Fundamentos de LabVIEW: Construye Proyectos Eléctricos Simples con Confianza

Introducción a LabVIEW y Proyectos Eléctricos Básicos Basados en LabVIEW

Como herramienta probada útil para prototipado, la plataforma de desarrollo gráfico LabVIEW entrega numerosas soluciones a una amplia variedad de aplicaciones como control de instrumentación, sistemas embebidos de monitoreo y control, adquisición y procesamiento de datos, sistemas de prueba y validación de automatización, etc.

LabVIEW incluye cientos de bibliotecas preescritas que ayudan a crear sistemas flexibles y escalables desde sistemas embebidos funcionales hasta sistemas de prueba y medición de alto rendimiento.

¿Qué es LabVIEW?

LabVIEW significa Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench y es desarrollado por National Instruments. Es una poderosa herramienta de programación que da soluciones de software para sistemas científicos e de ingeniería. LabVIEW es un lenguaje de programación gráfico en el cual el flujo de datos determina la ejecución del programa, en contraste con lenguaje de programación basado en texto donde la instrucción (líneas de texto) determina la ejecución del programa.

LabVIEW permite construir una interfaz de usuario conocida como panel frontal usando un conjunto de herramientas y objetos. Y luego permite al usuario agregar código en diagrama de bloques usando representación gráfica de las funciones. Así, el código en el diagrama de bloques controla los objetos del panel frontal dependiendo de la estructura de control implementada. De este modo, el usuario puede construir soluciones personalizadas de adquisición de datos, prueba, medición y control para una variedad de necesidades de aplicación.

LabVIEW está integrado para comunicarse con varios dispositivos de adquisición de datos como GPIB, PXI, VXI, RS-232, RS-485 y dispositivos basados en USB. Y también ofrece internet de las cosas usando servidor web LabVIEW y estándares de software como TCP/IP y ActiveX.

Instrumentos Virtuales

Los programas en LabVIEW se llaman instrumentos virtuales o simplemente VIs, porque la operación y apariencia de los programas se asemejan a instrumentos físicos como multímetros y osciloscopios.

Un VI consta de tres componentes, a saber, panel frontal, diagrama de bloques y icono y panel de conectores. El panel frontal consiste en controles e indicadores que sirven como interfaz de usuario, y el diagrama de bloques contiene el código fuente para el VI. El icono y panel de conectores es una representación visual del VI consistente de entradas y salidas. Este icono y panel de conectores permite que el VI sea usado en otro VI como un subVI (un VI dentro de otro VI se llama subVI).

Panel Frontal:

La figura siguiente muestra el panel frontal de un VI consistiendo de varios controles e indicadores. Sirve como interfaz de usuario del VI para que se puedan desarrollar terminales de entrada y salida interactivas para una aplicación. Los controles en LabVIEW incluyen perillas, diales, botones pulsadores, controles numéricos e interruptores booleanos. Los controles actúan como dispositivos de entrada que pasan los datos al diagrama de bloques.

Los indicadores son terminales de salida de un VI, que muestran el valor de salida. Algunos indicadores incluyen indicadores numéricos, medidores, LEDs, gráficos y otros displays. Los indicadores actúan como dispositivos de salida que adquieren los datos del diagrama de bloques y los muestran.

Tanto controles como indicadores pueden seleccionarse de la paleta de controles que está disponible solo en el panel frontal. Al hacer clic derecho en cualquier parte del panel frontal, aparecerá el panel de control.

Diagrama de Bloques

La figura siguiente muestra el diagrama de bloques que acompaña al panel frontal anterior. Contiene el código fuente gráfico para el VI usando representaciones gráficas de funciones para controlar objetos del panel frontal. El diagrama de bloques consiste en objetos del panel frontal como terminales y adicionalmente varias funciones (como numéricas, booleanas, comparar, arreglo, tiempo, etc.) y estructuras (como bucle while, bucle for, estructura de caso, etc.).

Cada indicador o control en el panel frontal consiste en terminal correspondiente en el diagrama de bloques. Así que estos se cablean con varias funciones para implementar una aplicación de control.

Estas funciones y estructuras pueden seleccionarse de la paleta de funciones que está disponible solo en el diagrama de bloques. Al hacer clic derecho en cualquier parte del espacio de trabajo del diagrama de bloques, aparecerá la paleta de funciones.

En el diagrama de bloques anterior, la estructura rectangular exterior representa un bucle while y la interior es la estructura de caso. Las líneas naranja, azul y verde indican los cables que pasan los datos de controles a indicadores. Estos objetos y estructuras en el diagrama de bloques representan el código para el VI.

Este VI puede ejecutarse, pausarse o detenerse presionando varios botones (como flecha o botón ejecutar, pausar y detener) ubicados en la paleta a lo largo de la parte superior de la ventana.

Proyectos LabVIEW

LabVIEW es una plataforma ideal para prototipado, diseño y desarrollo de varios proyectos relacionados con una amplia variedad de dominios incluyendo eléctrico, mecánico, procesamiento de señales, electrónica, instrumentación y control, biomédico y aeroespacial.

LabVIEW ofrece flexibilidad para diseñar soluciones a varios proyectos en tiempo y esfuerzo mínimos debido a la ventaja de codificación gráfica y bloques de funciones avanzados. Los siguientes son algunos de los proyectos basados en LabVIEW relacionados al dominio eléctrico.

Relé de Sobrecarga Térmica Usando LabVIEW

El objetivo de este proyecto es monitorear y controlar la operación de una máquina eléctrica contra sobrecarga térmica usando LabVIEW y módulo DAQ. Aquí en el VI dado, las entradas y salidas DAQ se eliminan para facilitar la comprensión al lector y por tanto, solo se desarrolla modelo de simulación.

La figura anterior muestra el panel frontal del VI de relé de sobrecarga térmica en el cual los elementos del lado izquierdo se llaman controles y los elementos del lado derecho se llaman indicadores.

Este panel frontal muestra los varios valores de parámetros y temperatura ambiente de la máquina. Da indicación de disparo del relé una vez que la temperatura excede el límite seguro (temperatura ambiente de la máquina). El disparo del relé por exceder temperatura ambiente se muestra en la figura siguiente.

El código gráfico para este VI se implementa en el diagrama de bloques como se muestra abajo. El diagrama de bloques representa la implementación actual del proyecto. Aquí el aumento de temperatura se calcula basado en la constante de temperatura (grados centígrados por kilovatio) de la máquina.

Así que la comparación de temperatura se ha hecho en el diagrama de bloques para comparar temperaturas actual y deseada (límite establecido para un valor seguro). También es posible implementar este código usando sensores de corriente y temperatura junto con módulo DAQ para tener control en tiempo real de la máquina.

Características de Carga de Generador DC Shunt Autoexcitado en LabVIEW

Es uno de los proyectos eléctricos básicos bajo laboratorio virtual de máquinas eléctricas que trata con características de máquina cuando está cargada. La figura siguiente muestra el panel frontal del VI consistiendo de controles, indicador y gráfico de forma de onda.

El voltaje terminal, corriente de campo y corriente de carga (incluyendo resistencias de armadura y campo) actúan como entradas o controles y a partir de estos datos, corriente de armadura, caída de armadura y voltaje inducido en el generador se calculan y muestran en el gráfico así como indicadores numéricos como se muestra en la figura siguiente.

El código fuente para este VI se muestra en el diagrama de bloques siguiente en el cual varias funciones matemáticas determinan los parámetros de salida basados en los parámetros de entrada. En el diagrama de bloques, un arreglo de valores de datos (representado con líneas naranjas gruesas) se pasa a las diferentes funciones matemáticas. Estas funciones determinan el arreglo apropiado de resultados que luego se pasan al gráfico e indicadores de arreglo.

Simulación de Circuito RLC Serie en LabVIEW

Este proyecto implementa circuito RLC serie y determina su condición de resonancia usando software LabVIEW. Los circuitos RLC serie se usan en circuitos de sintonía como circuitos osciladores, circuitos filtro, circuitos de sintonía de radio y televisión.

En circuito RLC serie, la frecuencia a la cual la reactancia inductiva es igual a la reactancia capacitiva se llama frecuencia de resonancia. En la frecuencia de resonancia, la reactancia inductiva y capacitiva se cancelan mutuamente lo que hace que la impedancia se vuelva igual a la resistencia y por tanto la corriente será un valor máximo.

Esta declaración se prueba con proyecto LabVIEW dado a continuación. El panel frontal tiene controles e indicadores que son responsables de entrada y adquisición de datos.

La figura siguiente da el código gráfico para el circuito RLC serie en el diagrama de bloques. Al realizar operaciones matemáticas a las entradas dadas (inductancia, capacitancia y voltaje), parámetros como reactancia inductiva, reactancia capacitiva, impedancia y corriente se determinan en el diagrama de bloques.

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