AC-723 – MÉTODOS EXPERIMENTAIS PARA

TURBINA A GÁS –aulas 24-27

Prof.(a) Cristiane MartinsInstituto Tecnológico de AeronáuticaDivisão de Eng. Aeronáutica / Dept. de Propulsão 10/2010

Mapa do Curso

Criar, Editar, & Debugar uma VI

Introdução ao LabVIEW

Loops & Charts

Arrays, Graphs, & Clusters

Case & Sequence Structures e

Formula Nodes

Strings & File I/O

Criar SubVI

Projeto VI

Local Variable & Property Node

Data Acquisition& Waveforms

Introdução ao LabView

Semana 11–aula 11 Revisão –

Assunto a tratarPROJETOAQUISIÇÃO DE DADOS

Projetos -

Cada grupo deverá fazer apresentação em classe dos passos e da VI construída.

Todos os projetos serão testados no Laboratório.

Três projetos – dois com maior dificuldade. Seleção dos alunos foi de acordo com a

dificuldade do projeto – alunos com maior facilidade projetos com maior dificuldade.

Projeto 1 – Motor Foguete

Parte 1 – Previsão de comportamento do motor

Parte 2 – Aquisição de dados

Projeto 1 – Motor Foguete

Frederico Della Bidia Bruno Goffert André Fernando Ana Maria Lincoln Tolomelli

Projeto 2 – Turbina a Gás

Parte 1 – Aquisição de dados

Parte 2 - Controle da turbina

Projeto 2 – Turbina a Gás

Eduardo Maiello Bruno Machado Bruno Goulart Jocicley Jamaguiva Alexandre Damião

Projeto 3 – Temperatura estática

Parte 1 – Equacionar o problema

Parte 2 – Aquisição de dados

Projeto 3 - Temperatura estática

Daniel Yiuji Lina Augusta Juliana Mara Andrei Silva Souza

Planejamento e Projeto Processo

Definir Projeto

Fluxograma

ImplementarNodes como VIs

Topo - abaixo

Teste SubVIs

Integrar SubVIsno Projeto

Teste & AjusteFinal

Base- subida

Feedback

Arquitetura Simples VI

VI que produz resultados quando roda• Nenhuma opção de “start” ou “stop”• Adequado para testes de lab, cálculos

Exemplo: Convert C to F.vi

Arquitetura Geral VI

Três passos principais• Startup• Main application• Shutdown

Arquitetura com Loops Paralelos

Desvantagens• Sincronização• Troca de dados

Vantagens• Manuseio simultâneo de

processos múltiplos independentes

Arquitetura com Multiplos ‘Cases’

Vantagens• Sincronização e troca de dados simplificadas

Desvantagens• Loop pode ser grande demais e dificultar visualização• Manuseio de um evento pode bloquear outros eventos• Todos os eventos são manuseados a mesma taxa

Arquitetura Máquina de Estado ‘State Machine Architecture’

Vantagens• Pode ir para qualquer estado a partir de um outro

• Fácil de modificar e debugar

Desvantagens• Pode perder eventos se ambos ocorrem ao mesmo tempo

States:0: Startup1: Idle2: Event 13: Event 24: Shutdown

State Machine

Cada estado em um ‘State Machine’ faz algo único e chama outros estados. Estado de comunicação depende de alguma condição ou sequência. Para variar o diagrama de estado no LabVIEW, preciso as seguintes infraestruturas:

While loop – continuamente executa os vários estados

Case structure – cada caso contém código a ser executado para cada estado

Shift register – contém informação de estado de transição

Transition code – determina o próximo estado na sequência

Um diagrama de estados representa um estado de máquina. Estados de um estado de máquina são ativos ou passivos. Somente um estado está ativo em determinado tempo. O estado de máquina sempre parte de um estado particular definido como estado inicial e finaliza (pára) após o estado final.

Associado com um estado pode existir uma ou mais ações. Uma ação pode ser uma ação de controle executada por um controlador. Ações podem ser listadas como abaixo:

Estado 1 ações: • Acão 1: Valvula V1 is open; • Acão 2: Motor M1 runs;

Estado 2 ações: • Ação 1: Valvula V1 is closed; • Ação 2: Aquecedor H1 is on;

Ações para dado estado pode ser listadas em uma caixa fixada ao simbolo do estado, como mostra a Fig. ou de forma mais detalhada, dependendo da complexidade do programa.

Máquina de estado é uma estrutura conveniente do LabVIEW onde uma case construct where a case structure está contida em while loop. Execução de cases (em particular) na estrutura é determinada pela saída proveniente de um of particular cases in the structure is determined by the output from the previous case (or in the instance of the first execution) by the control selector input.

Controle da ordem de execução de case é através do uso de shift register. The control of the order of case execution is controlled through the use of a shift register. By wiring the output from one case as the determinate to the subsequent case (wiring to the shift register on the right hand side) and wiring the input to the case selector from the left hand side shift register, operations can be ordered according to which state is executed.

Exercise 1-3 on Page 1-22

Students examine the Timed While Loop and State Machine template VIs.

Approximate time to complete: 20 min.

RESUMO

• O processo de construção de uma aplicação pode ser dividido em três fases — planejamento, implementação e testes

• Ao planejar, assegure que máxima informação possível sobre a aplicação

• Faça fluxogramas• Planeje a hierárquia de seu projeto• Implemente sub componentes com subVIs onde for

possível• Desenvolva cada subVI e teste• Combine todas as subVIs na aplicação completa• Use técnica de masuseio de erros• As arquiteturas mais comuns de VIs são Simples, Geral,

Parallel While Loops, Multiple Cases, e State Machine

Data Acquisition

A. Sobre placa de aquisição plug-in (DAQ).

B. Sobre organização das DAQ VIs.

C. Como adquirir e mostrar sinais analógicos

D. Como adquirir dados de múltiplos canais analógicos

INFORMAÇÃO

Representação da informaçãoQUAL?

Números, caracteres, imagem e som.COMO?

Analógica ou digital.AnalógicaOs números são representados por medidas de grandezas físicas

por ex. intensidade da corrente elétrica, valor de flutuação de pressão.

DigitalNúmeros representados por uma sequência de dígitos. Por

exemplo, base de numeração binária.

Tipos de dados

Sequência

Veja exemplos de aplicação do LabVIEW

Aprenda conceitos básicos de aquisição de dados

Siga para sua aplicação específica

Aprenda como debbugar sua aplicação

Instale e configure seu hardware

Passos a seguir antes de rodar sua aplicação

Sequência de ligações

Símbolos DAQ board

ACH#AIGNDDAC#OUTDIO#DGND

Analog input channel #Analog input groundAnalog outputDigital Input/Output (5 V)Digital Ground

• Bibliotecas DAQ suportam todas placas DAQ

• LabVIEW usa o softaware NI-DAQ driver

• Placas DAQ para: – Analog I/O– Digital I/O– Counter/timer I/O

• Componentes sistema aquisição de dados

Visão Geral

Considerações sobre Entrada Analógica

• Single-Ended vs. Differential

• Resolução

100 200150500

Time (s)

0

1.25

5.00

2.50

3.75

6.25

7.50

8.75

10.00

Amplitude(volts)

16-Bit Versus 3-Bit Resolution(5kHz Sine Wave)

16-bit

3-bit

000

001

010

011

100

101

110

111

| ||||

• Range (Faixa)

• Ganho

Considerações sobre entradas analógicas

Não basta simplesmente você dizer ‘quero medir tensão’, você deve definirque tipo de sinal você tem

O sinal analógico pode ser dividido em três categorias:- DC- Domínio do tempo- Domínio da frequência

Quão rápida a amostragem?

Taxa de

amostragem

Média

Amostragem adequada

Aliased devido a subamostragem

Sinal de referência

Sinais podem vir em duas formas: referenced e non-referenced.

Muitas vezes fontes referenciadas são ditais sinais aterrados ou grounded signals, e fontes não referenciadas são chamadas floating signals.

Grounded Signal Source

FloatingSignal Source

Limites do sinal

Ajuste de limites são os valores máximo e mínimos do sinal que você quer medir. Um ajuste preciso permite que o ADC use mais divisões digitais para representar o sinal. Figura mostra um exemplo desta teoria. Usando ADC de 3 bits e um device que permite ajuste entre 0 e 10 volts. Observe efeito de ajuste entre 0 e 5 volts e 0 e 10 volts. Com um limite ajustado de 0 a 10 volts, o ADC usa somente 4 das 8 divisões na conversão. Mas usando 0 a 5 volts, o ADC agora tem acesso a todas as 8 divisões digitais. Isto torna a representação digital mais precisa.

Limites do sinal – largura de código

10

1 * 212= 2.4 mV

20

1 * 212= 4.8 mV• Largura de código:

Quanto menor a largura de código mais preciso será a representação do sinal

****Se seu sinal é menor do que o range do device, você deverá ajustar osvalores limites para valores que mais precisamente refletem seu range.

Sinal Unipolar ou Bipolar

Sinal pode ser unipolar ou bipolar. Sinal Unipolar a faixa inicia no 0 até valor positivo (i.e., 0 to 5 V). Sinal Bipolar é aquele que varia do negativo ao positivo (i.e., –5 to 5 V).

Tabela ao lado mostra como a Largura de Código 12-bit DAQ varia com faixas e ajuste de limites.

Aquisição – DIFF, RSE ou NRSE

DIFF - diferencial

Entrada diferencial:1. Sinal de entrada baixo (< do que 1 V).2. Distância entre sinal fonte e entrada hardware longa (mais que 15 feet).3. Cabo não shielded

Aquisição – DIFF, RSE ou NRSE (cont)

Configuração single-endedconfiguration permite o dobro de

canais de medida e á aceitável quando a magnitude dos erros induzida é menor do que a precisão dos dados. Critérios:

1. Sinal de entrada maior do que 1 V.

2. 2. Distância entre sinal fonte e entrada hardware curta (menos 15 feet).

3. 3. Todas as entradas dividem terra comum de referência.

Aquisição – DIFF, RSE ou NRSE (cont)

Referenced single-ended (RSE) usadopara medir sinal flutuante, porque ele aterra o sinal com relação a um terra construído.

NRSE todas as medidas são feitas com relação a referência comum, porque todas os sinais de entrada já estão aterrados.

RESUMO - Aquisição – SE ou DIFF

Quando medir sinais com uma placa de aquisição você deve considerar inúmeros fatores.

Single-ended (SE) versus differential (DIFF):• Três condições deve ser satisfeitas para o usos de SE:

– 1. Sinal de entrada maior do que 1 V.– 2. Distância entre sinal fonte e entrada hardware

curta (menos 15 feet).– 3. Todas as entradas dividem terra comum de

referência.

Se os sinais não satisfazem estes critérios, entradas DIFF devem ser utilizadas.

• Entradas DIFF tem dois canais de medida em referência um ao outro e reduzem ou eliminam os erros devido a ruídos.

Visão geral – entradas / saídas

ACH#AIGNDDAC#OUTDIO#DGND

Analog input channel #Analog input groundAnalog outputDigital Input/Output (5 V)Digital Ground

• Analog Input

• Analog Output

• Digital Input

• Digital Output

• Counter Input

• Counter Ouput

DAQmx Create Virtual Channel.vi

DAQmx Create Virtual Channel.vi

NI-DAQmx Create Virtual Channel function possui diferentes possibilidades correspondentes ao tipo específico de medida ou geração de desempenho de canal virtual.

As entradas da NI-DAQmx Create Virtual Channel function diferem para cada exemplo.

Entretanto certas entradas são comuns para todas. Por exemplo, entrada é exigida especificar se serão usados:

physical channels (analog input and analog output), lines (digital), ou counter that the virtual channel(s)

Analog input, analog output e counter utilizam minimum value e maximum value

Adquirir uma Amostra

Adquirir uma Amostra

Physical Channel

Minimum Value

Maximum Value

1 2

DAQmx Create Virtual Channel.vi

AI Voltage

DAQmx Read.vi

Analog DBL1Chan 1Samp

4

Measurement

10,00timeout

Simple Error Handler.vi

OK message + warnings

3

DAQmx Clear Task.vi

Adquirir uma Amostra – Painel Frontal

Fazer vi para adquirir sinal de um termopar

termocouple.vi

termocouple.vi

Adquirir sinal de múltiplos canais

NI-DAQmx: Reduce Development Time and Improve Performance

10 Funções no NI-DAQmx

DAQ Assistant

DAQ Assistant

DAQ Assistant é uma interface gráfica para iterativamente criar, editar e rodar NI-DAQmx virtual channels and tasks.

NI-DAQmx virtual channel consiste de canais físicos em um dispositivo DAQ e informações de configuração para este canal físico, tal como range de entrada e escala.

NI-DAQmx task é uma coleção de canais virtuais, timing e informação de triggering e outras propriedades referentes a aquisição ou geração.

DAQ Assistant será configurado para medidas de estiramento.

DAQmx Trigger.vi

The NI-DAQmx Trigger function configura um disparo (trigger) para desempenhar uma ação específica. As mais comuns são start trigger e um reference trigger.

Start trigger inicia uma aquisição ou geração.

Reference trigger estabelece a posição em uma série de amostras adquiridas, onde dados pretrigados finalizam e dados pós-trigados inicializam.

Ambos podem ser configurados para ocorrer em um digital edge, um analog edge, ou quando um sinal analógico entra ou sai de uma janela.

No diagrama de blocos, tato o start quanto a reference são configurados utilizandoNI-DAQmx Trigger VI para ocorrer no digital edges para uma entrada analógica.

Visão arranjo de dados

A principal diferença entre Analog Input, AI Sample Channel em relação a Acquire Waveform é que esta ultima realiza medidas de uma forma de onda. Isto não é necessário em experimentos como termistor ou strain gage, uma vez que tais medidas não variam muito no tempo. Entretanto em experimentos com oscilações tempo é variável importantíssima. Também em experimentos onde tempo não é importante são necessárias menores taxas de aquisição. Acquire Waveform Sub VI amostra no tempo é feita por hardware localizados na placa de aquisição. Dados amostragem de tensão são estocados na memória usando acesso direto de memória (DMA). A amostragem pode ser realizada em altas taxas de amostragem, acima de 100,000 samples por segundo. Se dois canais estão sendo amostrados, cada canal terá 50,000 samples por segundo. Comparando, quando aquisição e estocagem são controladas por software, como com Sample Channel Sub VI, a máxima taxa de de aproximadamente 100 samples por segundo.

• Adquirir dados e ler dados provenientes do buffer da placa de aquisição são duas operações separadas.

• Valores Default são utilizados para otimizar a aplicação. Passos de partida e leitura usam valores default -1 para number of scans to acquire e number of scans to read, respectivamente, o buffer size ajusta o número de scan para ambos os passos.

• Após aquisição buffer size scans, a aquisição está completa. Um passo limpa e libera o buffer da memória e outros rescursos são utilizados.

• A taskID “cadeia” VIs junta para controlar a ordem de execução (data dependency).

• Erros são passados de uma VI para outra através error in e error out clusters. Simple Error Handler VI no fim da sequência relatam informações quando ocorre um erro.

Buffer??

Um buffer é uma região da memória usada para reter temporariamente dados de entrada ou saída. Os dados de entrada ou saída podem ser provenientes de dispositivos fora do computador ou processos internos. Buffers podem ser implementados em hardware ou por software, a vasta maioria são implementadas por software. Buffers são utilizados quando existe diferença entre a taxa na qual os dados são recebidos e a taxa na qual são processados, ou quando tais taxas são variáveis, por exemplo em uma impressora.

Buffer (cont)

Buffer – é como uma cesta para estocar doces ‘’temporariamente’’.

Analog Input Operations

• Sequência

AI Config -- Configura canais, ganhos e buffer do computador

AI Start ------Seta condições de disparo, clocks de programa, e

partida da DAQ

AI Read ------Lê dados do buffer (repete se contínuo)

AI Clear------Pára a DAQ, placa e recursos do micro livres

• Parâmetros Gerais VI

taskID – para controlar ordem de execução

Terminais Negrito

Valores Default

Analog Input Intermediate VIs

Buffered Analog Input

Continuous Data Acquisition

Observação

Dados estocados enquanto lê ou escreve, reduz o número de acesso exigido na fonte. Fluxos estocados (buffer) são mais eficientes do que similares non-buffred.

Analog Input Intermediate VIs

Buffered Analog Input

Continuous Data Acquisition