Fundamentos do LabVIEW: Construa Projetos Elétricos Simples com Confiança

Introdução ao LabVIEW e Projetos Elétricos Básicos Baseados em LabVIEW

Como uma ferramenta comprovadamente útil para prototipagem, a plataforma de desenvolvimento gráfico LabVIEW fornece numerosas soluções para uma ampla variedade de aplicações, como controle de instrumentação, sistemas embarcados de monitoramento e controle, aquisição e processamento de dados, sistemas de teste e validação de automação, etc.

O LabVIEW inclui centenas de bibliotecas pré-escritas que ajudam a criar sistemas flexíveis e escaláveis, desde sistemas embarcados funcionais até sistemas de teste e medição de alto desempenho.

O que é LabVIEW?

LabVIEW significa Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench e é desenvolvido pela National Instruments. É uma ferramenta de programação poderosa que fornece soluções de software para sistemas científicos e de engenharia. LabVIEW é uma linguagem de programação gráfica na qual o fluxo de dados determina a execução do programa, em contraste com linguagem de programação baseada em texto, onde instruções (linhas de texto) determinam a execução do programa.

O LabVIEW permite construir uma interface de usuário, conhecida como painel frontal, usando um conjunto de ferramentas e objetos. E então permite ao usuário adicionar código no diagrama de blocos usando representação gráfica das funções. Assim, o código no diagrama de blocos controla os objetos do painel frontal dependendo da estrutura de controle implementada. Dessa forma, o usuário pode construir soluções personalizadas de aquisição de dados, teste, medição e controle para uma variedade de necessidades de aplicação.

O LabVIEW é integrado para comunicação com vários dispositivos de aquisição de dados, como GPIB, PXI, VXI, RS-232, RS-485 e dispositivos baseados em USB. E também oferece internet das coisas usando servidor web LabVIEW e padrões de software como TCP/IP e ActiveX.

Instrumentos Virtuais

Os programas no LabVIEW são chamados de instrumentos virtuais ou simplesmente VIs, porque a operação e aparência dos programas se assemelham a instrumentos físicos, como multímetros e osciloscópios.

Um VI consiste em três componentes: painel frontal, diagrama de blocos e ícone e painel de conexão. O painel frontal consiste em controles e indicadores que servem como interface de usuário, e o diagrama de blocos contém o código-fonte para o VI. O ícone e painel de conexão é uma representação visual do VI consistindo de entradas e saídas. Este ícone e painel de conexão permite que o VI seja usado em outro VI como um subVI (um VI dentro de outro VI é chamado subVI).

Painel Frontal:

A figura abaixo mostra o painel frontal de um VI consistindo de vários controles e indicadores. Serve como interface de usuário do VI para que terminais de entrada e saída interativos possam ser desenvolvidos para uma aplicação. Controles no LabVIEW incluem botões rotativos, dials, botões de pressão, controles numéricos e chaves booleanas. Controles atuam como dispositivos de entrada que passam dados para o diagrama de blocos.

Indicadores são terminais de saída de um VI, que exibem o valor de saída. Alguns indicadores incluem indicadores numéricos, medidores, LEDs, gráficos e outros displays. Indicadores atuam como dispositivos de saída que adquirem dados do diagrama de blocos e os exibem.

Tanto controles quanto indicadores podem ser selecionados da paleta de controles, que está disponível apenas no painel frontal. Com um clique direito em qualquer lugar no painel frontal, o painel de controle aparecerá.

Diagrama de Blocos

A figura abaixo mostra o diagrama de blocos que acompanha o painel frontal acima. Contém o código-fonte gráfico para o VI usando representações gráficas de funções para controlar objetos do painel frontal. O diagrama de blocos consiste em objetos do painel frontal como terminais e, adicionalmente, várias funções (como numéricas, booleanas, comparação, array, temporização, etc.) e estruturas (como loop while, loop for, estrutura de caso, etc.).

Cada indicador ou controle no painel frontal consiste em terminal correspondente no diagrama de blocos. Então, estes são conectados com várias funções a fim de implementar uma aplicação de controle.

Estas funções e estruturas podem ser selecionadas da paleta de funções, que está disponível apenas no diagrama de blocos. Com um clique direito em qualquer lugar na área de trabalho do diagrama de blocos, a paleta de funções aparecerá.

No diagrama de blocos acima, a estrutura retangular externa representa um loop while e a interna é a estrutura de caso. As linhas laranja, azul e verde indicam os fios que passam dados de controles para indicadores. Estes objetos e estruturas no diagrama de blocos representam o código para o VI.

Este VI pode ser executado, pausado ou parado pressionando vários botões (como seta ou botão executar, pausar e parar) localizados na paleta ao longo do topo da janela.

Projetos LabVIEW

LabVIEW é uma plataforma ideal para prototipagem, projeto e desenvolvimento de vários projetos relacionados a uma ampla variedade de domínios, incluindo elétrico, mecânico, processamento de sinais, eletrônica, instrumentação e controle, biomédico e aeroespacial.

LabVIEW oferece flexibilidade para projetar soluções para vários projetos em tempo e esforço mínimos, devido à vantagem da codificação gráfica e blocos de funções avançados. A seguir, alguns dos projetos baseados em LabVIEW relacionados ao domínio elétrico.

Relé de Sobrecarga Térmica Usando LabVIEW

O objetivo deste projeto é monitorar e controlar a operação de uma máquina elétrica contra sobrecarga térmica usando LabVIEW e módulo DAQ. Aqui, no VI dado, entradas e saídas DAQ são eliminadas para facilitar o entendimento do leitor e, portanto, apenas modelo de simulação é desenvolvido.

A figura acima mostra o painel frontal do VI de relé de sobrecarga térmica, no qual elementos do lado esquerdo são chamados de controles e elementos do lado direito são chamados de indicadores.

Este painel frontal exibe vários valores de parâmetros e temperatura ambiente da máquina. Dá a indicação de disparo do relé quando a temperatura excede o limite seguro (temperatura ambiente da máquina). O disparo do relé por exceder a temperatura ambiente é mostrado na figura abaixo.

O código gráfico para este VI é implementado no diagrama de blocos como mostrado abaixo. O diagrama de blocos representa a implementação real do projeto. Aqui, o aumento de temperatura é calculado baseado na constante de temperatura (graus centígrados por quilowatt) da máquina.

Assim, a comparação de temperatura foi feita no diagrama de blocos para comparar temperaturas real e desejada (limite definido para valor seguro). Também é possível implementar este código usando sensores de corrente e temperatura junto com módulo DAQ para ter controle em tempo real da máquina.

Características de Carga de um Gerador CC Shunt Autoexcitado no LabVIEW

É um dos projetos elétricos básicos sob laboratório virtual de máquinas elétricas, que lida com características da máquina quando carregada. A figura abaixo mostra o painel frontal do VI consistindo de controles, indicador e gráfico de forma de onda.

A tensão de terminal, corrente de campo e corrente de carga (incluindo resistências de armadura e campo) atuam como entradas ou controles e, a partir destes dados, corrente de armadura, queda de armadura e tensão induzida no gerador são calculadas e exibidas no gráfico, bem como em indicadores numéricos, como mostrado na figura abaixo.

O código-fonte para este VI é mostrado no diagrama de blocos abaixo, no qual várias funções matemáticas determinam os parâmetros de saída baseados nos parâmetros de entrada. No diagrama de blocos, um array de valores de dados (representado com linhas laranjas grossas) é passado para diferentes funções matemáticas. Estas funções determinam o array apropriado de resultados que são então passados para o gráfico e indicadores de array.

Simulação de Circuito RLC Série no LabVIEW

Este projeto implementa circuito RLC série e determina sua condição de ressonância usando software LabVIEW. Circuitos RLC série são usados em circuitos de sintonia, como circuitos osciladores, circuitos de filtro, circuitos de sintonia de rádio e televisão.

Em circuito RLC série, a frequência na qual a reatância indutiva é igual à reatância capacitiva é chamada de frequência de ressonância. Na frequência de ressonância, a reatância indutiva e capacitiva se cancelam, fazendo a impedância se tornar igual à resistência e, portanto, a corrente será um valor máximo.

Esta afirmação é provada com o projeto LabVIEW dado abaixo. O painel frontal tem controles e indicadores responsáveis pela entrada e aquisição de dados.

A figura abaixo dá o código gráfico para o circuito RLC série no diagrama de blocos. Realizando operações matemáticas nas entradas dadas (indutância, capacitância e tensão), parâmetros como reatância indutiva, reatância capacitiva, impedância e corrente são determinados no diagrama de blocos.Leia também:

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