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NI LabVIEW como SCADA e HMI

10 Razões para Utilizar o NI LabVIEW como SCADA e HMI com o seu PLC

É possível implementar um poderoso sistema de controle e monitoração de tempo real utilizando o ambiente de desenvolvimento gráfico NI LabVIEW. Este software gráfico é extremamente adequado para complementar o seu sistema baseado em PLC para automação do seu projeto.

Interface Homem Máquina desenvolvida com NI LabVIEW:

Interface Homem Mquina desenvolvida com NI LabVIEW

Índice

Razão 1: NI LabVIEW para medições de alta velocidade e grande variedade de sensores.
Razão 2: NI LabVIEW para monitoração de vibração e manutenção preditiva.
Razão 3: NI LabVIEW para armazenamento de dados.
Razão 4: NI LabVIEW para Controle Estatístico de Processo.
Razão 5: NI LabVIEW para compartilhar dados entre o PLC e outros dispositivos de automação.
Razão 6: NI LabVIEW para desenvolvimento de interfaces homem máquina.
Razão 7: NI LabVIEW para alarme, armazenamento, aplicação de escalas e criação de relatórios.
Razão 8: NI LabVIEW para Conectividade a Bancos de Dados Corporativos.
Razão 9: NI LabVIEW para algoritmos avançados e controle de movimento.
Razão 10: NI LabVIEW para altas taxas de transferência de dados e alta confiabilidade com controle baseado em FPGA.

 

Visão Geral

Tanto a indústria de processos como a produção estão sob uma pressão crescente para maximizar a eficiência, reduzir o tempo ocioso e aumentar o rendimento. Os fabricantes reconhecem que o segredo para fazer essas implementações são informações precisas e atualizadas. Entretanto, o desenvolvimento da informação é complicado devido a grande variedade de software e hardware existente numa unidade industrial e a limitação de sistemas tradicionais. É possível incorporar o NI LabVIEW no seu sistema já existente para adicionar medições e análises no processo para coletar dados complexos e convertê-los em informações úteis. Além disso, devido à fácil integração do NI LabVIEW, você pode conectar e fornecer a informação onde ela for necessária, seja num banco de dados, num painel baseado na web ou até num hardware de controle já existente. É possível usar o NI LabVIEW para controle em malha fechada e realizar operações complexas de controle utilizando tais informações.

Este artigo apresenta 10 importantes razões para adicionar o NI LabVIEW ao seu sistema com PLC´s.
 

O que é NI LabVIEW?

NI LabVIEW é um ambiente de desenvolvimento gráfico que complementa o IEC 61131-3 baseado em PLCs, incorporando PC e tecnologias embarcadas para análises em tempo real, monitoração, controles avançados, e manutenção preditiva. É possível aumentar significantemente o desempenho, produtividade e disponibilidade utilizando NI LabVIEW nos seus sistemas baseados em PLCs. O NI LabVIEW aumenta a capacidade de medições industriais com novas funcionalidades projetadas para análise e controles avançados, gerenciamento de sistemas distribuídos e novas interfaces homem-máquina (IHMs). Por exemplo, as bibliotecas do NI LabVIEW permitem aos engenheiros utilizar ferramentas de programação FPGA simplificadas para implementar sistemas de monitoração e segurança de alto desempenho baseado em hardware, o Módulo NI LabVIEW Touch Panel, no qual ajuda os desenvolvedores a utilizar o mesmo software para criar aplicativos para IHMs Windows CE. O NI LabVIEW introduz uma tecnologia que simplifica o desenvolvimento do hardware de controle personalizado e novas IHMs. Com o NI LabVIEW, engenheiros e fabricantes de máquinas podem utilizar uma ferramenta de software para desenvolver e projetar sistemas industriais e implementar sistemas industriais de alto desempenho em medições, controle e análise avançada baseados em FPGA, comunicação com sistemas existentes, e interfaces homem-máquina.

 

O que  NI LabVIEW?
Figura 1 – O que é NI LabVIEW?

 

Razão 1: NI LabVIEW para medições de alta velocidade e grande variedade de sensores.

Se efetuar medições de termopares, strain gauges, acelerômetros IEPE, sensores baseados em ponte ou encoders de quadratura, o NI LabVIEW oferece uma plataforma confiável e fácil para coleta dados. Com o NI LabVIEW, você pode rapidamente adquirir e gerar sinais de placas plug-in, dispositivos USB e sistemas baseados em Ethernet. Essas capacidades de E/S, combinado com tipos de dados especiais e funções de análises de medições, são desenvolvidos especificamente para adquirir medições que você precisa a partir de um sensor físico o mais rápido e mais fácil possível. Para aquisição de imagens, o NI LabVIEW suporta milhares de câmeras, com bibliotecas para aquisição e análises de imagens em tempo real. O NI LabVIEW também suporta uma variedade de hardware como NI CompactDAQ e NI CompactRIO para medições condicionadas e inteligentes.

Muitas aplicações industriais precisam coletar medições de vibração em alta velocidade ou aplicações de qualidade de potência. O dado coletado é utilizado para monitorar máquinas rotativas, determinar calendário de manutenção, identificar o desgaste do motor, e ajustar algoritmos de controle. O NI LabVIEW pode diretamente adquirir medições de alta precisão a uma taxa de milhões de amostras por segundo, que são repassadas diretamente para o sistema de controle para processamento imediato.

 

Razão 2: NI LabVIEW para Monitoração de Vibração e Manutenção Preventiva

Manutenção preditiva e monitoração de vida útil de máquinas são partes essenciais para que qualquer sistema de automação alcance a máxima disponibilidade possível. Os Toolkits do NI LabVIEW para Som e Vibração assim como otoolkit para Análise de Ordem complementam as funções genéricas de medição do NI LabVIEW com análises e determinismo através de análises gráficas para aplicações envolvendo vibração e máquinas rotativas. Com esses toolkits, pode-se calcular todos os níveis de vibração (RMS, pico, fator de crista); integração de aceleração para velocidade ou para deslocamento; processamento online de Análise de Ordem como procurar ordens, extrair ordens, e computar espectro de ordem; processamento de sinais de tacômetro digital e analógico; aplicar testes de limites em dados no domínio do tempo ou da frequência; desenhar mapas espectrais, mapas de cores, gráficos tipo waterfall, cascade, polar, órbita, gráficos em base de tempo, gráfico com linha no centro do eixo, e gráficos de Campbell (intensidade).


Anlises em dados de acelermetros para monitorao de vibrao no NI LabVIEW
Figura 2 – Análises em dados de acelerômetros para monitoração de vibração no NI LabVIEW

O Módulo NI LabVIEW FPGA adiciona novas funções de monitoração de máquinas para implementação de filtros, alarmes e medições, então, podem-se construir sistemas de proteção baseados em FPGA. Combinando o robusto e compacto design do CompactRIO com a confiabilidade de implementação baseada em FPGA e facilidade de uso do NI LabVIEW FPGA, desenvolvedores podem agora embarcar poderosos sistemas de monitoração e controle das suas máquinas industriais.

 

Razão 3: NI LabVIEW para Armazenamento de Dados

O NI LabVIEW fornece utilidades para armazenamento de dados e gerenciamento de alarmes, bem como em recursos de tempo real e tendência através de históricos. Se coletar dados a partir dos produtos de aquisição da National Instruments, dispositivos NI LabVIEW Real-Time, módulos Compact FieldPoint ou CompactRIO, ou controladores lógico programáveis, é possível configurar rapidamente as entradas e saídas que necessitar e utilizar juntamente com o Módulo NI LabVIEW Datalogging and Supervisory Control (DSC) para adquirir dados automaticamente. Os dados históricos são armazenados num banco de dados compatível com MSSQL e ODBC, sendo assim é possível utilizar ferramentas de extração de dados padrão para recuperar as informações e utilizá-las em outras partes da empresa. Pode-se usar o Módulo NI LabVIEW DSC para armazenar dados em qualquer máquina na rede, podendo selecionar uma única máquina como um servidor de banco de dados para todas as suas aplicações ou se preferir, distribuir tais dados entre inúmeras máquinas na rede. Além disso, o assistente intuitivo do NI LabVIEW ajuda o utilizador a desenvolver uma aplicação de armazenamento de dados completa com pouca ou nenhuma programação. Com o NI LabVIEW você pode facilmente armazenar dados em arquivos formatos CSV, Excel, ou XML para análises offline. Análises offline podem ajudar a realizar manutenção preditiva como troca de rolamentos antes mesmo que eles apresentem falhas. O NI LabVIEW também pode armazenar dados em bancos de dados se necessário.

 

Razão 4: NI LabVIEW para Controle Estatístico do Processo

O NI LabVIEW desempenha análises de tempo real com diagramas de Pareto, que ajuda engenheiros a identificar as principais causas de parada de máquina. Essa análise é desenvolvida utilizando funções de Controle Estatístico do Processo (Statistical Process Control incluso no Módulo DSC) do NI LabVIEW. A partir de uma lista desordenada de causas ou uma lista de causas com respectivo número de ocorrências, o contador Pareto do NI LabVIEW, ordena a lista do maior número de ocorrências para o menor e calcula estatísticas de Pareto para cada causa. Provendo um conjunto de valores (saída do contador de Pareto) são criados dois gráficos de Pareto com legenda associada. Um é o gráfico de barras contendo a frequência de ocorrências para cada causa. O outro se trata de um gráfico apresentando o percentual de contribuição de cada causa. A legenda é uma lista ordenada de causas. Por exemplo, se o tempo máximo decorrido pela máquina for no estado PARADO, conclui-se que este é o motivo pelo qual ela permanece tanto tempo nesse estado. O principal motivo pode ser inconsistência na matéria-prima ou erro do operador. Quanto maior for o percentual de tempo no estado PRODUZINDO, mais eficiente será a sua máquina.

 

Grfico de Pareto no NI LabVIEW
Figura 3 – Gráfico de Pareto no NI LabVIEW.

 

Razão 5: NI LabVIEW para compartilhar dados entre PLCs e Outros Equipamentos de Automação

Se comunicar com equipamentos como instrumentos de processo, controladores lógicos programáveis, sensores inteligentes, o NI LabVIEW oferece uma variedade de ferramentas confiáveis e de fácil utilização para ajudá-lo a atender todas as suas necessidades de comunicação. O NI LabVIEW suporta troca de informações via OPC (OLE for Process Control) entre diferentes equipamentos de automação. O NI LabVIEW também inclui compatibilidade com OPC Data Access 3.0, uma recente adição à especificação OPC que aumenta o desempenho e a confiabilidade para acesso de dados em hardware e software de controle de processos em tempo real. Com a biblioteca Modbus para NI LabVIEW da National Instruments, pode-se usar qualquer porta Ethernet ou serial como Modbus TCP ou Modbus serial, mestre ou escravo. Utilizando essa biblioteca com gateways de comunicação, pode-se facilmente integrar um equipamento existente em qualquer rede industrial à sua aplicação em NI LabVIEW. Os gateways de comunicação suportam uma variedade de redes como DeviceNet, ControlNet, EthernetIP, PROFIBUS, e PROFINET entre outras.

 

Razão 6: NI LabVIEW para Desenvolvimento de Interfaces Gráficas de Utilizador

O NI LabVIEW torna fácil a criação de aplicações com interface homem-máquina (IHM) para controle e monitoração remota. O NI LabVIEW fornece centenas de objetos para desenvolver uma interface de operador profissional: gráficos, botões, seletores, termômetros e mais. Basta selecionar e arrastar o controle da paleta de funções e depois usar as páginas de propriedades interativas para customizar o seu comportamento e aparência. Pode-se implementar as suas aplicações em PCs desktops, IHMs e Computadores Industriais com telas sensíveis a toque, ou até em navegadores web. Com o NI LabVIEW, essa funcionalidade foi expandida para possibilitar aos múltiplos operadores controlar simultaneamente aplicações publicadas na web. O NI LabVIEW possui uma ampla variedade de opções para apresentação de dados. Com o 3D Picture Control, agora é fácil de criar, importar e controlar gráficos 3D para uma apresentação de objetos do mundo real.

O Módulo NI LabVIEW Touch Panel, juntamente com as novas funcionalidades das variáveis compartilhadas (shared variables) para comunicação com equipamentos e computadores portáteis, torna possível para engenheiros de automação empregar IHMs baseadas em Windows CE em seus sistemas de medição e controle. Com as variáveis compartilhadas facilmente se consegue mostrar valores a partir do programa do controlador real-time diretamente em uma interface de qualquer operação, geralmente utilizada em controle de máquinas embarcadas e sistemas de monitoração, simplificando o desenvolvimento de sistemas com computadores portáteis para aplicações de monitoramento em campo.


Interface de Operador desenvolvida com NI LabVIEW
Figura 4 – Interface de Operador desenvolvida com NI LabVIEW

 

Razão 7: NI LabVIEW para Alarme, Armazenamento, Aplicação de Escalas e Criação de Relatórios

É possível adicionar graficamente alarmes, escalas e funcionalidades de armazenamento de dados para as suas aplicações em NI LabVIEW. É possível acionar alarmes para avisar se a temperatura está muito alta, armazenar dados ou eventos que causaram as condições de falha, e aplicar escalas para conversão de valores em unidades de engenharia para uma posterior criação de relatório. Também é possível discar números de telefones programaticamente ou enviar mensagens SMS para celulares diretamente a partir do seu PDA se uma das condições de falha for detectada. Para sistemas com elevado número de canais, o Módulo NI LabVIEW Datalogging and Supervisory Control, oferece ferramentas para configuração programática de canais para auxiliar desenvolvedores a definir e armazenar dados dinamicamente em até 2.500 canais.

Com o Toolkit NI LabVIEW Report Generation for Microsoft Office, você pode criar e editar relatórios no Microsoft Word e Excel a partir do NI LabVIEW. Se for necessário gerar relatórios simples resumindo resultados de testes de fabricação ou compilar estatísticas de processos para melhorar o desempenho, o NI LabVIEW Report Generation Toolkit acelera o desenvolvimento de relatórios profissionais personalizados. É possível criar relatórios personalizados em menos tempo que utilizando o Microsoft Office Report Express.

 

Razão 8: NI LabVIEW para Conectividade a Bancos de Dados Corporativos

Empresas como a Dell e a Toyota asseguram que partes e peças só chegam às suas linhas de produção quando necessário. Para implementar tal tecnologia, é necessário grande integração entre os sistemas que fazem a gestão de inventários e as máquinas que produzem o produto final no chão de fábrica. A capacidade de se comunicar com banco de dados como Oracle através de SQL (structured query language) torna-se um importante requisito para as máquinas. Sistemas modernos usam XML (extensible Markup Language) para comunicação entre máquinas e a rede corporativa. As máquinas também precisam responder rapidamente a qualquer desvio da operação considerada normal – sendo assim, envio de e-mail ou mensagens SMS quando falhas são detectadas ou controle do processo via navegador Web ou através de um PDA quando há necessidade de ações corretivas.

A comunicação entre máquinas e a rede corporativa pode ser implementada através de padrões abertos como OPC, activeX e .NET usando ferramentas de texto baseada em C# ou Java ou graficamente usando NI LabVIEW. O seletor de classe do NI LabVIEW permite selecionar bibliotecas de objetos, como ActiveX e .NET, ver as classes, propriedades e métodos de um objeto selecionado. Os toolkits statistical process control (SPC), database connectivity e Internet Connectivity auxiliam a acessar banco de dados populares como Oracle, Microsoft Access, Microsoft SQL Server, Dbase entre outros.

 

Razão 9: NI LabVIEW para Algoritmos Avançados e Controle de Movimento

Com o NI LabVIEW, é possível desenvolver sistemas de controle desde um controle PID simples até sistemas avançados de controle dinâmico, capaz de ajudar a escolher o hardware apropriado e a metodologia de controle sem alterar a abordagem de desenvolvimento de software. Com o NI LabVIEW é possível melhorar a velocidade de ciclo de controles do PID até 14 vezes, e com o Módulo NI LabVIEW Simulation onde a velocidade de algoritmos de controle avançado é até 9 vezes maior.

Se os engenheiros já têm desenvolvido seus algoritmos em outras ferramentas de software, com o Simulation Interface Toolkit para NI LabVIEW, é possível integrar os seus projetos elaborados em ambiente MathWorks, Inc Simulink® em NI LabVIEW para aplicações de protótipo de controladores de tempo real e hard-in-the-loop (HIL). E com o External Model Interface, pode utilizar dados fornecidos por modelos de terceiros no Módulo NI LabVIEW Simulation. Pode-se utilizar o NI LabVIEW para implementar algoritmos de controles avançados e não só em dispositivos NI LabVIEW Real-Time como PCIs, PXIs e CompactRIO, mas também diretamente em placas desenvolvidas personalizadas baseadas em microprocessadores de 32 bits utilizando o Módulo NI LabVIEW Embedded Development.

Utilizando a tecnologia SoftMotion no NI LabVIEW, pode-se criar controladores de movimento personalizados a fim de obter melhor desempenho e flexibilidade. Pode-se também implementar uma ampla quantidade de funções de controle de movimento como geração de trajetória e algoritmos personalizados para qualquer plataforma de hardware baseado nos requisitos específicos da sua aplicação, preço, qualidade e desempenho.

 

Razão 10: NI LabVIEW para Altas Taxas de Transferência de Dados e Alta Confiabilidade com Controle Baseado em FPGA

Pode-se usar o NI LabVIEW FPGA para criar medições e algoritmos de controle personalizados. Essa capacidade permite implementar funções de extremo tempo crítico em hardware como sensores de limite, proximidade e monitorização de condições da máquina. Devido ao fato do código de controle ser implementado diretamente em silício, é possível aos seus utilizadores criar rapidamente aplicações que incorporam protocolos de comunicação ou loops de controle de alta velocidade: ciclos de controle digital até 1 MHz e ciclos de controle analógico até 200kHz.

O NI LabVIEW simplifica o protótipo e implementação de sistemas de controle em computadores industriais, FPGAs ou projetos personalizados – todos usando a mesma abordagem de programação gráfica do NI LabVIEW. O NI LabVIEW FPGA Wizard automaticamente gera E/S para FPGA e código de temporização para embarcar a lógica de controle embarcado diretamente no hardware FPGA para alto desempenho e confiabilidade. Com o NI LabVIEW FPGA Wizard, é possível uma abordagem simples para utilização de tecnologia FPGA, o que significa que eles podem concentrar esforços na lógica dos seus sistemas de controle. O novo NI LabVIEW FPGA automaticamente gera E/S e código de temporização para desenvolvimento de aplicações para aquisição de dados personalizada.


NI LabVIEW FPGA Wizard
Figura 5: NI LabVIEW FPGA Wizard

Conclusão

O NI LabVIEW da National Instruments tem revolucionado a maneira como os engenheiros fazem medições e utilizam essas informações para melhorar a qualidade dos produtos, disponibiliza produtos cada vez mais rápidos no mercado e aumenta significantemente a eficiência da engenharia e produção. É possível implementar um poderoso sistema de controle e monitoração de tempo real utilizando o ambiente de desenvolvimento gráfico NI LabVIEW. Com mais de 600 funções de análises, grande variedade de E/S para monitoração de alta velocidade, e conectividade a sistemas corporativos, o NI LabVIEW é extremamente adequado para complementar o seu sistema baseado em PLC para automação da sua fábrica.