrama 1.1 Diagrama de bloques de la estrategia a seguir.

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Marco tericoAdquisicin de datos El objetivo de los Sistemas de Adquisicin de Datos es que integran: Transductores de diferentes tipos y naturaleza, multiplexores, amplificadores, conversores Analgico /Digital y Digital/Analgico, interrupciones, temporizadores, comunicacin serie as como hacer uso de memorias y puertos externos y creando con todo ello un sistema que se encargue de una aplicacin especifica cmo es chequear una variables para una posterior utilizacin de la misma ya sea con fines docentes, cientficos, de almacenamiento o control.7

Compact-RIO

Compact-RIO (o cRIO) es un controlador industrial embebido de tiempo real hecho por National Instruments para sistemas de control industrial. El Compact-RIO es una combinacin de un controlador de tiempo real, mdulos de E/S reconfigurables (RIO), mdulo FPGA y un chasis de expansin Ethernet.8

Hardware El Compact-RIO es usado en la industria para realizar acciones de control en parmetros y lugares donde son importantes precisin y rudeza. Los componentes de un Compact-RIO son: 1. Controlador de tiempo real. 2. Mdulos de E/S reconfigurables. 3. FPGA

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National Instrument. Data acquisition Recovered the june 19 th, 2012, of http://www.ni.com/data-acquisition/esa

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National Instruments. (07 de noviembre de 2011 ). Introducing High-Performance Multicore NI CompactRIO. Recuperado el 08 de julio de 2012, de http://www.ni.com/white-paper/13046/en

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Universidad Politcnica de Puebla4. Chasis de expansin Ethernet. Donde: El controlador de tiempo real es un procesador poderoso con un amplio rango de frecuencias de reloj para implementar el algoritmo de control. El FPGA usado en el cRIO es uno de la serie Xilinx Virtex. El FPGA puede ser programado por separado y es conectado el controlador de tiempo real usando un bus interno. Los mdulos de E/S son de tarjetas de serie C hechas por National Instruments. Estos mdulos son intercambiables y de caractersticas diversas en adquisicin de datos: analgicos y digitales. El chasis de expansin Ethernet viene con un puerto Ethernet el cual es usado para conectar el cRIO a una PC. El chasis viene en dos formatos, llamados formatos de 4 ranuras y 8 ranuras. El FPGA es conectado al controlador de tiempo real por un bus PCI de alta velocidad. 9

Software

El controlador de tiempo real puede ser programado con el programador de lenguaje grfico de National Instruments Labview. El controlador de tiempo real tambin puede ser programado con C, C++ o Java. Labview debe ser usado para programar el FPGA embebido10. Los programas creados en Labview son compilados hacia cdigo mquina por VxWorks y lenguaje de descripcin de hardware (HDL) por la herramienta Xilinx FPGA automticamente durante la implementacin del cdigo a la tarjeta. El VxWorks corriendo en el controlador de tiempo real soporta un sistema de archivos y por lo tanto un registro de datos mnima es tambin disponible a nivel del controlador. Los9

National Instruments ( June 11th, 2012). Compact RIO. Recovered the June 19th, http://www.ni.com/compactrio/10

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National Instruments. (2012). Recuperado http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/es/nid/11154

el

Junio

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Universidad Politcnica de Pueblamdulos Real-Time y FPGA tienen que ser comprados por separado y se instalan con Labview para programar el hardware. La programacin se realiza en un ordenador host que ejecuta el sistema operativo Windows y se instala en el cRIO a travs de Ethernet.

Aplicaciones

El cRIO son sistemas sin cabeza (sin interfaz de usuario) que se supone que se ejecutan en un espacio reducido, en condiciones extremas o reas contaminadas. Un cRIO tambin se puede conectar a un ordenador que se puede utilizar para fines de supervisin y para la visualizacin de los datos registrados. Debido a estos factores cRIO son ideales para aplicaciones de defensa y minera11, pero se puede utilizar en otras aplicaciones industriales.

Programacin

La programacin es el proceso de disear, codificar, depurar y mantener el cdigo fuente de programas computacionales. El cdigo fuente es escrito en un lenguaje de programacin. El propsito de la programacin es crear programas que exhiban un comportamiento deseado. El proceso de escribir cdigo requiere frecuentemente conocimientos en varias reas distintas, adems del dominio del lenguaje a utilizar, algoritmos especializados y lgica formal. Programar no involucra necesariamente otras tareas tales como el anlisis y diseo de la aplicacin (pero s el diseo del cdigo), aunque s suelen estar fusionadas en el desarrollo de pequeas aplicaciones.

Lenguaje de programacin

Un lenguaje de programacin es un idioma artificial diseado para expresar procesos que pueden ser llevadas a cabo por mquinas como las computadoras. Pueden usarse para crear programas que controlen el comportamiento fsico y lgico de una mquina, para expresar11

Monitoreo de Palas Electromecnicas para Minas de Cielo Abierto http://sine.ni.com/nipdfgenerator/nipdfgenerator?pageURL=http://sine.ni.com/cs/app/doc/p/id/cs14633/lang/es/pdf/yes&clientAppName=dz

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Universidad Politcnica de Pueblaalgoritmos con precisin, o como modo de comunicacin humana. Est formado por un conjunto de smbolos y reglas sintcticas y semnticas que definen su estructura y el significado de sus elementos y expresiones. Al proceso por el cual se escribe, se prueba, se depura, se compila y se mantiene el cdigo fuente de un programa informtico se le llama programacin. Labview 12

Labview es un entorno de programacin grfica usado por miles de ingenieros e investigadores para desarrollar sistemas sofisticados de medida, pruebas y control usando conos grficos e intuitivos y cables que parecen un diagrama de flujo. Ofrece una integracin incomparable con miles de dispositivos de hardware y brinda cientos de bibliotecas integradas para anlisis avanzado y visualizacin de datos, todo para crear instrumentacin virtual. La plataforma Labview es escalable a travs de mltiples objetivos y sistemas operativos, desde su introduccin en 1986 se ha vuelto un lder en la industria. Labview es diferente de la mayora de lenguajes de propsito general principalmente en dos vertientes. Primero, la programacin G se desarrolla cableando iconos grficos en un diagrama que compila directamente a cdigo mquina de modo que los procesadores del ordenador pueden ejecutarlo. Aunque se representa grficamente en lugar de texto, G contiene los mismos conceptos de programacin que se pueden encontrar en la mayora de los lenguajes tradicionales. Por ejemplo, G incluye todas las construcciones estndar tales como tipos de datos, bucles, eventos, variables, recursividad y programacin orientada a objetos. El segundo diferenciador principal es que el cdigo G desarrollado en Labview se ejecuta de acuerdo con las reglas del flujo de datos en lugar del acercamiento ms tradicional (en otros trminos, una serie secuencial de comandos para ser llevados a cabo) que se encuentran en la mayora de los lenguajes de programacin basados en texto como C y C++.

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National Instruments Labview. Recovered the june 19 th, 2012, of http://www.ni.com/labview/

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Universidad Politcnica de PueblaEste sistema se configura por medio del software del Compact-RIO 9074 y a travs de Labview se puede realizar la programacin y el control de variables fsicas mediante sensores, transmisores de campo y dems componentes que conforman las prcticas.

Elementos y componentes del sistemaA continuacin se clasifican y describen los distintos elementos y componentes que se usan en el presente sistema de medicin y monitoreo de voltajes.

Elementos

Controlador Integrado en Tiempo Real NI cRIO-9074. Fuente de alimentacin NI PS-15 de 5A, 24VDC. Mdulos (NI 9205, NI 9263, NI 9472).

Componentes Software de desarrollo grfico Labview 2011. Software de compilacin Xilinx 12.5 Designed Suite. Software Compact-RIO 9074 (Measurement & Automation Explorer).

Elementos La figura 1.1 muestra una imagen de vista frontal del mdulo cRIO donde se denota el chasis completo para incrustar los mdulos a travs de los DB9 1 al 8. Tambin la entrada Ethernet para la comunicacin entre la PC y el cRIO. Y por ltimo los bornes para la alimentacin del chasis, las 3 conexiones mencionadas son las que ocupamos en el proyecto. 13

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National Instruments. (07 de noviembre de 2011 ). Introducing High-Performance Multicore NI CompactRIO. Recuperado el 08 de julio de 2012, de http://www.ni.com/white-paper/13046/en

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Universidad Politcnica de Puebla Controlador integrado en tiempo Real NI cRIO-9074En la figura 1.1 se puede apreciar el chasis NI cRIO-9074 el cual contiene 8 conexiones DB9 para introducir los mdulos, adems contiene bornes para alimentacin de corriente que le proporcionara la fuente de alimentacin propia y por ultimo contiene 2 conexiones Ethernet con el cual se realizara la comunicacin con la PC. Las flechas indicadoras que se muestran en la parte de abajo solo explican las partes compact-RIO que se ocuparon en el proyecto.

Conexin Ethernet

Conexin DB9 Bornes para la Fuente de alimentacin

Figura1.1 NI cRIO-9074.

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Universidad Politcnica de PueblaEn el diagrama 1.2 se muestra el modo de operacin del dispositivo NI Compact-RIO-9074.

Diagrama1.2 Diagrama de bloques de NI Compact-RIO-9074.

reas de aplicacin

Debido a su fiabilidad e idoneidad para las aplicaciones de medida y control embebidas de gran volumen, se puede adaptar Compact-RIO para satisfacer las necesidades de una amplia variedad de industrias y aplicaciones. Algunos ejemplos son los siguientes:

Adquisicin de datos, registro de datos y control en el interior de vehculos. Vigilancia y proteccin del estado de mquinas. Creacin de prototipos de sistemas embebidos. Vigilancia remota y distribuida. Registro de datos embebido. Control de movimiento multi-eje personalizado. Monitorizacin de la potencia elctrica y control de la electrnica de potencia. Control de la maquinaria pesada y servo-hidrulica. Control discreto y por lotes.

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Universidad Politcnica de PueblaTABLA 1.1. Concentracin de la informacin tcnica del mdulo NI CRIO-9074, donde cabe resaltar el soporte para Labview en tiempo real. Especificaciones Formato fsico Sistema operativo/Objetivo Soporte para Labview RT Nmero de ranuras Control integrado Elctrico Fuente de alimentacin recomendada: Potencia Fuente de alimentacin recomendada: Voltaje Rango de voltaje de entrada Consumo de potencia FPGA Reconfigurable FPGA Compuertas Especificaciones Fsicas Longitud Ancho Altura Peso Temperatura de operacin Compatibilidad CE 28.97cm 8.73cm 5.89cm 929gr -20-55C Si Spartan-3 2 millones 48W 24V 19-30V 20W Compact Rio Real Time Si 8 Si

Fuente de alimentacin NI PS-15 de 5, 24VDCLa figura 1.2 es una fotografa de la fuente de energa para la alimentacin al chasis cRIO la cual contiene en la parte inferior tres bornes los cuales son: uno de tierra, positivo y negativo los cuales se conectaran a un conector trifsico el cual se enchufara a la corriente alterna de 120v que llega a nuestros hogares y en la parte superior se encuentran 4 bornes

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Universidad Politcnica de Pueblaque son: 2 de positivo y 2 de negativo de los cuales ocuparemos un y uno para alimentar el cRIO.Bornes para la alimentacin del cRIO

Bornes para la conexin a la corriente alterna de 120v

Figura1.2 Fuente de alimentacin NI PS-15 de 5, 24VDC. TABLA 1.2. Concentracin de la informacin fuente de alimentacin NI PS-15 DE5A, 24VDC. Especificaciones Nmero de fase Entrada VAC Salida Potencia de salida Rango de temperaturas 1 115/230 24 A 28 VDC, 5 A 120 W -25 A 60C

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Universidad Politcnica de Puebla MdulosMdulo de entradas digitales NI 9421 La figura 1.3 es muestra una fotografa de un mdulo de entradas digitales el cual se explicara ms adelante.

Figura 1.3 Mdulo NI 9421.

TABLA 1.3. Concentracin de la informacin del mdulo NI 9421. Especificaciones Formato fsico Sistema operativo/Objetivo Tipos de Medida Voltaje Compatibilidad E/S Digital Nmero de canales Temporizacin Mximo rango de tiempo 8 D0 Hardware 10KHz Compact Rio Windows, Real Time Digital Si

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Universidad Politcnica de PueblaNiveles lgicos Mximo rango de salida Salida de flujo de corriente Capacidad de corriente (canal total) Soporta protocolo de sincronizacin para E/S Soporta W/S patrones Contadores y temporizadores Numero de contadores y temporizadores Temporizacin/disparo/sincronizacin Disparo Digital Proporcionado por chasis Si Si Otros 6 a30V Fuente

En la figura 1.4 se puede apreciar el mdulo NI 9421 el cual contiene 7 leds indicadores, adems de 7 bornes de adquisicin de datos, el borne 8 es para su alimentacin de energa y el borne 9 es para la tierra en comn.

Leds indicadores

Borne para Alimentacin de energa Borne para tierra comn

Figura 1.4 Informacin de terminales y pines del mdulo NI 9421.

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Universidad Politcnica de PueblaMdulo de salidas digitales NI 9472 La figura 1.5 es muestra una fotografa de un mdulo de salidas digitales el cual se explicara ms adelante.

Figura 1.5 Mdulo NI 9472.

TABLA 1.4. Concentracin de la informacin del mdulo NI 9472. Especificaciones Formato fsico Sistema operativo/Objetivo Tipos de Medida Voltaje Compatibilidad E/S Digital Nmero de canales Temporizacin Mximo rango de tiempo Niveles lgicos Mximo rango de salida Salida de flujo de corriente 8 DO Hardware 10KHz Otros 6 a30V Fuente Compact Rio Windows, Real Time Digital Si

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Universidad Politcnica de PueblaCapacidad de corriente (canal total) Soporta protocolo de sincronizacin para E/S Soporta W/S patrones Contadores y temporizadores Numero de contadores y temporizadores Temporizacin/disparo/sincronizacin Disparo Digital Proporcionado por chasis Si Si

En la figura 1.6 se puede apreciar el mdulo NI 9472 el cual contiene 7 leds indicadores, adems de 7 bornes de adquisicin de datos, el borne 8 es para su alimentacin de energa y el borne 9 es para la tierra en comn.

Leds indicadores

Borne para Alimentacin de energa Borne para tierra comn

Figura 1.6 Informacin de terminales del mdulo NI 9472.

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Mdulo de salidas digitales NI 9263 La figura 1.7 es muestra una fotografa de un mdulo de salidas analgicas el cual se explicara ms adelante.

Figura 1.7 Mdulo NI 9263.

TABLA 1.5 Concentracin de la informacin del mdulo NI 9263. Especificaciones Formato fsico Sistema operativo/Objetivo Tipos de Medida Voltaje Compatibilidad E/S Digital Nmero de canales Temporizacin Mximo rango de tiempo Niveles lgicos Mximo rango de salida Salida de flujo de corriente Capacidad de corriente (canal total) 4 AO Hardware 10KHz Otros -10V a 10V Fuente Compact Rio Windows, Real Time Tierra de aislamiento Si

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Universidad Politcnica de PueblaSoporta protocolo de sincronizacin para E/S Soporta W/S patrones Contadores y temporizadores Numero de contadores y temporizadores Temporizacin/disparo/sincronizacin Disparo Analgico Proporcionado por chasis Si Si

En la figura 1.8 se puede apreciar el mdulo NI 9263 el cual contiene 4 canales y cada uno con su tierra en comn, adems el canal NC se puede tomar como una corriente extra en este mdulo.

Canal con su respectiva tierra en comn

Canal que se puede tomar como tierra extra

Figura 1.8 Informacin de terminales del mdulo NI 9263.

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Universidad Politcnica de Puebla Instalacin de software para el compact-RIOSe procede a instalar las instrucciones. Finalizada la misma, se ejecuta el programa donde aparecern las siguientes ventanas de presentacin e inicio.

Figura 1.9 Pantalla de presentacin de LabVIEW2011.

Figura 1.10 Pantalla principal de LabVIEW2011.Compact RIO Pgina 25

Universidad Politcnica de PueblaSoftware Compact-RIO

Este software permite crear una interfaz entre Labview y el hardware Compact-RIO 9074.

Configuracin cRIO-9074

Una vez instalado el software del Compact-RIO se procede a su configuracin. Abrir Measurement & Automation Explorer para configurar el sistema remoto Compact-RIO y usarlo con el mdulo Labview Real-Time.

Figura 1.11 Measurement & Automation Explorer.

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Universidad Politcnica de PueblaEn la figura 1.12. Se muestra la pantalla del sistema donde se configurar el cRIO.

Figura 1.12 Pantalla del sistema. Dar clic en Remote Systems y en NI-cRIO9074-014946EA para determinar la direccin IP con la cual trabajar la computadora, como se muestra en la figura 1.13.

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Figura 1.13 Configuracin de la direccin IP del cRIO 9074.

Es necesario considerar que la computadora y el nuevo hardware deben tener la misma direccin IP para establecer una comunicacin adecuada. Para cambiar la direccin IP de la computadora se realizan los siguientes pasos: Abrir el panel de control redes e Internet conexin de redes, dar clic derecho en conexin de rea local y seleccionar propiedades como se muestra en la figura 1.14

Figura 1.14 Acceso a conexiones de red.Compact RIO Pgina 28

Universidad Politcnica de PueblaSeleccionar protocolo de internet versin 4 (TCP/IPv4) y cambiar sus propiedades como se muestra a continuacin:

Figura 1.15Propiedades de conexin de rea local.

Dar clic en la opcin Usar la siguiente direccin IP, llenarlo como se muestra y aceptar. Se debe tener en cuenta que en el ltimo digito puede ser aleatorio y tomar valores entre 3 y 256.

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Figura 1.16 Direccin IP de la PC.

Para confirmar que el Compact-RIO est cargado correctamente y poder programar independientemente, sin la necesidad de tenerlo conectado a la computadora, se debe cargar previamente el chasis cRIO 9074 y sus mdulos en un nuevo proyecto; para lo cual se realiza los siguientes pasos: En la ventana de inicio de Labview seleccionar Empty Project.

Figura 1.17 Acceso a Empty Project.

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Universidad Politcnica de PueblaDar click derecho en Project: Untitled Project New Targets and Devices.

Figura 1.18 Localizacin de tarjetas y dispositivos.

Escoger Real-Time Compact-RIO, NI-cRIO 9074-014946EA dar clic en ok. Seleccionar Scan Interface y dar clic en Continue, como se muestra a continuacin.

Figura 1.19 Seleccin modo de programacin.

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Universidad Politcnica de PueblaEn la siguiente figura se muestra el proyecto cargado con todos los mdulos del CompactRIO mediante el cual se podr seleccionar las entradas y salidas que se necesite para la programacin.

Figura 1.20 Proyecto cargado.

Montaje de equipoCompact-RIO, mdulos y fuente de alimentacin

El chasis del NI cRIO-9074 est diseado para abarcar 8 mdulos, los mismos que son fciles de insertar y se ubican segn como indica el fabricante, orden que se puede comparar cuando se procede a crear un nuevo instrumento virtual desde el proyecto, tal como indica la figura 3.17 citada anteriormente. A continuacin se muestra como se insertan los mdulos al chasis del NI cRIO, mediante los cuales se realizarn las conexiones de entradas y salidas de cada prctica.

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Figura 2.1 Chasis del NI cRIO-9074 donde se ubican los mdulos.

Figura 2.2 Chasis del NI cRIO-9074 con sus mdulos.

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Universidad Politcnica de Pueblal NI cRIO-9074 tiene una fuente de alimentacin de 24VDC, cuya conexin se muestra en la siguiente figura.

Figura 2.3: Conexin de la fuente de alimentacin NI PS-15 y del NI cRIO-9074.

La conexin entre el NI cRIO-9074 y la PC se realiza mediante cable de red con conectores RJ-45, de la siguiente forma.

Figura 2.4: Conexin del NI cRIO-9074 y la PC.

En la figura 2.5 se muestra la colocacin de los mdulos NI cRIO-9074 que pueden desempear diferentes funciones como el de obtener o generar seales analgicas o digitales.

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Figura 2.5 Colocacin de los mdulos en Compact-RIO.

En la imagen 2.6 se muestra el montaje final del cRIO-9074.

Figura 2.6 Montaje final Compact-RIO.

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Universidad Politcnica de Puebla PrcticasDebido a que este proyecto se divide en dos etapas las cuales son: 1.-Realizar interface entre PC y Compact-RIO 2.-Realizar le control de la banda transportadora.

Prctica 1 (Prctica de prueba para operar el Compact-RIO) En esta prctica se utilizar un mdulo NI 9263 del Compact-RIO 9074 que es un mdulo de salida de seales analgicas con el cual se genera una seal la cual se observara por el osciloscopio para demostrar que si se est generando lo onda que nosotros decidimos en el programa de Labview. Materiales Compact-RIO 9074 NI 9263 Osciloscopio

Procedimiento En esta prctica se realizo un programa con el fin de poder observa la seal que generamos en Labview se pueda observar en el osciloscopio en tiempo real. En la figura 3.5 podemos observar el programa que nos genera la seal en el cual podemos controlar la amplitud, la fase la frecuencia y el tiempo de nuestra seal

Figura 3.5 Programa de una seal analgica.

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Universidad Politcnica de PueblaEn la figura 3.6 se puede observar el panel frontal del programa para generar una seal analgica.

Figura 3.6 Panel Frontal del programa de generacin de una seal analgica. En la figura 3.7 se observa la grafica en el osciloscopio en tiempo real donde esta seal depende mucho en el tiempo para que se pueda ver correctamente como se muestra en el programa y adems el mdulo nos digitaliza la seal senoidal.

Figura 3.7 Grafica en el osciloscopio de la seal generada en Labview.

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Universidad Politcnica de PueblaConclusin En esta prctica se elabor una seal analgica en Labview y se pudo apreciar en el osciloscopio, pero todo esto se realizo con el mdulo 9263 con el fin de comenzar a trabajar con el Compact-RIO. Prctica 2 (Banda transportadora) En esta prctica se elabor un proceso de automatizacin de de un banda de transportadora de objetos mediante sensores y actuadores, en los cuales se requiri los siguientes dos mdulos: NI 9472 el cual ya se menciono anteriormente que genera seales digitales de salida y el segundo mdulo es NI 9421 quien genera seales de entrada de forma digital. Material Compact-RIO 9074 Mdulo NI 9472. Mdulo NI 9421. Fuente de alimentacin. Sensor de proximidad ptico. Electrovlvula de 2x3 vas con LED, cerrada en posicin normal. 2 Cilindros doble efecto. Cables tipo banana Distribuidor de aire. Compresor. Banda transportadora (La banda se obtuvo de un anterior proyecto de la Universidad). Fuente de poder simtrica. Cables tipo caimn Mangueras neumticas.

Procedimiento Lo primero que se realizo en esta prctica fue conocer cada uno de sus datos especficos de cada mdulo a usar para cerciorarnos que eran los adecuados para desarrollar est prctica, una vez identificados se realizaron las conexiones necesarias de la electrovlvula al mdulo de salida y el sensor al mdulo de entrada. El siguiente paso fue conectar el distribuidor de aire al compresor y de ah a los cilindros doble efecto y a las electrovlvulas. Y para finalizar la etapa fsica se ocupo la fuente de poder simtrica para la alimentacin de la banda. En la figura 3.1 se muestra el montaje final de los componentes fsicos.

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Figura 3.1 Montaje sensores y actuadores

La siguiente etapa era disear el cdigo de acuerdo a lo que nosotros necesitamos para que la banda comience a desarrollar su funcin pertinente. La necesidad que se quera cubrir era cada vez que el sensor cuente uno objeto el cilindro se activara para poder separa el objeto de la banda en dado caso de fallar o de que no se active una cilindro al paso de algn tiempo que se designo de acuerdo a su distancia de cilindro anterior botara el objeto. Todo esto conlleva a que tenga un paro de emergencia por algn incidente que pueda ocurrir.

En la figura 3.2 se muestra el cdigo del programa en el cual se puede apreciar el contador de objetos que se encuentra en la parte inferior del cdigo (Indicado un una flecha apuntado hacia arriba), en la parte inferior izquierda se puede observar el tiempo de espera del segundo cilindro que es el encargado del activarse en dado caso de que el primer cilindro llegase a fallar (Indicado con una flecha apuntando hacia la derecha). L otra parte del programa consiste en las diferentes 3 posiciones que se puede posicionar las electrovlvulas que ocuparemos.

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Figura 3.2 Programa en Labview En esta imagen se puede apreciar en la parte izquierda (Indicado con una flecha hacia la derecha) los 3 diferentes posiciones de la electrovlvula, adems de el contador y el botn de paro de emergencia y en la parte inferior derecha (Indicado con un la flecha apuntando hacia arriba) se trata de el temporizador del segundo cilindro que de acuerdo a la distancia que se encuentre el primer cilindro se podr programar.

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Figura 3.3 Panel Fontal del Programa en Labview

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Universidad Politcnica de PueblaEn la figura 3.3 se muestra el primer cilindro actuando, cuando el sensor ha detectado el objeto.

Figura 3.3 Primer cilindro actuando al detectar un objeto

Figura 3.4 Segundo cilindro actuando al lapso de 4 segundos.

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Universidad Politcnica de Puebla Anlisis de ResultadosEn este proyecto se fundamento en base al funcionamiento de la plataforma de adquisicin de datos, que actualmente se estn comercializando en el mercado y uno de esos dispositivos es el Compact-RIO9074 donde el primer resultado arrojado fue la conexin del dispositivo con la PC generando su interfaz va Ethernet debido a que el fabricante menciona que es la mejor opcin al igual que su programacin con el software Labview, adems se realizo una prctica en la cual se implementa el sistema a una banda

transportadora en la cual con un sensor de presencia arroja objetos fuera de esta banda. Usando este dispositivo de tiempo real se pudo observar que el proceso se vuelve interactivo con el usuario ya que diseando una lgica para el programa el usuario puede determinar el tiempo de retardo entre los pistones y adems como es que van a actuar cada uno de ellos.

En este proyecto solo se usaron tres mdulos de los ocho que puede utilizar en el CompactRIO en tiempo real lo cual se vuelve un inconveniente ya que el dispositivo entonces queda sobrado porque su potencial puede no se ocupo a toda su capacidad y puede ser un poco ms caro que usar un PLC, entonces ya que como se menciono antes el programa se puede modificar fcilmente y los parmetros del proceso se pueden modificar sin necesidad de parar el proceso en curso14.

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Video Banda Transportadora: www.youtube.com/watch?v=aed_ZVQ7TXw&feature=plcp

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Universidad Politcnica de Puebla ConclusinEn conclusin este proyecto de investigacin fue influenciado por los diferentes dispositivos de adquisicin de informacin, control y los de automatizacin, ya que actualmente se encuentran actualizando constantemente entonces surge la iniciativa para estar a la vanguardia en esta rea como lo es la Ingeniera Mecatrnica dentro de la Universidad Politcnica de Puebla. Por esta razn el dispositivo llamado Compact-RIO fue el que ms genero inters ya que en estos das se encuentra en la elite de los dispositivos de adquisicin de datos por sus diferentes caractersticas y sus utilidades lo cual hace sencillo desarrollar prototipos y por la ventaja de poseer 8 ranuras para albergar los diferentes mdulos tanto analgicos como digitales de entrada y salida de datos. Entonces con la ventaja de poder contar con esta clase de equipo se comenz a elaborar unas cuestiones para saber cul era la problemtica al utilizarlo, debido a esto surgi que se tena que documentar todo lo que elaborar en el proyecto para que los alumnos de la ingeniera posteriormente pusiesen ocuparlo sin tener que recabar toda la informacin que se tuvo que analizar, tambin un paso que suele complicarse es el de la comunicacin entre el Compact-RIO y la PC que por alguna razn es el paso ms complejo para comenzar a trabajar con estos dispositivos y por ultimo poder aplicarlo a un proceso industrial como lo es el control de la banda transportadora todo este proceso se llevara a cabo en el software de programacin de Labview el cual es proporcionado por el fabricante del dispositivo y con esto se tiene lo necesario para poder mostrar una utilidad ms que puede desarrollar con este tipo de componentes. En el proyecto llevado a cabo solo se pudieron canalizar tres mdulos porque eran los necesarios para poder realizar el proyecto ya que se adecuaban a lo que se requera, esto deja entre abierto la posibilidad de que los alumnos que deseen trabajar con el dispositivo puedan ocupar ms mdulos y potencializar todas las capacidades que se pueden generar con el Compact-RIO. Cabe recalcar que en este proyecto se deja documentado con CDs de instalacin necesarios para con las herramientas que se necesita para el software de Labview, adems de algunos documentos digitales hallados para fortalecer la investigacin y por ltimo se dejara este

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Universidad Politcnica de Pueblareporte como base para que se les facilite el modo de operacin al realizar algn prototipo dentro de la Universidad. Este proyecto reforzara los conocimientos adquiridos, adems de poder aplicar todo lo aprendido durante la estancia en Universidad y tambin realizar documentos, trabajos formales de alta importancia, as como la experiencia para poder defender una postura frente a un grupo de personas y darle a nuestra formacin como Ingenieros un acto de profesionalismo y responsabilidad antes de entrar en el mbito laboral.

Referencias National Instruments. (07 de noviembre de 2011 ). Introducing High-Performance Multicore NI CompactRIO. Recuperado el 08 de julio de 2012, de http://www.ni.com/white-paper/13046/en National Instrument. Data acquisition Recovered the http://www.ni.com/data-acquisition/esa National Instruments Labview. Recovered the http://www.ni.com/labview/ june 19 th, 2012, of

june 19 th, 2012, of

National Instruments( June 11th, 2012). Compact RIO. Recovered the June 19th, 2012, of http://www.ni.com/compactrio/National Instruments. (2012). Recuperado http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/es/nid/1115 el Junio de 2012, de

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