| Por: Ing. Ricardo Ledesma García, México
Productos: FieldPoint, LabVIEW, LabVIEW RT, LabVIEW PDA
El Reto
Integrar un sistema de control y adquisición de datos en una cámara isotérmica para realizar pruebas de ingeniería, evaluación y acreditación de productos electrodomésticos. La cámara isotérmica de prueba (CIP) debe ser capaz de controlar las condiciones ambientales de la cámara en temperatura, humedad relativa y velocidad del aire en el interior, además de contar con un sistema de adquisición de variables como tensión, corriente, potencia, consumo de energía, temperatura, monitoreo y activación de algunos componentes internos de los equipos en prueba.
La Solución
Lees Automation a desarrollado diferentes tipos de cámaras isotérmicas de pruebas (CIP), que se ajustan a las necesidades específicas de clientes, utilizando la plataforma de control distribuido que ofrece FieldPoint de National Instruments la cual permite implementar sistemas expandibles, confiables y de bajo costo. La red de adquisición y control esta basada en una LAN (local area Network) Ethernet ó red serial RS-485 multidrop. Los nodos están distribuidos en la periferia de la CIP evitando los altos costos de cableado en señales de gran longitud. La interfase de adquisición esta realizada en LabVIEW que permite a los usuarios ejecutar una gran variedad de pruebas, monitoreo y análisis de las unidades en prueba.
Introducción
La empresa Lees Automation pertenece al grupo de Miembros de Alianza PREMIER de National Instruments y esta ubicada en la ciudad de Querétaro. Tiene 7 años desarrollando proyectos de automatización y control de sistemas, orientados al ambiente industrial y laboratorios de ingeniería. La principal plataforma en que se han implementado estas aplicaciones es FieldPoint y Compact FieldPoint, cubriendo prácticamente toda la gama de productos disponibles en esta familia y utilizando como su software de desarrollo a LabVIEW, LabVIEW RT y LabVIEW para PDAs.
Descripción de la Aplicación
Las Cámaras Isotérmicas de Pruebas (CIP), se utilizan típicamente para la evaluación, monitoreo y pruebas de prototipos de productos diseñados en los departamentos de ingeniería. También se utilizan para acreditar productos en normas de calidad UL, cUL, CSA, NOM. La selección de los instrumentos de medición y control cumplen en general con los requerimientos de las normas antes mencionadas.
Existen diferentes tipos de cámaras isotérmicas, las cuales controlan rangos de temperatura desde -25 hasta 120°C ± 0.5 °C, y humedad relativa ambiente hasta 90% RH ± 2%. Utilizando sistemas de control multivariable de lazo cerrado ejecutándose en tiempo real (RT) alojados en módulos FieldPoint de National Instruments. Con esto se logra la estabilidad de temperatura y humedad deseada. La distribución del sistema de adquisición y control de la CIP es la siguiente: 
Figura 1.
Se instala una red local ethernet o serial RS-485 a la cual se encuentran conectados los diferentes nodos de adquisición y control con módulos FP-20xx y FP-1601, FP-1001
Nodo de control de condiciones críticas – Típicamente se utiliza para el control de condiciones de cámara, temperatura, humedad, velocidad de aire, control de tensión automática para los especimenes en prueba. El programa esta desarrollado en LabVIEW (R/T) y se aloja en un módulo FP-20xx, además de utilizar módulos FP-RTD-122, FP-RTD-124, FP-AO-200, Dual channels, FP-PG-522.
Nodo de adquisición de las variables eléctricas y control de dispositivos de prueba –
El objetivo de este banco es obtener las lecturas de voltaje, corriente, potencia, consumo y variables de entrada salida digital de dispositivos y componentes bajo prueba dentro de la CIP. Este nodo utiliza módulos de comunicación ethernet FP-1601 o serial FP-1001, para las variables eléctricas como: tensión (volts), corriente (amperes), potencia (watts), se emplean transductores para su acondicionamiento y para la adquisición se utilizan módulos FP-AI-110, FP-AI-111; para la variable consumo de energía (watts.hr) se integra electrónicamente la energía por medio de transductores y los pulsos por cada watt consumido se captura en un modulo FP-CTR-500. El acondicionamiento de señales de campo en un rango de 90 a 240Vac se realiza a través de módulos FP-DI-330, FP-DI-301. Para la operación de dispositivos de prueba digitales se utilizan módulos FP-DO-401, los cuales se asocian a relevadores electromecánicos, SSR´s, válvulas, motores, etc.
Nodos de adquisición de temperatura – La finalidad de este nodo es medir las diferentes temperaturas sobre el dispositivo bajo prueba, se instalan tantos bancos y densidad de termopares como sea requerido. Para la lectura de los termopares se utilizan los módulos FP-TC-120 insertados en bases FP-TB-3. Una CIP típica puede tener instalados desde 16 hasta 608 canales de termopares distribuidos en cuantos bancos requiera la aplicación.
El software de control y adquisición esta desarrollado en LabVIEW y se divide en dos programas principalmente. El primero de ellos se aloja en el modulo FP-20xx y se encarga de ejecutar los procesos críticos de la cámara. El segundo de ellos es la interface de operación del usuario, el cual incluye menus para ejecutar y monitorear pruebas como:
· Menú de configuración de señales
· Menú de activación de pruebas
· Menú de monitoreo para ver tendencias de las variables de temperatura, voltaje, corriente, potencia
· Análisis estadístico de pruebas
· Menú de Historiales de prueba
· Menú de reportes
· Menú de control de condiciones de cámara, etc.
En algunas versiones del software, la información se almacena en archivos planos, y en otras se realiza en base de datos, como SQL. Si el sistema se encuentra en una plataforma de comunicación Ethernet se puede agregar variantes de comunicación inalámbrica (wireless), para dispositivos inalámbricos instalados en computadoras portátiles y/ó PDA.
Figura 2. Cámara Isotérmica de Pruebas (CIP)
Conclusión
El utilizar FieldPoint de National Instruments para sistemas de adquisición y control de cámaras isotérmicas, nos ha permitido desarrollar un producto confiable, configurable y expandible de bajo costo. LabVIEW permite un fácil desarrollo de interfaces con el usuario, algoritmos de control avanzado y una gran cantidad de herramientas para el análisis de la información generada.
Actualmente Lees Automation ha instalado más de 40 cámaras térmicas en la industria de los electrodomésticos, refrigeración comercial e industria automotriz.
Ing. Ricardo Ledesma García
Lees Automation
Ingeniero de Proyectos
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