Esempi di mini sistemi multifunzionali low cost

Author(s):
S. Nosella - SOFTWARE ENGINEERING
A. Travisi - SOFTWARE ENGINEERING

Industry:
Industrial Controls/ Devices/ Systems, ATE/Instrumentation

Products:
LabVIEW, Data Acquisition

The Challenge:
Realizzare piccoli semplici SISTEMI DATALOGGER e/o di GENERAZIONE SEGNALI a basso costo con impiego di mini PC stand alone (laddove richiesti o giustificati)diversamente remotizzabili (wireless, GPS, etc). Questi sono abbinati ad eventuali apparati miniaturizzati di condizionamento eterogeneo e modulare (qualora i segnali da acquisire non fossero già condizionati). Il condizionamento può essere di tipo isolato, non isolato o misto.

The Solution:
L’adozione di mini PC affidabili, l’utilizzo di schede multifunzionali, un’attenta scelta della componentistica e la loro ingegnerizzazione miniaturizzata hanno insieme permesso una serie di realizzazioni e di progetti (Vedi Schematizzazione in fig. 1) che si sono posti anche due obiettivi che troppo spesso si sono dimostrati inconciliabili: dimensioni estremamente compatte e costi contenuti. I sistemi s’intendono completi d’applicativo software in versione standard (Vedi Setup Canali in fig. 2 o sviluppati ad hoc con funzionalità customizzate.

Quali problemi le aziende si propongono di risolvere attraverso l’applicazione sviluppata?
L’idea di studiare soluzioni di datalogger multifunzionali molto contenuti nelle dimensioni è venuta a seguito di una richiesta di un’azienda nostra Cliente produttrice di elettrodomestici.La necessità espressa era quella di dotarsi di un sistema portatile molto semplice ed essenziale da inviare periodicamente in uno stabilimento distaccato per svolgere acquisizioni e altro, per giorni interi, sovente in assenza di presidio umano. La piccola unità computerizzata a corredo doveva poi apparire la più anonima e mascherata possibile. Pertanto l’impiego di un notebook era escluso in partenza. Benché il numero di canali fosse modesto, era la composizione delle grandezze (fisico-meccaniche, elettriche ed ambientali) a rendere ulteriormente complicata la soluzione. In più alcuni sensori, tutti diversi fra loro, esigevano comunque un condizionamento di tipo isolato (con separazione galvanica a tre vie). Da allora sono pervenute altre richieste che hanno come base gli stessi comuni denominatori ma con funzionalità ancor più variegate: da qui una serie infinita di varianti rispetto al progetto originale.

Primo esempio di applicazione
In fase di progetto e di sperimentazione, le aziende produttrici di caldaie dedicano una particolare importanza alle prestazioni e all’affidabilità (intesa soprattutto come sicurezza intrinseca) della componentistica in esse inclusa. Sovente si tratta di particolari che sono realizzati da fornitori esterni. Tra tale componentistica, assumono una speciale rilevanza le schede elettroniche di controllo/ionizzazione/modulazione che equipaggiano i suddetti prodotti. In questo caso alcune grandezze/parametri diventano sorvegliati speciali come le temperature rilevate da sonde NTC, il comportamento delle tensioni di alimentazioni VAC e VDC, alcune pressioni in gioco, i segnali di pilotaggio PWM.
Software Engineering ha messo a punto un sistema datalogger e di test molto compatto basato su mini PC e schede DAQ con la parte di condizionamento di tipo isolato integrata in un piccolo case.
La configurazione base consta di 16 canali di acquisizione dedicati a ingressi sonde/segnali così distribuiti
4 ingressi per letture di pressione provenienti da trasmettitori ( alimentati dal sistema )
1 ingresso per letture VAC nel range 0  300 V
1 ingresso per letture VDC nel range 0  30 V
2 ingressi per letture segnali 24 V PWM nel range 0  25 KHz
2 ingressi per letture NTC nel range 0  50 K ( Introduzione curva caratteristica via Sw )
2 ingressi UNIVERSALI PROGRAMMABILI via SW per PT100,T/C, mV e Ohm
4 ingressi per letture da T/C tipo K

Rimangono a disposizione oltre alle linee di I/O digitale, due ingressi Counter per il rilievo della Portata Gas e della Portata Acqua per permettere, volendo, il calcolo del Rendimento della Caldaia sotto test

In precedenza abbiamo, in sintesi, introdotto le finalità del sistema. In tema di modalità di impiego va ribadito come ancora una volta sia fondamentale la caratteristica di portabilità unitamente al funzionamento stand alone. Detto sistema è nato per essere impiegato non solo di notte in laboratorio ma anche e soprattutto per essere spedito presso i fornitori (come strumento per prove di comparazione) o messo a disposizione sia degli installatori sia della rete di assistenza all’estero.
Finiamo con un accenno all’applicativo software fornito a corredo.
In versione standard, esso assicura una serie di funzioni operative essenziali tra cui ad esempio :

• una dialog area per l’inserimento dei dati di targa e di ogni altra nota aggiuntiva atta a caratterizzare senza equivoci il test;
• una finestra di Setup per l’ abilitazione e aggiornamento configurazione dei canali con la facility “determinazione dei coefficienti di conversione in E.U. “protetta da Password
• come ogni datalogger che si rispetti, le cadenze di lettura/memorizzazione dati sono selezionabili entro un range comunque predefinito
• alcune operazioni matematiche ed analitiche sui file ( per es.: offset e smoothing )
• l’export dei dati in formato testo/Excel

Qualora l’unità computerizzata fosse dotata di un mini monitor o di un dispositivo di remotizzazione wireless ( entrambe sono voci opzionali ) verso un altro computer è disponibile all’operatore

• una finestra di Visualizzazione per la lettura/monitoraggio aggiornato delle grandezze così come
• la funzione rivedi prova

Secondo esempio di applicazione
Questo secondo esempio (la cui destinazione è ancora il mondo delle caldaie) è qui presentato come caso estremo di compattezza e di ingnerizzazione integrata a basso costo.
Software Engineering ha realizzato un “sistema” in grado di acquisire e generare segnali e di simulare sonde, sfruttando convenientemente, con l’opportuna componentistica, gli spazi breadboard offerti da un 68 pin connector block standard ( Vedi Schematizzazione di massima in fig. 3 ).
Com’è noto il connector block è un accessorio di National Instruments finalizzato alle connessioni dei I/O verso il “campo” e si collega normalmente con un cavo schermato direttamente ad una scheda DAQ serie M ( bus PCI ) o in formato CARD ( bus PCMCIA ).
Il nostro micro sistema, nella configurazione standard, consta di 8 canali con funzionalità così differenziate:

-In ACQUISIZIONE ( con frequenza di campionamento pari a 10 khz )
1 ingresso isolato per letture VAC nel range 0  300V
1 ingresso isolato per lettura IAC nel range 0  10 A al fine di determinare il consumo energetico del “dispositivo “ sotto test
Inoltre, al fine di determinarne il duty cycle, con aggiornamento del dato ogni 0,5 secondi
1 ingresso isolato per letture segnale PWM @ 24 V nel range 0  25 KHz

-in GENERAZIONE
1 segnale di uscita PWM @ 24 V nel range 0  25 KHz

-in SIMULAZIONE ( di sonde NTC )
4 segnali di uscita ohmica nel range 0  50 K
Così come per le altre realizzazioni, anche il sistema qui descritto dispone di un proprio specifico applicativo software.

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S. Nosella
SOFTWARE ENGINEERING
Tel: 02/66802757
silvano.nosella@softenge.com

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