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Conecte o LabVIEW a qualquer rede industrial e CLP

 

Introdução

Os Controladores Programáveis para Automação (PACs) da National Instruments e o LabVIEW podem acrescentar uma ampla variedade de funcionalidades para CLPs e sistemas industriais existentes. Monitoramento de condição de máquina, medições analógicas de alta velocidade e aplicações personalizadas de Visão são alguns dos exemplos de aplicações típicas de PAC. A comunicação entre os dois sistemas é extremamente importante e deve ser simples, eficaz e muitas vezes determinística. Este artigo vai mostrar os diferentes métodos para conectar o LabVIEW e os PACs da National Instruments a qualquer rede industrial, dispositivo e PLC.

 

E/S Digitais e Analógicas

Talvez a maneira mais simples de integrar PACs da National Instruments com CLPs existentes é através de E/S Digitais e Analógicas. Todas as plataformas PAC da National Instruments têm E/S digitais disponíveis. A quantidade mínima de E/S digitais em uma plataforma PAC da NI está no NI Compact Vision System . O Compact Vision System oferece 15 entradas digitais e 14 saídas digitais. Com E/S digitais, você pode comunicar dados através de uma variedade de métodos. O método mais simples seria mudar uma única linha digital, permitindo-lhe enviar um bit de dados com algum status, ou aprovação/reprovação. Se precisar enviar mais informações, como códigos de erro, um valor, ou implementar handshaking,várias linhas de E/S digitais ou portas podem ser usadas. Com linhas de E/S digitais, você pode ler e escrever até 256 valores distintos. Finalmente, você pode gerar pulsos em uma linha digital. Geração de pulso pode ser usada para temporização precisa no acionamento de dispositivos de automação, tais como atuadores e PLCs.

E/S analógicas também são uma boa opção para a comunicação entre um PAC da NI e um PLC. Com E/S analógicas, você pode enviar uma quantidade muito maior de dados através de uma única linha. Com um DAC de 16 bits, você pode enviar milhares de valores distintos em uma única linha. E/S analógicas são boas para o envio de mudanças incrementais com um valor específico e utilizando o mínimo de fios. Uma das desvantagens do uso de E/S analógicas para a comunicação é a possibilidade de ruído e a integridade do sinal. Se o seu sistema PAC ou PLC está sobre o chão de fábrica, pode haver muitos ruídos que alteram o valor do sinal que você está tentando ler ou escrever. Usar produtos de aquisição de dados isolados pode ajudar a proteger seus dados de malhas de terra, picos de tensão e ambientes ruidosos.

 


Figura 1 – Integração entre o NI CompactRIO e o Allen-Bradley Control Logix com E/S Digitais.

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Modbus TCP e Modbus Serial

Modbus TCP e Modbus Serial são dois dos protocolos/redes industriais mais utilizados no mercado. O NI LabVIEW introduziu o suporte nativo a Modbus TCP e Modbus Serial em qualquer porta Ethernet ou serial com dois toolkits adicionais do LabVIEW: LabVIEW Real-Time e LabVIEW DSC.  Qualquer um destes módulos permite que você crie um servidor de E/S Modbus TCP ou Modbus Serial  através de um assistente de configuração gráfico. Com apenas alguns cliques no mouse, você pode criar um Modbus Mestre ou Escravo e especificar os diferentes registradores para ler e escrever.

Se você estiver usando uma versão antiga do LabVIEW ou não tiver os toolkits LabVIEW Real-Time ou DSC, você pode usar a Biblioteca LabVIEW Modbus, que fornece um conjunto de VIs de baixo nível para criar aplicações Modbus Mestre ou Escravo com qualquer porta ethernet ou serial. Para baixar esta biblioteca gratuita, use o link a seguir.
Modbus TCP também é uma ferramenta útil para a utilização de gateways para uma grande variedade de opções de conectividade. Para obter mais informações sobre este assunto, consulte a seção gateways deste artigo.
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Placas de Comunicação

Ao usar um computador desktop padrão ou um chassi PXI, você pode tirar vantagem dos slots PCI ou PXI disponíveis para encaixar placas de comunicação. Algumas das vantagens do uso de placas de encaixe incluem:

  • Comunicação direta com as redes industriais existentes, fornecendo conectividade a todos os componentes conectados
  • Comunicação determinística com o processador
  • Funções de alto nível (API) para o desenvolvimento rápido de aplicação

A National Instruments oferece  placas de comunicação para PCI, PXI e PCMCIA para as seguintes redes industriais; PROFIBUS, DeviceNet, CANopen, CAN, Serial (RS232, RS422 e RS485) e FOUNDATION Fieldbus. As seções a seguir irão cobrir os diferentes tipos de placas de comunicação.

 

Interfaces PROFIBUS

O PROFIBUS foi desenvolvido em 1989 e é um dos tipos de barramentos mais populares do mundo. Com mais de 20.000.000 de nós instalados, o PROFIBUS é o mais popular na Europa e é o padrão usado em CLPs da Siemens.

 


Figura 2 – Interfaces PROFIBUS PXI e PCI da NI.

 

A interface PROFIBUS PCI e PXI   da NI conecta os controladores baseados em PC nas redes industriais PROFIBUS como poderosos mestres ou escravos. A interface PROFIBUS da NI inclui um driver do NI LabVIEW para interface homem-máquina (IHM) e aplicações SCADA. Você pode realizar o teste automatizado do dispositivo PROFIBUS usando estas interfaces. Estas interfaces acompanham um driver baseado em VISA que funciona em LabVIEW e LabVIEW Real-Time.

Se você estiver usando um PAC da NI que não tenha um slot de expansão PCI ou PXI, você pode usar um  gateway de outro fabricante para conectar o LabVIEW a redes e dispositivos PROFIBUS.

 

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Interfaces DeviceNet

DeviceNet é comumente usado em aplicações industriais e é uma solução simples, de rede aberta, que permite até 64 dispositivos  se comunicarem uns com os outros em um barramento único, reduzindo o custo e a complexidade da fiação e instalação de dispositivos de automação e fornecendo a interoperabilidade de componentes similares de diversos fornecedores. O DeviceNet é baseado na camada física Controller Area Network (CAN) e é uma solução de baixo custo para conectar dispositivos industriais, tais como sensores fotoelétricos, leitores de código de barras, E/S, PCs industriais, CLPs, displays e interfaces homem máquina (IHM) a uma rede. A conectividade direta proporciona uma melhor comunicação entre dispositivos, bem como diagnósticos de dispositivos através de interfaces de E/S.

As interfaces DeviceNet da National Instruments podem funcionar tanto como um mestre (scanner) quanto como um escravo. As interfaces DeviceNet da NI são oferecidas nas formas PCI, PXI, e PCMCIA e usam o conector industrial padrão combiconde 5 pinos para acessar dispositivos redes DeviceNet. A placa PXI DeviceNet é compatível com o LabVIEW Real-Time para controle e comunicação determinística nas redes e dispositivos DeviceNet. Todas as placas DeviceNet acompanham o driver NI-DNET, o qual fornece funções de alto nível, fáceis de usar para o desenvolvimento rápido de aplicativos. Além disso, o NI-DNET oferece dois utilitários para instalação e configuração de rede; Configurator e Analyzer.



Figura 3 – Interfaces DeviceNet da National Instruments.

 

As interfaces DeviceNet da National Instruments são uma ótima solução para adicionar funcionalidade a uma rede DeviceNet existente. Por exemplo, se você quiser adicionar monitoramento de condição de máquina para proteger seu equipamento, você pode usar um PC ou chassi PXI com o NI LabVIEW e placas de Aquisição de Sinais Dinâmicos para realizar o monitoramento de máquinas e análises. Você poderia então passar as informações pertinentes ao DeviceNet mestre (geralmente um CLP) com uma placa DeviceNet da NI no modo escravo, integrando os dois sistemas em uma única rede.

NI DeviceNet Configurador:  O Configurator é uma poderosa ferramenta de configuração com suporte a Electronic Data Sheet (EDS). Cada dispositivo DeviceNet tem seu próprio arquivo EDS, que é disponibilizado pelo fabricante do dispositivo. O Configurator pode procurar uma rede DeviceNet para determinar informações sobre os dispositivos conectados, carregar os arquivos EDS relacionados automaticamente, escrever e ler os parâmetros do dispositivo e alterar o MAC ID de um dispositivo.

NI DeviceNet Analisador:  O Analyzer monitora a rede DeviceNet e interpreta as mensagens CAN capturadas de acordo com o protocolo DeviceNet. Ele exibe as mensagens juntamente com seus parâmetros. Você pode exibir certos tipos de mensagens usando filtros poderosos e opções de busca. Você também pode obter as estatísticas de mensagem noAnalyzer. O Analyzer é útil para solução de problemas e análises em redes e sistemas DeviceNet.

Se você estiver usando um PAC da NI que não tem disponível uma placa DeviceNet, você pode usar um gateway de outro fabricante para conectar o LabVIEW a uma rede ou dispositivo DeviceNet. Consulte a seção Gateway de Outros Fabricantes abaixo para mais informações.

 

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Interfaces CANopen

CANopen é um protocolo de nível superior com base na camada física CAN e foi desenvolvido como uma rede embarcada padronizada, com capacidade de configurações extremamente flexíveis. Originalmente concebido para aplicações de controle de movimento, o protocolo CANopen é comum em muitos segmentos da indústria, incluindo equipamentos médicos, veículosoff-road, transportes públicos e automação predial.

Para funcionalidades CANopen mestre, a National Instruments oferece a CANopen LabVIEW Library, que fornece funções no NI LabVIEW de alto nível para criar aplicações CANopen mestre. Como as funções CANopen trabalham em cima do driver NI-CAN, todos os dispositivos de alta velocidade CAN Série 2 da National Instruments para PCI, PXI e PCMCIA podem funcionar como interfaces CANopen mestre.



Figura 4 – Interfaces CANopen da National Instruments.

 

A NI CANopen LabVIEW Library fornece a funcionalidade que cobre todo o espectro de aplicações CANopen mestre, incluindo transmissão e recepção de objetos de serviço de dados (service data objects – SDOs) e objetos de processo de dados (process data objects – PDOs), gerenciamento de rede, pulsação e nó de proteção, emergências e objetos de sincronização. Com estas funções, você pode criar aplicativos que aderem plenamente à norma CAN in Automation (CIA) DS310.

A LabVIEW CANopen Library também trabalha com as unidades de movimento NI SoftMotion Controller for CANopen, ajudando os engenheiros a facilmente adicionar qualquer E/S CANopen em suas redes CANopen de movimento. O NI SoftMotion Controller é uma engine soft-motion que ajuda os engenheiros a fazer a interface entre o driver NI-Motion e unidades inteligentes distribuídas. Os engenheiros agora podem programar unidades Accelnet e Xenus da Copley baseadas em CANopen com a API NI-Motion de fácil utilização no LabVIEW.

Se você estiver usando um PAC da NI que não tem disponível uma placa CANopen, você pode usar um gateway de outro fabricante para conectar o LabVIEW a redes e dispositivos CANopen. Consulte a seção Gateway de outros fabricantes abaixo para mais informações.
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Interface Serial (RS232, RS422, e RS485)

Serial é um protocolo de comunicação padrão em quase todo PC. A maioria dos computadores desktop e laptop incluem uma ou mais portas seriais RS232. Serial é também um protocolo comum de comunicação para instrumentação em muitos dispositivos e numerosos dispositivos compatíveis com GPIB que vêm com uma porta RS232. Além disso, você pode usar comunicação serial para adquirir os dados em conjunto com um dispositivo de amostragem remota. Enquanto o RS232 é o protocolo serial mais comum, RS422, RS485 também são protocolos seriais comumente usados.

Visão Geral sobre produtos Seriais da National Instruments:  A National Instruments é líder de mercado para controle de instrumentos e oferece uma linha completa de produtos de interfaces Seriais para protocolos RS232, RS422 e RS485. A NI oferece interfaces Seriais com uma grande variedade de barramentos de computador, fornecendo interfaces para PCI, PXI, PCMCIA, ExpressCard/34, USB e Ethernet. Todas as interfaces Seriais da National Instruments são totalmente configuráveis por software. Além disso, os hardware Seriais da NI oferecem recursos tais como taxas de transmissão flexíveis, controle de fluxo por hardware e as interfaces seriais PCI e PXI têm utilização mínima da CPU por meio de transferências DMA e estão disponíveis com isolamento opcional de 2000 V.



Figura 5 – Interfaces Seriais da National Instruments.

 

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OPC

OLE para Controle Processo (OPC) é o nome original de um padrão desenvolvido em 1996 para automação industrial. O padrão foi especificado para comunicação de dados da planta em tempo real entre dispositivos de controle de diferentes fabricantes.

O padrão agora é mantido pela Fundação OPC e foi renomeado como padrão OPC Data Access. A versão atual da especificação OPC Data Access é OPC Data Access 3.0.

O OPC foi projetado para superar os aplicativos Windows e hardware baseados em controle de processos e aplicações de software. É um padrão aberto que permite acessar dados de campo em dispositivos de chão de fábrica. O objetivo do OPC é definir uma interface comum que pode ser utilizada em aplicações SCADA, IHM, ou pacotes de software personalizados.

 


Figura 6 – OPC foi projetado para melhorar a conectividade do sistema da empresa.

 

 

LabVIEW como um servidor OPC Server:  Com o LabVIEW, você pode publicar qualquer dado que você tem de um servidor OPC nativo usando a variável compartilhada. Usando esse método, você pode publicar qualquer dado que você tem em LabVIEW para qualquer aplicação que pode atuar como um cliente OPC.

Adicionando OPC Client no LabVIEW:  O LabVIEW Datalogging and Supervisory Control (DSC) Module amplia o ambiente de desenvolvimento gráfico do LabVIEW com funcionalidades adicionais para o desenvolvimento de sistemas de medição, controle e aplicativos de monitoração com alto número de canais. O Módulo DSC fornece ferramentas para o ambiente LabVIEW, facilitando a criação de  gráficos de  histórico ou gráfico de tendências em tempo real, melhora a segurança dos painéis frontais, log de dados, adiciona alarme e segurança para variáveis compartilhadas. Além disso, um dos maiores recursos que o Módulo LabVIEW DSC oferece é a capacidade do LabVIEW funcionar como um cliente OPC, fornecendo conectividade para qualquer servidor OPC. O Módulo DSC encontra todos os servidores OPC instalados no computador e lê todas as informações disponíveis sobre o servidor. Para obter mais informações sobre o módulo LabVIEW DSC, por favor, consulte os links abaixo.

Publicação de Dados do NI Data Acquisition (DAQ) como servidor OPC:  Enquanto o Módulo LabVIEW DSC é necessário para adicionar as funcionalidades de cliente OPC para LabVIEW, NI-DAQmx driver fornece a capacidade de publicar os dados de qualquer dispositivo DAQ National Instruments com um servidor OPC, simplificando a criação de aquisição de dados distribuída e aplicações de controle.

Publicação de dados da NI FieldPoint e Compact FieldPoint como OPC Server:  Similar ao NI-DAQmx, o driver FieldPoint também contém um OPC server que permite que você publique seus dados para qualquer OPC Client. Portanto, se dois computadores estão ligados em rede é possível que um OPC Client em um computador acesse o FieldPoint conectado como OPC Server.
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Gateways de terceiros

Qualquer computador ou controlador de automação programável NI (PAC) com uma porta Ethernet ou serial pode se comunicar com PLCs, sensores inteligentes, atuadores e uma grande variedade de redes industriais usando gateways de terceiros. Com o módulo DSC, módulos em tempo real ou com a biblioteca Modbus para LabVIEW da National Instruments você pode usar qualquer porta Ethernet ou serial como Modbus TCP ou Modbus serial mestre ou escravo. Usando esta biblioteca e qualquer um dos gateways especificados abaixo, você pode se comunicar facilmente com os equipamentos existentes em qualquer rede industrial na sua aplicação com LabVIEW.



Figura 7 – Gateways HMS, Hilscher e Woodhead.