Instrumentație Virtuală

Instrumentație virtuală

Realitatea virtuală reprezintă un ansamblu de concepte si tehnologii care permite interacțiunea unui mediu virtual simulat cu ajutorul unui calculator cu utilizatorul. Realitatea virtuală este un domeniu de cercetare care implică ingineria mecanică, electronică, automatică, robotică, tehnologii informaționale, fizica, medicina, precum și studiul factorilor umani.

Realitatea virtuală crează un spațiu virtual în care utilizatorul poate depăși orice limită, barieră și își poate îmbunătăți simțurile și competențele, spre deosebire de spațiul real în care orice aplicație este mărginită.

Un instrument virtual reprezintă un ansamblu de componente software si hardware cu ajutorul cărora se achiziționează și analizează date, se testează calitatea unor produse, se monitorizează și se procesează semnale, se efectuează automatizarea și controlul industrial prin intermediul calculatorului personal.

Fig.1 Structura unui instrument virtual

S1, S2 și S3 sunt senzori ce transformă mărimile de măsurat din proces în semnale electrice. Deoarece mărimile de iesire nu sunt compatibile cu mărimile de intrare, este necesară o prelucrare a semnalului cu ajutorul unor punți (de curent alternativ sau de curent continuu), amplificatoare, multiplexoare, surse de semnal și excitație a punților, filtre, elemente de izolare, etc. Semnalul furnizat de aceste elemente este unul de tip tensiune sau curent, cu un raport semnal-zgomot scăzut, al cărui dependență de mărimea măsurată este foarte precis cunoscută.

Calculatorul este dotat cu un dispozitiv hardware astfel încât comunicarea cu procesorul măsurat să fie posibilă. Rolul principal al acestui dispozitiv este de a transforma mărimea analogică de la intrare în mărime numerică pe baza conversiei analog-numerice. Transmiterea cuvântului numeric poate fi executată fie direct către computer prin intermediul magistralei calculatorului, fie prin intermediul interfețelor de comunicație serială și paralelă. Toate aceste dispozitive au rolul de a converti semnalele din procesul real în semnale cu o precizie cât mai bună.

Semnalele digitale, odată stocate în memoria calculatorului sunt gata de a fi prelucrate. Aici intervine programul de instrumentație virtuală, ce permite achiziția, prelucrarea, stocarea, afișarea și transmiterea la distanță a informației de măsură. Se beneficiază de flexibiliate și o gamă largă de funcții odată cu similitudinea cât mai apropiată cu panourile frontale ale instrumentelor reale.

Apariția instrumentației virtuale este strâns legată de apariția calculatoarelor personale și a condus la revoluționarea instrumentelor de măsurare. Folosind calculatoare, aplicații software, plăci de achiziție și drivere pentru acestea se pot realiza diferite sisteme de măsuare bazate pe software cu funcții definite de utilizator, care pot înlocui cu succes instrumentele clasice.

LabVIEW, un limbaj grafic care provine dintr-o prescurtare din limba engleză (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench), este un software de proiectare care oferă atât inginerilor, cât și oamenilor de știință, instrumentele necesare pentru a creea și implementa sisteme de măsură și control. Utilizarea acestui limbaj de programare s-a remaecat în mod special în cazul instrumentației de măsurare bazată pe tehnica de calcul. Programarea unui sistem de măsurare cu ajutorul calculatorului într-un limbaj (C++, Pascal, etc.) consumă foarte mult timp. Interfețele acestor limbaje clasice sunt de multe ori neclare și greu de înțeles. Prin utilizarea limbajului grafic LabVIEW, rapiditatea programării crește foarte mult datorită introducerii unei interfețe grafice mai intuitive.

Mediul de programare LabVIEW a fost lansat pe piață de firma National Instruments, s-a dezvoltat începând cu anul 1983 și s-a perfecționat în mod continuu.

LabVIEW se găsește printre primele limbaje de programare grafică utilizate în aplicațiile de achiziții de date cu tehnica de calcul. Cu ajutorul plăcilor de achiziții de date, fluxul de date numerice sau analogice provenite de la diverse traductoare poate fi prelucrat sau analizat. Prelucrarea datelor analogice sau numerice cu ajutorul limbajului de programare, permite simularea aparatelor de măsură și control sau permite creearea instrumentelor virtuale.

Inginerii și oamenii de știință folosesc cu ușurință platformele inteligente de proiectare, prototip și testare, mai multe produse și tehnologii avansate, de inovare, de conducere cu scopul de a răspunde provocărilor din domeniul energiei reglabile, dispozitive medicale, a infrastructurii urbane și nu numai.

Spre deosebire de instrumentația clasică, cea virtuală poartă un mare avantaj, acesta constă în faptul că poate fi usor transportat prin programare.

Instrumentele virtuale create prin programare pot fi simple aparate de măsură sau pot fi diferite dispozitive care permit controlul unor instalații de automatizare. Prin modificarea structurii aparatelor se pot obține funcții suplimentare, ajungându-se la construirea osciloscoapelor numerice, termometre, barometre, vitezometre, multimetre numerice, aparate specializate pe transmiterea semnalelor de rețea.