Integração de sistemas de aquisição de dados Dewesoft EtherCAT com o LabVIEW
Francesco Miccoli
May 28, 2025
O EtherCAT® interliga vários produtos DAQ (sistemas de aquisição de dados) e de controle dentro do ecossistema da Dewesoft, incluindo as séries IOLITE, KRYPTON e OBSIDIAN. EtherCAT é um protocolo de comunicação robusto que possibilita compatibilidade com vários sistemas em tempo real, incluindo Controladores Lógicos Programáveis (PLCs). Os dispositivos EtherCAT podem ser ligados em cadeia (daisy-chained) através de um único cabo que transporta os dados, a alimentação e o sincronismo. O software DewesoftX está incluído e funciona perfeitamente com qualquer combinação de dispositivos Dewesoft. No entanto, há ocasiões em que o LabVIEW® da National Instruments foi implantado, e os instrumentos Dewesoft precisam ser integrados. Este artigo mostra como o LabVIEW pode conectar-se e adquirir dados de dispositivos Dewesoft EtherCAT. Embora se aplique a todos os sistemas Dewesoft baseados em EtherCAT, incluindo IOLITE, KRYPTON e OBSIDIAN, este artigo foca no IOLITEi 3xMEMS-ACC.
O IOLITE 3xMEMS-ACC é um dispositivo de aquisição de dados da Dewesoft com acelerômetro MEMS triaxial incorporado, conversor analógico-digital e interface EtherCAT. Vários dispositivos IOLITE podem ser facilmente distribuídos e sincronizados ao longo de grandes estruturas usando um único cabo CAT6 barato que pode abranger até 50 metros entre nós. Conversores ópticos permitem distâncias superiores a 20 km entre dispositivos, mantendo precisão de sincronização de 1 µs. A sincronização temporal precisa é crucial ao realizar OMA (Análise Modal Operacional) na avaliação da dinâmica estrutural, incluindo frequências naturais, formas modais e razões de amortecimento.
Como todos os sistemas de medição Dewesoft, o IOLITE inclui o software de aquisição de dados DewesoftX e condicionamento de sinais. A linha de produtos é composta por registradores de dados multifunção de alta velocidade para aplicações que exigem controle de automação. Estão disponíveis como módulos de canal único e múltiplo para sistemas de baixa e alta contagem de canais. São dispositivos escravos EtherCAT padrão que enviam dados para qualquer sistema de controle mestre EtherCAT de terceiros. Quando conectado ao software DAQ DewesoftX, a funcionalidade de retransmissão garante que nenhuma amostra seja perdida durante a medição.
Alguns modelos IOLITE são projetados para montagem em racks padrão de 19” enquanto outros podem ser montados em trilho DIN. Dispositivos pequenos como o IOLITE 3xMEMS-ACC podem ser montados diretamente próximos à fonte do sinal, o que reduz o comprimento dos cabos do sensor, economizando custos, simplificando a complexidade e minimizando o ruído do sinal.
Visão geral da tecnologia EtherCAT:
Criação do arquivo ENI
Dispositivos EtherCAT só podem ser usados dentro de uma rede EtherCAT configurada adequadamente, o que requer um arquivo ENI. Este arquivo contém a configuração completa da rede EtherCAT, incluindo uma lista de dispositivos, parâmetros de comunicação, detalhes de sincronização e informações de troca de dados.
O vídeo acima descreve o software Ackermann Automation EtherCAT Studio e seu uso. Esta ferramenta permite adicionar o dispositivo IOLITE da biblioteca à árvore de configuração. A partir daí, podemos criar o arquivo ENI (Master Configuration ETG Standard).
Aquisição de dados
O primeiro passo para adquirir dados será configurar nosso computador executando o software LabVIEW. Este computador é o EtherCATmaster, que gerencia a comunicação com o IOLITE e outros dispositivos.
A Ackermann Library para LabVIEW oferece ferramentas visuais convenientes para esse fim. As imagens abaixo mostram o bloco “Open Master Windows Compact”, que inicia o mestre EtherCAT local. Ele recebe o arquivo ENI previamente criado e parâmetros de rede, como ciclo de barramento, porta alvo, endereço IP, etc.
Para adquirir dados, o mestre deve ser colocado em modo Operacional (“Op”). Para isso, podemos usar o bloco “Set Master State”.
Agora, podemos programar o loop de aquisição: um “while cycle” que verifica novos dados a cada iteração. Uma vez que os dados estejam disponíveis, eles são desempacotados e processados. A estrutura básica é:
As variáveis escravas são consultadas, e o bloco “Query All Slaves Variables” produz um array 1D de clusters, cada um contendo informações sobre uma variável escrava, como tipo de dado, tamanho em bits, tamanho em bytes e mais; esses dados serão usados para conversão numérica durante a aquisição.
Um loop while é usado para executar a aquisição contínua de dados dentro:
O bloco “Read Process Data” fornece o frame recém-adquirido.
Um loop for percorre o número de variáveis escravas e converte o frame para um valor numérico mais legível. A conversão é baseada na propriedade “Base Data Type” previamente extraída durante a consulta das variáveis escravas.
Finalmente, os dados numéricos adquiridos podem ser utilizados. Na imagem abaixo, o terceiro elemento do array é selecionado (isto corresponde à aceleração no eixo Z, mas pode ser qualquer outro valor) e concatenado antes de ser plotado.
Após os dados serem adquiridos, o programa pode ser parado via o painel de controle. Esta ação ativa a última parte do código, onde são realizadas algumas operações de limpeza. Isso consiste principalmente em:
Definir o estado do mestre para Inicialização (“Init”)
Fechar o Ethercat master
Tratamento de erros
Configuração do dispositivo
Na seção anterior, exploramos aquisição de dados usando o LabVIEW, mas como podemos definir a taxa de amostragem e o alcance do nosso dispositivo?
Primeiro, precisamos entender onde os parâmetros do dispositivo são armazenados e como podemos alterá-los, de acordo com a Beckoff, os inventores do protocolo EtherCAT:
“A interface CoE (protocolo de aplicação CAN sobre EtherCAT) é usada para gerenciamento de parâmetros de dispositivos EtherCAT.”
O mesmo vale para o IOLITEi 3xMEMS-ACC. A biblioteca Ethercat instalada anteriormente fornece um exemplo chamado “Read Write CoE (SDOs),” que nos permite editar a configuração do dispositivo.
A imagem acima mostra a interface do painel de controle deste exemplo. Os painéis mais notáveis incluem:
Tipo de destino refere-se à configuração do mestre desejada, com “Windows” selecionado.
Para abrir o master EtherCAT do Windows, você precisa de alvo IP, porta RPC, ID do adaptador de rede, caminho do arquivo ENI, e tempo limite parâmetros.
Dados de ativação exibe informações sobre a licença ativa.
Endereço do escravo refere-se ao endereço do escravo alvo dentro da rede EtherCAT. Esse número deve corresponder à posição do escravo alvo na árvore de configuração, com a numeração começando em 0. Caso contrário, o bloco “Query Bus Setup” pode ser usado para entender melhor a estrutura geral da rede.
Índice do objeto e Subíndice do objeto referem-se ao endereço alvo, onde cada par de índice e subíndice aponta para uma configuração diferente.
Gravação de dados e Leitura de dados são usados para ler/gravar dados do/para o endereço especificado. Normalmente, apenas uma configuração é alterada por vez, então somente o primeiro elemento do array é necessário.
A tabela a seguir relaciona os índices às suas respectivas funções:
| Propriedade | Índice | Subíndice | Valores |
|---|---|---|---|
| Taxa de amostragem | 8020 | 1 | 3, 6, 12, 25, 50, 100, 125, 200, 250, 500, 1000 |
| Intervalo do eixo X | 8040 | 1 | 0 (2g), 1 (4g), 2 (8g) |
| Intervalo do eixo Y | 8041 | 1 | 0 (2g), 1 (4g), 2 (8g) |
| Intervalo do eixo Z | 8042 | 1 | 0 (2g), 1 (4g), 2 (8g) |
| Ligado por padrão | 8020 | 2 | 2 |
Conclusão
A integração dos sistemas DAQ da Dewesoft com o LabVIEW via EtherCAT oferece uma solução robusta e flexível de aquisição de dados e controle em tempo real. Seguindo o processo descrito — criar um arquivo ENI, configurar o mestre EtherCAT e utilizar a Ackermann Library do LabVIEW — os usuários podem conectar-se e adquirir dados de dispositivos Dewesoft de forma contínua, incluindo o IOLITEi 3xMEMS-ACC. A capacidade de sincronizar com precisão múltiplos dispositivos em grandes distâncias torna essa integração particularmente valiosa para análise de dinâmica estrutural e aplicações de automação. Além disso, aproveitar a interface CoE permite que os usuários ajustem finamente os parâmetros dos dispositivos, garantindo desempenho ideal. Essa integração permite que engenheiros e pesquisadores aproveitem plenamente as capacidades do hardware DAQ da Dewesoft e do LabVIEW em seus fluxos de trabalho de medição e controle.
Para mais informações
Um manual técnico de usuário mais detalhado e um exemplo de VI do LabVIEW estão disponíveis. O manual refletirá desenvolvimentos futuros, incluindo a adição de mais dispositivos à topologia de teste.
LabVIEW® é uma marca registrada da National Instruments.
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