Diseño y construcción de un sistema remoto centralizado para el
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1. Dise o y construcci n de un sistema remoto centralizado para el manejo de las pr cticas del Laboratorio de Redes El ctricas de la FIEC mediante la utilizaci n del software LabVIEW e instrumentaci n CompactDAOQ de National Instruments Tanny Ch vez Esparza Kevin Lucas Marcillo M Sc Juan del Pozo Facultad de Ingenier a en Electricidad y Computaci n 4 Escuela Superior Polit cnica del Litoral ESPOL Campus Gustavo Galindo Km 30 5 v a Perimetral Apartado 09 01 5863 Guayaquil Ecuador tchavezOespol edu ec keveluca Oespol edu ec jdelpozo Oespol edu ec Resumen En la actualidad el Laboratorio de Redes El ctricas LRE de la Facultad de Ingenier a en Electricidad y Computaci n FIEC representa la base de los conocimientos pr cticos para la mayor a de los estudiantes de la facultad pero el aprovechamiento de los recursos de hardware y software no es ptimo Es por ello que en el siguiente trabajo se propone la implementaci n de un nuevo sistema remoto centralizado que sea adaptable a las necesidades actuales y futuras del laboratorio para un mejor uso f cil manejo y mantenimiento del mismo Debido a que es el primer laboratorio que toman los estudiantes a nivel de facultad y la poca experiencia t cnica que poseen los equipos y materiales utilizados son susceptibles a da os y desconfiguraciones por ello se requiere un sistema que aumente la seguridad de la red y de los equipos que involucren adquisici2. Interfaz del analizador de potencia Para la adquisici n de los datos se hace uso de los canales del m dulo NI 9225 para la medici n del voltaje y del m dulo NI 9227 para la medici n de corriente que se encuentran previamente instalados en la C DAQ Los instrumentos mencionados anteriormente realizan tareas de adquisici n de datos donde se utilizan los canales de entrada de la C DAQ por ello en la programaci n de los mismos se necesitan definir los canales de entrada f sicos para el bloque de creaci n de entrada anal gica de la librer a DAQmx de LabVIEW ya sea de voltaje o corriente Luego se establece la tasa de muestreo se procesan los datos y finalmente se los muestran hasta que el usuario finalice la tarea A su vez tambi n se dise un generador de funciones de voltaje virtual como se describe a continuaci n e Generador de funciones Permite generar se ales de voltaje de forma sinusoidal cuadrada y triangular Tanny Ch vez Kevin Lucas k cDAQ9188 19D40EBMod1 Figura 4 virtual Interfaz del generador de funciones Para la generaci n de los datos se hace uso de los canales del m dulo NI 9269 instalado en la C DAQ El generador realiza la tarea de generaci n de datos donde se utilizan los canales de salidas de los m dulos de la C DAQ por ello en la programaci n del mismo se necesitan definir los canales de salida f sicos para el bloque de salida anal gica de voltaje
3. 28 Ene 2015 guide and Operating 922 14 National Instruments instructions and specifications NI http www ni com pdf manuals 374707e Fecha de Consulta 28 Ene 2015 15 National Instruments Operating instructions and specifications NI 9227 http www ni com pdf manuals 375101e Fecha de Consulta 28 Ene 2015 16 National Instruments Operating instructions and specifications MNI 9269 http www ni com pdf manuals 375099b Fecha de Consulta 28 Ene 2015 17 Raza Ver nica Adaptaci n de la tecnolog a de control abierto de procesos opc al laboratorio de control autom tico de la Facultad de Ingenier a El ctrica y Computaci n FIEC para la administraci n remota de sus plantas de trabajo ESPOL 2011
4. n o generaci n de datos pero que a la vez permita realizar operaciones de actualizaci n y mantenimiento de una forma r pida Palabras Claves Escritorio remoto adquisici n de m ltiples tareas CompactDAO Abstract Nowadays the Laboratory of Electrical Networks at the Faculty of Electrical Engineering and Computer Science is the basis of the practical knowledge for most students at the faculty but the use of the hardware and software resources is not optimal That is why in this research we proposed to implement a new centralized remote system which is adaptable to current and future needs of the laboratory in order to warranty a better use easy operation and maintenance Because this is the first laboratory that students take at the faculty level and considering the few technical expertise that they possess the equipment and materials are susceptible to damage and misconfigurations for these reasons the laboratory requires a system that increases network security involving data acquisition or generation but at the same time allowing quick update and maintenance operations Keywords Remote desk multi task acquisition CompactDAO 1 Introducci n Por ello se implementa un sistema que consta de un computador principal configurado con Windows El LRE es la base fundamental de los Server 2012 WS12 y una Compact DAQ C DAQ conocimientos t cnicos para los estudiantes de la de National Instruments NI cuyos m dulos FIEC Por lo ta
5. propiedad de escritorio remoto ya que es mediante esta propiedad que los clientes mesas de trabajo acceden a un escritorio independiente donde pueden configurar y controlar los canales que tienen asignados de la C DAQ seg n los permisos y la lista de usuarios permitidos que el administrador haya preestablecido Cabe mencionar que la computadora principal se encuentra previamente conectada a la misma red que las mesas de trabajo del LRE Al acceder al escritorio remoto se aprovecha al m ximo la capacidad de la C DAQ debido a que cada canal de entrada y salida E S de la C DAQ es independiente se pueden hacer tareas simult neas de adquisici n o generaci n de datos desde varios usuarios que acceden al servidor de forma remota Para que no haya conflicto entre canales al momento de ejecutar una tarea el administrador ha preestablecido un rango limitado de canales para cada usuario esto se realiza mediante programaci n en LabVIEW por lo cual se dise aron instrumentos virtuales enfocados a las necesidades del laboratorio y desarrollados a trav s de la librer a NI DAQmx 3 1 1 Instrumentos de medici n virtuales Hoy en d a los instrumentos de medici n virtuales nos ayudan a tener una mejor visualizaci n y an lisis de los datos por ello aprovechando las caracter sticas t cnicas de los m dulos de la C DAQ se crearon los siguientes instrumentos e Medidor de voltaje y corriente Permite la realizar mediciones de corri
6. dulo debido a que los m dulos tienen una tasa de muestreo establecida antes de iniciar una tarea y esto no permite interactuar con los dem s canales de forma independiente ya que una vez empezada la tarea la tasa de muestreo es la misma para todos los canales y no permitir a en este caso a 3 o m s usuarios generar se ales a diferentes frecuencias ya que la frecuencia de muestreo tiene relaci n con la frecuencia de la se al a graficar de acuerdo al teorema de Nyquist Se podr a establecer una tasa de muestreo para un rango de operaci n donde las se ales puedan variar sus frecuencias y que a su vez no causen problemas a la frecuencia de muestreo establecida al inicio de la tarea sin embargo el chasis de la C DAQ no permite realizar m s de una tarea simult nea para el m dulo NI 9269 entonces solo nos permite trabajar con un canal a la vez por ello para poder generar muchas se ales de voltaje se necesitar a m s de un chasis que controlen esta tarea Para esta prueba se utiliz dos sesiones de escritorio remoto de WS12 donde cada una gener una se al diferente de voltaje al mismo tiempo utilizando el generador de funciones virtual dise ado previamente e Sesi n 1 Se gener una se al sinusoidal a partir de un generador de funciones virtual utilizando el m dulo NI 9220 de la C DAQ con n mero de serie 19D40EB con valores arbitrarios de V 4 000 0 002 V y f 50 Hz Al mismo tiempo se grafic esta se al
7. est n cableados a borneras en las respectivas estaciones de trabajo utilizando cable de instrumentaci n para evitar efectos de ruido durante la adquisici n o generaci n de datos como se muestra en la Figura 5 De esta manera el usuario tiene acceso a los canales que le corresponden desde su estaci n de trabajo w I S S SN Y N w N N I 1 4 cables de instrumentaci n medidas en metros Figura 5 Panel de E S de cada mesa de trabajo La Figura 6 muestra el dise o del panel para cada estaci n de trabajo del LRE SALIDAS ANAL GICAS Zout 100m4 CH1 CH2 O O O Q ENTRADAS DE VOLTAJE RMS 300Vrms ES CH1 CH2 O O o Q ENTRADAS DE CORRIENTE 5Arms CH1 Entrada de Voltaje RMS Frecuencla 0453 Entrada de comfent Sallda anal g i Frec ente al glcaz encla 0 453 Hz Frecuencia 200mHz 5KHz Zin 1MO 0 Precisi n 20 05 Zin 12m0 Precisi n 0 19 cisi n 0 1 Resistencia Shunt 10 Figura 6 Panel de E S de cada mesa de trabajo Cabe recalcar que la distribuci n de canales fue realizada considerando que los usuarios deben completar las pr cticas definidas en el manual del LRE 4 Resultados Una vez implementado el sistema en el LRE procedimos a realizar pruebas de adquisici n y generaci n en distintas estaciones de trabajo simult neamente como se describen a continuaci n 4 1 Adquisici n de se ales de voltaje Inicialmente el chasis de la C DAQ no permit
8. 007kHz TDS 10028 14 45 00 18 01 2015 Figura 12 Se al sinusoidal a la salida del generador de funciones virtual Tanny Ch vez Kevin Lucas 2 000KHz Physical Channels k CDAQ9188 19D9617Mod6 ao1 e Figura 13 Par metros de la se al en el generador de funciones virtual El porcentaje de error entre los valores de voltaje medidos a partir de los instrumentos de medici n real y virtual es de 2 para la sesi n 1 y 3 para la sesi n 2 5 Conclusiones De los resultados obtenidos para la adquisici n y generaci n de datos utilizando un sistema remoto centralizado en el LRE se concluye que e El sistema implementado permite a los usuarios a acceder de manera remota a los programas instalados en la computadora principal asegurando que la configuraci n de los mismos no pueda ser modificada por los usuarios pero al mismo tiempo ofreciendo una interfaz amigable donde pueden aprender a configurar equipos de adquisici n y generaci n de datos e El sistema facilita las tareas de calibraci n actualizaci n revisi n de hardware y software en general que se encuentre vinculado con la computadora principal e Los instrumentos virtuales son compatibles con cualquier sistema de adquisici n y o generaci n de datos de NI por lo que el sistema es escalable tanto en el n mero de usuarios que pueden utilizarlo como en la diversidad de equipos que pueden utilizarse e Las se ales adquiridas y generadas pres
9. a trav s de un Osciloscopio Tektronix TS1002B que present los siguientes valores V 4 08 0 17 V y f 49 90 1 00 Hz Como podemos observar en las Figuras 10 y 11 respectivamente EA O Stop M Pos 0 0005 MEDIDAS E CH1 Frecuencia 49 30H2 CH1 Wpico pico 9 164 CH2 Cho Wpico pico CH2 No Ypico pico CH2 No Frecuencia CHI 2 004 M 5 CHI 4 32 dm 18 Ene 15 14 44 50 0003Hz TDS 10028 14 45 20 18 01 2015 Figura 10 Se al sinusoidal a la salida del generador de funciones virtual Tanny Ch vez Kevin Lucas 50 000 Hz Frecuencia Amplitud DC Offset NX JD YI sk 0 0 10 0 5 7 BE 3 far fal y Physical Channel s I CDAQ9188 19D40EBMod5 a00 Figura 11 Par metros de la se al en el generador de funciones virtual e Sesi n 2 Se gener una se al cuadrada a partir de una generador de funciones virtual utilizando el m dulo NI 9220 de la C DAQ con n mero de serie 19D961 con valores arbitrarios de V 2 000 0 0017V Voc 1 0000 0 0005 V y f 2 kHz Al mismo tiempo se grafic esta se al a trav s de un Osciloscopio Tektronix TS1002B que present los siguientes valores V 2 06 0 08 V Vpc 1 02 0 08 V y f 2000 1 Hz Como podemos observar en las Figuras 12 y 13 respectivamente Mi Pos 0 000s MEDIDAS CH1 a Pico pico 412 CH1 Frecuencia 2 D00KHz CH1 medio 1 024 CH1 Ninguna CH Ninguna CH1 1 004 M 250 us CH1 2 743m 18 Ene 15 14 44 C0
10. de la librer a DAQmx de LabVIEW Luego se establece la tasa de muestreo se configuran los diferentes tipos de datos que se quieren mostrar teniendo en cuenta que los rangos de frecuencia definidos por el administrador deben cumplir el criterio de Nyquist finalmente se transmiten los datos por los canales de salidas hasta que el usuario finalice la tarea Estos cuatro instrumentos de medici n virtuales operan con sistemas lineales se ales sin distorsi n y a una sola frecuencia dentro del rango permitido por cada instrumento Para se ales AC dichas se ales deben ser sinusoidales sin distorsi n por ello el valor a mostrar es en RMS Las especificaciones de cada uno de los instrumentos virtuales est n sujetas a las caracter sticas de cada m dulo de la C DAQ 3 2 Hardware El hardware consta de una C DAQ 9172 con un chasis Ethernet y cuatro tipos de m dulos instalados en su interior como se describen a continuaci n e NI 9220 M dulo de entrada anal gica de voltaje de 10 V e NI 9225 M dulo de entrada anal gica de voltaje de 300 Vrms e NI 9227 M dulo de entrada anal gica de corriente de 5 Arms 0 e NI 9269 M dulo de salida anal gica de voltaje de 10 V El hardware de NI se encuentra previamente conectado al switch de la red interna del LRE mediante el puerto Ethernet de su respectivo chasis para que pueda ser controlado por la computadora principal Todas las E S de los m dulos de la C DAQ
11. e realizar varias tareas simult neamente debido a que ste debe ser reservado para ser usado por un nico usuario Para poder realizar diferentes tareas se debe configurar en LabVIEW la programaci n del instrumento virtual y no reservar el chasis permitiendo que otros usuarios puedan utilizar distintos canales del mismo m dulo al mismo tiempo Para esta prueba se utiliz dos sesiones de escritorio remoto de WS12 donde cada una obtuvo una se al diferente de voltaje al mismo tiempo utilizando el osciloscopio virtual dise ado previamente e Sesi n 1 Se gener una se al sinusoidal a partir de una generador de funciones Meterman con valores arbitrarios de Vpp 9 36 0 38 V y f 924 2 0 99 Hz los cuales fueron medidos a trav s de un Osciloscopio Tektronix TS1002B Al mismo tiempo se adquiri la misma se al utilizando el m dulo NI 9220 de la C DAQ y el osciloscopio virtual dise ado para este proyecto los valores adquiridos fueron de Vpp 9 2750 0 0009 V y f 927 221 Hz Como podemos observar en las Figuras 6 y 7 respectivamente Tek T Trig d M Pos 0 0005 MEDIDAS CH1 Wpico pico 3 364 CH1 jo Frecuencia j 324 2Hz f CHI t o E Ninguna CH1 Ninguna CH1 Ninguna CH1 2 00 MM 250 us CH1 2 42 4mW 17 Ene 15 16 09 325 364Hz TOS 10028 16 09 45 17 01 2015 Figura 6 Se al sinusoidal adquirida a trav s de un osciloscopio Tektronix Tanny Ch vez Kevin Lucas Figura 7 Se al sinusoidal adqui
12. entan un muy bajo porcentaje de error con respecto a las se ales reales por lo que podemos concluir que el sistema ha sido configurado correctamente y que es lo suficientemente preciso para llevar a cado las pr cticas del LRE e El chasis de la C DAQ es configurable mediante software para que permita realizar diversas tareas de adquisici n de datos de manera simult nea mientras que para la generaci n de datos s lo permite la utilizaci n de un canal a la vez e Cabe recalcar que el sistema puede ser utilizado para crear un laboratorio remoto siempre y cuando la computadora principal sea reemplazada por un servidor y este pueda ser accesible a los usuarios desde sus hogares 6 Referencias 1 National Instruments Corporation Getting started with LabVIEW Virtual Instruments www ni com pdf labview us getting_started_820 Fecha de consulta 25 Mar 2014 P g 1 2 National Instruments Corporation Getting started with LabVIEW Virtual Instruments www ni com pdf labview us getting_started_820 Fecha de consulta 25 Mar 2014 P g 2 3 National Instruments NI PCI 6024E Legado National Instruments http sine n1 com nips cds print p lang es nid 1096 8 Fecha de consulta 25 Mar 2014 4 National Instruments NI Educational Laboratory Virtual Instrumentation Suite NI ELVIS National Instruments http www n1 com white paper 3711 en Fecha de consulta 25 Mar 2014 5 National Instruments Acondic
13. entes y voltajes AC o DC Tanny Ch vez Kevin Lucas V Maja A9 Device Canal z cDAQ9188 19D40EBModl AiO r y ra X 5 J Figura 1 Interfaz del medidor de voltaje y corriente virtual Para la medici n de los datos se hace uso de los siguientes m dulos de adquisici n de datos de la C DAQ Tabla 1 M dulos correspondientes al medidor de voltaje y corriente virtual CORRIENTE NI 9227 e Osciloscopio Permite visualizar se ales de voltaje adem s cuenta con la opci n de activar cursores de amplitud y tiempo para realizar un an lisis preciso de las gr ficas que se muestran Device DAQIIES 19D40EBMod1 Figura 2 Interfaz del osciloscopio virtual Para la adquisici n de los datos a graficar se hace uso de los canales del m dulo NI 9220 instalado en la C DAQ e Analizador de potencia Permite visualizar los valores correspondientes al voltaje corriente impedancia factor de potencia potencia real reactiva y aparente adem s de mostrar el diagrama fasorial y la gr fica sinusoidal del voltaje y la corriente Tanny Ch vez Kevin Lucas Gr ficas Senoidales Diagrama Fasorial FASORES VOLTAJE POTENCIAS POTENCIA ACTIVA W ADQUISICI N Device E cDAQ9I83 19040EB NaN POTENCIA REACTIVA VAR 2 Comente NaN 0 0 0 0 d 0 O i POTENCIA APARENTE VA IMPEDANGA IMPEDANCIA NaN AEL 0 00 NaN NaN FACTOR DE POTENCIA 1 Figura 3 virtual
14. ionamiento de Se ales NI SCXI National Instruments http sine ni com nips cds view p lang es nid 160 4Fecha Consulta 29 Mar 2014 6 Anchundia V Introducci n Windows Server 2012 http www slideshare net vicmanflores introducci n windows server 2008 Fecha Consulta 29 Mar 2014 7 National Instruments Corporation Using Measurement amp Automation Explorer MAX http www ni com pdf manuals 370341a Fecha de consulta 31 Mar 2014 P gs 1 2 8 Travis J Kring J Introduction to Graphical Programming with LabVIEW http www informit com articles article aspx p 6 62895 amp seqNum 3 Fecha de consulta 1 Abr 2014 9 National Instruments Corporation Software de Servicios de Medida NI DAQmx National Instruments http www ni com dataacquisition esa nidaqmx ht m Fecha de consulta 01 abr 2014 10 Tektronix Tektronix TDS1000 and TDS2000 Series Digital Storage Oscilloscope user manual http courses washington edu phys334 datasheets Tek2kUserManual Fecha de consulta 15 Feb 2015 11 Fluke Corporation Manual de usuario de Mult metro Fluke 111 http assets fluke com manuals 1 1x umeng0 200 Fecha de Consulta 10 Ene 2015 12 National Instruments User guide and specifications NI cDAQ 9172 http www n1 com pdf manuals 371747f Fecha de Consulta 28 Ene 2015 13 National Instruments User specifications NI 9220 http www n1 com pdf manuals 373920d Fecha de Consulta
15. nto deben comprender y dominar en permiten realizar las tareas de adquisici n y su totalidad cada uno de los diferentes instrumentos de generaci n de datos medici n ya que esto les va ayudar a desenvolverse correctamente en los laboratorios posteriores y Cada usuario puede acceder a los canales de las durante su vida profesional diferentes tarjetas de la C DAQ mediante la conexi n al escritorio remoto del computador principal ya que El LRE necesita proporcionar un acceso seguro a ste controla la configuraci n del hardware y restringe los programas que controlan la configuraci n del lacceso a informaci n sensible de acuerdo al criterio hardware que se utiliza ya que son susceptibles a del administrador da os desconfiguraciones y descalibraciones dando como resultado datos err neos al momento de ejecutar Dado que el sistema utiliza sesiones independientes la adquisici n o generaci n de datos para cada usuario se realizan m ltiples tareas simult neamente permitiendo que los recursos de la C DAQ sean compartidos eficientemente Zi Sistema remoto centralizado de adquisici n y generaci n de datos Un sistema remoto centralizado es aquel que cuenta con la capacidad de realizar m ltiples tareas de adquisici n y generaci n de datos compartiendo sus recursos con distintos usuarios conectados al mismo de una manera segura De esta forma los usuarios pueden utilizar el sistema independientemente considerando q
16. rida a trav s de un osciloscopio virtual e Sesi n 2 Se gener una se al sinusoidal a partir de una generador de funciones Meterman con valores arbitrarios de Vop 5 84 0 28 V y f 143 1 0 99 Hz los cuales fueron medidos a trav s de un Osciloscopio Tektronix TS1002B Al mismo tiempo se adquiri la misma se al utilizando el m dulo NI 9220 de la C DAQ y el osciloscopio virtual dise ado para este proyecto los valores adquiridos fueron de Vpp 5 7570 0 0006 V y f 143 382 Hz Como podemos observar en las Figuras 8 y 9 respectivamente JL Trig d M Pos 0 000s MEDIDAS CH1 Frecuencia 143 1Hz CH1 Wpico pico 5 04 CH2 Cho Wpico pico v X CH2 No Ypico pico CH2 Cho Frecuencia CH1 2 004 M 2 50m CH1 1 58W 17 Ene 15 14 42 143 401Hz TDS 1002B8 14 43 05 17 01 2015 Figura 8 Se al sinusoidal adquirida a trav s de un osciloscopio Tektronix Figura 9 Se al sinusoidal adquirida a trav s de un osciloscopio virtual El porcentaje de error entre los valores de voltaje medidos a partir de los instrumentos de medici n real y virtual es de 0 91 para la sesi n 1 y 1 42 para la sesi n 2 4 2 Generaci n de se ales de voltaje Para generar los datos se utiliz dos C DAQ tomando un canal de cada m dulo NI 9269 instalado en el chasis correspondiente con esto pudimos comprobar que se puede generar como m ximo dos se ales de voltaje simult neamente utilizando un canal de cada m
17. ue cada uno de ellos fue previamente asignado a un grupo de canales de entre los cuales se selecciona las entradas y salidas de datos evitando que dos o m s usuarios escojan el mismo canal para la operaci n que desee realizar Cabe recalcar que el dise o realizado para el LRE requer a un acceso estrictamente restringido a los estudiantes del laboratorio por lo que se desarroll el sistema considerando que los usuarios est n conectados a la misma LAN pero podr a ser utilizado posteriormente para la implementaci n de un laboratorio remoto 3 Arquitectura del sistema El dise o e implementaci n de este sistema fueron desarrollados tomando en cuenta dos aspectos el software y el hardware Donde el software controla el acceso y la configuraci n del hardware acorde a los requerimientos cada usuario y a los permisos otorgados por el administrador 3 1 Software El software consta de dos elementos importantes los cuales son WS12 y software de NI Donde el software de NI envuelve dos programas llamados Measurement and Automation Explorer NI MAX y LabVIEW de los cuales el primero controla y configura todos los tipos de hardware de NI mientras que el segundo es una plataforma de programaci n gr fica que utilizamos para la creaci n de aplicaciones que permitan a los usuarios configurar el hardware de NL en este caso la C DAOQ El sistema cuenta con un computador principal que utiliza WS12 y que adem s tiene habilitada la
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