Plataforma Web-WiFi en LabVIEW para la Experimentación Remota de un Modelo a Escala Autónomo de un Ferry Rápido

Author(s):
Francisco Jesús Velasco - Universidad de Cantabria
Luís Ángel Esquibel - Universidad de León
Elías Revestido - Universidad de Cantabria
Teresa Montserrat Rueda - Universidad de Cantabria

Industry:
University/Education

Products:
LabVIEW, Data Acquisition

The Challenge:
Desarrollo de una plataforma para la experimentación de vehículos marinos. Esta plataforma lleva a cabo los diversos ensayos y maniobras que se utilizan para verificar la estabilidad y gobernabilidad de vehículos marinos utilizando modelos físicos a escala autónomos. Se ha implementado un soporte software para realizar la Guía, Navegación y Control (GNC) de la plataforma de la experimentación remota.

The Solution:
Utilizar LabVIEW para el desarrollo del soporte software para la adquisición y control de la plataforma. Además, LabVIEW es conveniente para llevar a cabo las comunicaciones inalámbricas gracias al servidor web de una manera simple y rápida.

Este artículo describe un entorno de experimentación de vehículos marinos.  Tiene todos los elementos necesarios para emular la instalación de un buque real. Tiene un modelo físico a escala de un buque de gran velocidad, TF-120. Este modelo es autónomo y se controla remotamente desde un PC portátil mediante comunicaciones inalámbricas tipo WiFi. NI LabVIEW acepta dichos protocolos de comunicación requeridos para la plataforma y es conveniente para llevar a cabo la Guía, Navegación y Control del modelo físico. Un soporte software se ha desarrollado en LabVIEW para capturar y almacenar datos a distancia, de todos los instrumentos de la plataforma. LabVIEW también permite el ensayo de distintos tipos de controladores de rumbo de forma simple y ágil.

Elementos de la plataforma: Los elementos que constituyen el entorno de experimentación remota de vehículos marinos son:

Elementos a bordo:

• Propulsión y maniobra: 4 motores, 2 servos, 2 variadores de velocidad, 4 turbojets, 2 aletas estabilizadoras en popa (flaps) y una en proa (T-foil).
• Circuitería de control: 2 circuitos de control PWM (Modulación de Pulso Anchura), estación receptora.
• Instrumentación: GPS, girocompás electrónico, UMI (unidad de la medida inercial) y 2 acelerómetros (Uno en la popa y otro en la proa).
• PC industrial con Windows XP y un punto de acceso para las comunicaciones inalámbricas.
• 3 tarjetas de adquisición de datos de National Instruments.

Elementos en tierra:

• PC industrial con Windows XP, punto de acceso y estación emisora.

 Soporte Software: Se ha seleccionado LabVIEW 7.1 como entorno de programación gráfico porque es un Standard y permite desarrollar interfaces gráficas de forma sencilla. También es adecuado para hacer aplicaciones en tiempo real, ya que incorpora un sistema operativo para este propósito llamado ETS, desarrollado por la compañía Ardence Venturcom. Otra característica importante de LabVIEW es que permite el desarrollo de diferentes tipos de controladores de forma sencilla y también la utilización de varios tipos de protocolos de comunicaciones.

 Sistema de comunicaciones de soporte software: La comunicación entre el PC localizado en tierra (Portátil) y el PC embarcado (PC Industrial) se realiza a través de una red inalámbrica que usa la tecnología WiFi (Fidelidad inalámbrica) basada en el standard 802.11g, que es capaz de comunicar el PC portátil con el PC industrial.

La interfaz gráfica de este sistema software desarrollada en LabVIEW permite la publicación de imágenes de paneles frontales en una página web. De esta manera, es posible ver e intercambiar los datos bidireccionalmente entre el panel frontal de una aplicación que corre en el PC Industrial y la imagen de este mismo panel frontal vía web en el PC portátil.

Esta aplicación, que se está ejecutando en el PC Industrial, es responsable de las tareas siguientes: recoger y almacenar datos, controlar el vehículo marino, modificar parámetros, presentar gráficos en pantalla y cambiando de modo de operación manual/automático/manual. Esta aplicación, se publica en el servidor web, que también reside en el PC Industrial. Este servidor proporciona características de seguridad a través de las que el acceso a los datos de cualquier cliente que desea conectar a este servidor web sean permitidos o denegados.

 El servidor web de LabVIEW provee un mecanismo para controlar VIs y aplicaciones programáticamente. Con el servidor web, las VIs puede cargarse en la memoria dinámica y pueden crearse aplicaciones del servidor cuyas funciones pueden exportarse desde LabVIEW a través de Internet.

 LabVIEW permite la creación de un documento HTML, en que puede ser incrustado una VI que se está ejecutando en otro PC. En este entorno, esto es la aplicación que se ejecuta en el PC Industrial. Una vez que se crea este documento, el VI se lanza en el PC Industrial y, a continuación, en el PC portátil, se teclea el URL correspondiente en un motor de búsqueda web como Internet Explorer.

 Conclusiones: Se ha diseñado una plataforma para el manejo y control del modelo a escala autónomo para realizar las maniobras típicas en la Bahía de Santander. Además, permite llevar a cabo experimentos de identificación lo que hace, que dicha plataforma, sea un banco de ensayos excelente. Ha sido verificado el funcionamiento correcto del girocompás electrónico, eliminando cualquier posibilidad de incompatibilidad electromagnética. También ha sido verificado que el establecimiento de comunicaciones a través de la red inalámbrica.

El ahorro de tiempo en el desarrollo de la aplicación del PC Industrial y en las comunicaciones a través de servidor web, que se ha conseguido gracias a LabVIEW, ha permitido una mayor dedicación en tiempo a la fase de ensayos, que es el objeto de la aplicación de esta plataforma.

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Francisco Jesús Velasco
Universidad de Cantabria

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