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Novembre/Dicembre 2014
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Automazione e Strumentazione
speciale
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ACQUISIZIONE DATI
La strumentazione virtuale
La strumentazione virtuale è una tecnologia par-
ticolarmente flessibile ed economica per l’ac-
quisizione dati, prevalentemente associata alla
piattaforma commerciale LabVIEW di Natio-
nal Instruments, con applicazioni che interes-
sano collaudi e test automatici, progettazione,
nel controllo qualità, sistemi wireless, sistemi
di visione, nella diagnostica e nella metrologia
ad alte prestazioni. La strumentazione virtuale
riduce tempi e costi di sviluppo rispetto alla
tradizionale strumentazione di misura. La pos-
sibilità di disporre, nella memoria di un calco-
latore, dei dati numerici relativi ai campioni di
una certa grandezza fisica consente di elaborare
i dati stessi per ottenere informazioni utili. In
tal modo la fase di elaborazione dei dati, invece
che essere demandata a specifici microproces-
sori dedicati (DSP),
può essere compiuta
dai processori dei
comuni
Personal
Computer.
La strumentazione
virtuale di ultima
generazione si basa
su
bus ad alta
velocità
come PCI
Express e su tecno-
logie multicore e
Fpga. Le modalità di
acquisizione dei dati
sono differenti, in
funzione dei diversi
tipi di interfaccia tra
mondo fisico e cal-
colatore (schede di
acquisizione plug-in, strumenti con interfaccia
GPIB, sistemi PXI, VXI, LXI, SCXI, collega-
menti seriali Usb e RS232 ecc.).
In sostanza ogni strumento virtuale dev’essere
dotato di un’opportuna interfaccia di collega-
mento verso un sistema di elaborazione. L’in-
terfaccia deve consentire la connessione tra stru-
menti e calcolatori di diversi costruttori senza
creare problemi di compatibilità, rispettando
standard elettrici e meccanici. Un punto a favore
della strumentazione virtuale è la possibilità di
adattare l’hardware basato su componenti Cots
(Commercial off-the-shelf) ad una particolare
applicazione, ad esempio cambiando le caratte-
ristiche di sincronizzazione e di filtraggio.
Schede PC, sistemi IO e unità di controllo
Dal punto di vista dell’hardware periferico vi
sono tre opzioni principali per l’acquisizione
dei segnali IO provenienti dal campo. La prima
è costituita dalle
schede di acquisizione
per
PC
di tipo multifunction, PCMCIA ed esterne.
In questo caso le schede sono orientate all’ab-
binamento con hardware di calcolo più speci-
fici come ad esempio i notebook o i computer
mobili. Generalmente le prestazioni sono ridotte
rispetto all’analoga architettura PCI o ISA a van-
taggio della compattezza del modulo, e quindi
della mobilità e delle prestazioni di misura.
La seconda opzione è data dai
moduli di acqui-
sizione
alloggiati in appositi
rack
. Questi
sistemi permettono di elevare le prestazioni del
sistema di misura, in quanto sono progettati per
ottimizzare l’ambiente interno allo strumento e
in particolare il rapporto segnale/rumore, l’omo-
geneità dei percorsi dei segnali e il sincronismo
delle acquisizioni. Il costo di questi sistemi è
evidentemente elevato e giustificato da scelte
progettuali particolari, come ad esempio l’allog-
giamento in macchine utensili, le installazioni
per applicazioni di tipo militare o nei sistemi di
trasporto.
La terza possibilità è rappresenta dai
sistemi
IO distribuiti
. Questo approccio prevede che
l’hardware di misura sia frammentato in diversi
moduli ospitati in prossimità dei punti di misura
e collegati tra loro e a un sistema di controllo
(PC, PLC, PAC, DCS, RTU ecc.) mediante
fieldbus o rete di comunicazione. Questa filoso-
fia rende possibile distribuire geograficamente
la strumentazione, senza limitazioni se non
quella della connettività fisica degli apparati.
In un tale contesto la capacità di gestire allarmi,
archiviare dati, gestire apparati e reti di comu-
nicazione, ricevere comandi, accedere ai dati
e alla programmazione remota è appannaggio
soprattutto dei sistemi di controllo centrali.
Acquisizione dati wireless
Negli ultimi decenni le trasmissioni senza fili
hanno interessato in maniera profonda l’intero
settore dell’automazione e della strumentazione.
Per l’acquisizione dati senza fili sono disponi-
bili diverse tecnologie, la cui scelta dipende da
fattori applicativi e tecnologici quali: ampiezza
di banda, requisiti di alimentazione, assorbi-
menti, copertura geografica, topologia di rete,
sicurezza della trasmissione, interfacce, espan-
dibilità, costi generali. Sul mercato, la pre-
senza di numerose tecnologie come ad esempio
Wi-Fi
(Ieee 802.11) e
ZigBee
(Ieee 802.15.4)
hanno favorito l’uso di sensori e datalogger con
interfacce wireless. A questo processo si sono
aggiunte tecniche di modulazione sofisticate e la
riduzione delle “barriere all’adozione” da parte
degli utenti.
In questo scenario le interconnessioni wireless
Un esempio di data-logging che
può sfruttare tutte le risorse
del calcolatore, grazie alla
strumentazione virtuale (NI
LabView SignalExpress UI)