Topicos Selectos de instrumentación

La adquisición de datos (DAQ) es el proceso de medir con una PC un fenómeno eléctrico o físico como voltaje, corriente, temperatura, presión o sonido. Un sistema DAQ consiste de sensores, hardware de medidas DAQ y una PC con software programable. Comparados con los sistemas de medidas tradicionales, los sistemas DAQ basados en PC aprovechan la potencia del procesamiento, la productividad, la visualización y las habilidades de conectividad de las PCs estándares en la industria proporcionando una solución de medidas más potente, flexible y rentable.

¿Qué es un Dispositivo DAQ?

El hardware DAQ actúa como la interfaz entre una PC y señales del mundo exterior. Funciona principalmente como un dispositivo que digitaliza señales analógicas entrantes para que una PC pueda interpretarlas. Los tres componentes clave de un dispositivo DAQ usado para medir una señal son el circuito de acondicionamiento de señales, convertidor analógico-digital (ADC) y un bus de PC. Varios dispositivos DAQ incluyen otras funciones para automatizar sistemas de medidas y procesos. Por ejemplo, los convertidores digitales-analógicos (DACs) envían señales analógicas, las líneas de E/S digital reciben y envían señales digitales y los contadores/temporizadores cuentan y generan pulsos digitales.

¿Cuál es la Función de la PC en un Sistema DAQ?

El hardware DAQ actúa como la interfaz entre una PC y señales del mundo exterior. Funciona principalmente como un dispositivo que digitaliza señales analógicas entrantes para que una PC pueda interpretarlas. Los tres componentes clave de un dispositivo DAQ usado para medir una señal son el circuito de acondicionamiento de señales, convertidor analógico-digital (ADC) y un bus de PC. Varios dispositivos DAQ incluyen otras funciones para automatizar sistemas de medidas y procesos. Por ejemplo, los convertidores digitales-analógicos (DACs) envían señales analógicas, las líneas de E/S digital reciben y envían señales digitales y los contadores/temporizadores cuentan y generan pulsos digitales.

Conjunto de elementos que conforman una infraestructura de monitoreo, control, y comunicación que, a través, de una herramienta computacional gráfica, permiten interactuar con un sistema físico a distancia, que puede ser en tiempo real o diferido.

Beneficios de un sistema de monitoreo y control supervisorio

Manejo y Gestión de Alarmas.
- Adquisición eficaz de datos con los dispositivos de campo.
- Generación de históricos cuya información se consolida en reportes estadísticos.
- Control remoto de procesos.
- Manejo de tareas de supervisión para toma de decisiones.
- Por su arquitectura abierta, es fácilmente adaptable a nuevas necesidades de monitoreo.

Interfaz Gráfica

Pantallas configurables con sistemas de información geográfica satelitales, cartas topográficas, o fotografías aéreas que permiten situar la magnitud del sistema de control supervisorio.
Permite la visualización amigable a base de mímicos o diagramas, que permiten observar el proceso activo y estado operativo de la estación de bombeo, pozo, tanque o cárcamo.

Un control digital es una unidad digital pequeña que actúa como un sistema de control. Dependiendo del requerimiento del controlador, el control digital puede tomar la forma de un computador de escritorio o puede ser tan pequeño como un micro control. En los controles digitales la transformada de Laplace se reemplaza con la transformada Z donde una señal de tiempo discreta en la forma de una secuencia de números complejos o reales es convertida en una representación de dominio de frecuencia compleja. Los controles digitales son utilizados principalmente como sistema de respuesta.

Un control digital típico cuenta con los siguientes componentes:

Conversión A/D ? Analógica de las señales de alimentación que son convertidas en formato digital.

Conversión D/A ? Digital de las señales de salida que son convertidas en señales analógicas para el dispositivo.

Los controles digitales han adquirido popularidad en tiempos recientes debido a que son económicos.

Un micro controlador pequeño puede adquirirse por solo $5. Los controles digitales ofrecen la flexibilidad de configurarlos fácilmente utilizando un software. Usted puede modificar los parámetros y la escala del desempeño del dispositivo. Adicionalmente, los controles digitales son menos susceptibles al impacto del medio ambiente en comparación con los controles analógicos

Un programa relacionado con las señales de alimentación y de salida.

Un sistema de control distribuido (DCS) utiliza bucles de control distribuidos por toda una fábrica, maquinaria o área de control. Es un sistema industrial automatizado y digital que se utiliza para controlar los procesos industriales y aumentar su seguridad, rentabilidad y fiabilidad.

A diferencia de los controladores lógicos programables (PLC), un sistema de control distribuido utiliza una serie de herramientas de configuración para configurar la base de datos, la lógica de control, los gráficos y la seguridad del sistema.

Como funciona un Sistema de Control Distribuido

Las aplicaciones de control se distribuyen a los controladores del sistema que se dedican a procesos específicos de la planta utilizando dispositivos de campo.

La lógica de control puede ser creada y dispersada a través de los controladores del sistema. Esto permite que los cambios que deben realizarse para cumplir con nuevos requisitos y/o la adición de nuevos controladores o dispositivos de campo, se realicen de manera eficiente y precisa, facilitando y simplificando las actualizaciones y la integración de nuevos equipos.

Este tipo de sistema de control industrial está conectado por una red de comunicación de alta velocidad. Mientras que cada controlador funciona de forma autónoma, existe un control de supervisión central a cargo de un operario.
Un DCS lo constituyen tanto elementos de software como de hardware. Los costes de instalación se reducen al mínimo gracias a la simplicidad de la instalación local con la mayoría de los controladores.

Los procesos individuales tienen sus propios controladores con CPUs separadas, por lo que otros procesos pueden continuar en una situación de avería individual, a diferencia de un sistema de controlador central.
Un sistema de control distribuido es funcionalmente similar al control de supervisión y adquisición de datos (SCADA) actual. Normalmente, un sistema SCADA se utiliza en situaciones en las que el centro de control se encuentra más alejado.

El concepto de instrumentación virtual nace a partir del uso del computador personal como ?instrumento? de medición de señales tales como temperatura,
presión, caudal, entre otras. Es decir, el PC comienza a ser utilizado para realizar mediciones de fenómenos físicos representados en señales de corriente (como 4...20mA) y/o voltaje (por ejemplo, 0-5Vdc) normalmente con una gran precisión y número de muestras por segundo.
Sin embargo, el concepto de "instrumentación virtual" va más allá de la simple medición de corriente o voltaje.

La flexibilidad, el bajo costo de mantenimiento, la reusabilidad, la personalización de cada instrumento, la rápida incorporación de nuevas tecnologías, el bajo costo por función y por canal son algunos de los beneficios que ofrece la instrumentación virtual. La instrumentación virtual puede también ser implementada en equipos móviles (laptops), equipos distribuidos en campo (RS-485), equipos a distancia (conectados vía radio, Internet, etc.) o equipos industriales (NEMA 4X, etc.). Existe una tarjeta de adquisición de datos para casi cualquier bus o canal de comunicación en PC (ISA, PCI, USB, serial RS-232/485, paralelo EPP, PCMCIA, CompactPCI, PCI, etc.) y un driver para casi cualquier sistema operativo (WIN 3.1/95/NT, DOS, Unix, MAC OS, etc.).

Una pantalla táctil, es un periférico de entrada y salida de datos para el dispositivo en el que esté instalada, actuando así como intermediario directo entre nuestras órdenes y lo que debe hacer el dispositivo en cuestión.

Las ordenes en cuestión pueden ser dadas como su propio nombre indica, de manera táctil, o también mediante un lápiz o Stylus, que según sea la pantalla, deberá ser de tecnología óptica.
Existen varios tipos de pantallas táctiles, y funcionan de manera totalmente diferente según la tecnología usada y las características técnicas, así podemos decir que existen cuatro tipos de pantallas táctiles bien diferenciados entre sí.

Pantallas táctiles por Infrarrojos

Este es el primer sistema que se utilizó para fabricar una pantalla de características táctiles, así que podemos decir que es el sistema mas antiguo de los cuatro.
Su funcionamiento consta en la instalación, en los bordes de la pantalla en cuestión, de unos emisores y receptores de infrarrojos incrustados en la carcasa, en un lado se colocan los emisores, y en el lado opuesto se colocan los receptores, para crear de esta manera una matriz de rayos cruzados. Cuando pulsamos con el dedo o con el stylus, lo que hacemos es interrumpir la emisión y recepción tanto de un haz de luz vertical, como de un haz de luz horizontal. El dispositivo en el que está instalada la citada pantalla, detecta los rayos infrarrojos que han sido interrumpidos, conociendo de esta manera en el lugar exacto donde hemos pulsado para obrar en consecuencia. Este sistema de pantalla táctil tiene el gran beneficio de que no oscurece la pantalla, pero por el contrario, son muy caras y voluminosas, cuesta mucho mantenerlas limpias y son poco fiables, ya que una simple mota de polvo puede ser suficiente para interrumpir la emisión y recepción de uno de estos rayos.

Pantalla táctiles resistivas

Consta de dos capas de material conductor transparente ligeramente separadas entre sí, que lo que hace es que cuando pulsamos sobre la propia pantalla, estas dos partes se unen, y un sistema electrónico detecta el contacto y es capaz de, midiendo la resistencia, saber el punto exacto del contacto.
Estas capas conductoras son muy ligeras y, por norma general, están tratadas con un material conductor creado a base de oxido de índio y estaño.
Estas pantallas, tienen la gran ventaja que pueden ser usadas casi con cualquier cosa, con los dedos, con un simple lápiz o incluso con los dedos usando guantes. A su vez son altamente resistentes y económicas, pero por otra parte, son sensibles a la luz ultravioleta y al cabo del tiempo acaban degradándose y perdiendo transparencia y luminosidad.

Pantallas táctiles capacitivas

En este tipo de pantallas, se añade la capa conductora al cristal del la propia pantalla, y se aplica una tensión en cada una de las cuatro esquinas,
Con esto conseguimos un campo eléctrico uniforme, el cual al pulsar sobre una zona de la pantalla, se genera un campo eléctrico de baja tensión proveniente de cada una de las esquinas, lo que ayuda a definir la posición exacta del lugar donde hemos efectuado la pulsación.
Este tipo de pantallas es el mas buscado por su calidad de imagen y por su luminosidad, dado que al usar menos capas de material dejamos filtrar de mejor manera la luz. Eso si, tienen el inconveniente de que son mucho mas caras que las resistivas y tan solo las podremos usar con los propios dedos al desnudo, con guantes especiales o con lápices ópticos creados específicamente para este tipo de pantallas.

Pantallas táctiles de onda acústica superficial (SAW)

Este tipo de pantalla, consta de un sistema muy parecido al de las pantallas táctiles de infrarrojos, en el cual, a través de la superficie del cristal, se transmiten unas ondas acústicas inaudibles para el ser humano.
El sistema consta, como en el de infrarrojos, de unos detectores, pero esta vez están dispuestos en los ejes. Cuando el usuario toca la pantalla, su dedo absorbe parte de la energía acústica atenuando así la intensidad de la señal, en ese momento el circuito controlador recibe una onda atenuada y se encarga de medir las coordenadas para conocer el punto exacto de la pulsación y obrar en consecuencia.
Este tipo de pantallas son las mas precisas que existen, ya que ademas de saber donde hemos hecho la pulsación exacta, pueden conocer datos como la presión ejercida y la profundidad e intensidad de la pulsación