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segunda-feira, 6 de abril de 2015

A Universidade do Kentucky Utiliza o InduSoft Web Studio para Automatizar Experimentos Laboratoriais


  • Os estudantes de engenharia da Universidade do Kentucky usam o supervisório InduSoft Web Studio para automatizar experimentos laboratoriais e coletar dados.

  • Os estudantes conduzem testes em tubos de enchimento e depois utilizam o sistema para analisar os dados de seus experimentos e chegar a conclusões sobre os diferentes efeitos em cada tubo.

  • Baseado no sucesso da instalação do sistema, cinco experimentos adicionais já estão sendo desenvolvidos.

Figura 1: O experimento oferece controles básicos e permite estudantes e professores iniciar e parar a coleta de dados durante o experimento.


 

Os estudantes de engenharia da Universidade do Kentucky aprendem na prática sobre o núcleo dos princípios de engenharia. O Sr. Jerry Rougeux, Gerente do Laboratório de Química e Materiais da Universidade, trabalhou com o supervisório InduSoft Web Studio para desenvolver uma aplicação que pudesse demonstrar esses princípios em um ambiente controlado e coletar os dados do experimento para uma análise posterior detalhada.

Os tubos de enchimento possuem múltiplos usos em engenharia. Eles podem ser utilizados para remover contaminantes de uma corrente gasosa via absorção, remover líquidos voláteis de uma corrente líquida utilizando um gás inerte, ou auxiliar em técnicas de destilação complexas.

Este tipo de experiência prática é excelente para os futuros engenheiros que desenvolverão soluções eficientes para vários desafios complexos. Com componentes antigos e métodos ineficientes de rastrear dados, a Universidade decidiu que estava na hora de atualizar a sua solução para uma mais moderna. O Sr. Rougeux já possuía experiência com software supervisórios, como o InduSoft Web Studio. Ele ficou sabendo sobre o programa educacional da InduSoft, e trouxe o InduSoft Web Studio para as salas de aula da Universidade. Com a ajuda de técnicos experientes no InduSoft Web Studio, o Laboratório de Química e Materiais agora oferece uma abordagem moderna para os experimentos com tubos de enchimento.

O InduSoft Web Studio na versão educacional está disponível para universidades e instituições de ensino. Licenças da versão educacional do supervisório ajudam estudantes a desenvolver qualquer aplicação com o software sem nenhum custo para a universidade ou para o estudante. O programa educacional da InduSoft dá a várias universidades, como a Universidade do Kentucky, uma oportunidade de oferecer a seus estudantes acesso a ferramentas que eles usarão no ambiente de trabalho. Os professores dos laboratórios podem também utilizar o InduSoft Web Studio para desenvolver experimentos interativos que demonstram princípios da vida real e oferecem dados importantes para os estudantes ou grupos de pesquisa.



Figura 2: O experimento consiste em três tubos de enchimento.

O Desafio

Um experimento concebido pelo Laboratório de Química e Materiais utiliza os conceitos básicos de tubos de enchimento para demonstrar como água e fluxo de ar afetam a pressão ao longo do tubo. Para esse experimento, três tubos foram usados, cada um contendo materiais diferentes. Eles contêm tipos diferentes de anéis Raschig e um chumaço de plástico similar a uma bala de revolver. Existe uma bomba de água para controlar o fluxo de água no topo dos tubos, e uma válvula para ajustar a quantidade de ar sendo injetada na parte inferior dos tubos. Em seis pontos ao longo dos tubos, existem sensores de pressão para medir a pressão do ar.

Os alunos escolhem um dos três tubos e, em seguida, ajustaram a água e o fluxo de ar. Eles então repetem os testes com os outros tubos. Após todos os testes estarem completos, os alunos pegam os dados offline e analisam os resultados da alteração de água e fluxo de ar nos materiais diferentes para determinar os efeitos que os materiais exerciam sob a pressão ao longo dos tubos. Isso é importante para determinar, por exemplo, a eficiência de um purificador ou de um separador de tubos.

Antes da instalação do InduSoft Web Studio, o sistema era controlado por um sistema proprietário desenvolvido nos anos 70. Um computador, que foi adicionado nos anos 80, ainda estava em uso rodando o sistema operacional Microsoft Windows 98.

O sistema antigo já não armazenava os dados de alguns sensores de pressão, e os dados que estavam sendo armazenados eram quase impossíveis de ler. Portanto, dados confiáveis eram praticamente impossíveis de coletar. O computador era tão velho que somente possuía um leitor floppy, e os discos de recuperação do sistema eram inexistentes. Além disso, os vários componentes eletrônicos estavam falhando.


Figura 3: Controles manuais permitem estudantes a testar os efeitos de diferentes níveis de água e pressão do ar em cada tubo.


A Solução

A nova solução foi instalada em um novo computador e fez uso do supervisório InduSoft Web Studio. O experimento foi controlado usando um CLP da Automation Direct. Como o InduSoft Web Studio oferece drivers para esses CLPs, a comunicação foi tranquila. Os CLPs controlavam a abertura e o fechamento das válvulas de ar é água, assim como os pontos de conexão dos sensores de pressão.

O banco de dados e o sistema de segurança foram mais desafiadores. O sistema tinha que permitir que dez grupos de quatro estudantes selecionassem um dos três tubos, ligassem vários dispositivos de campo, e depois armazenassem os dados do tubo selecionado por um período pré-determinado. Depois de completar vários experimentos, cada grupo era obrigado a transferir os dados coletados para um hard drive externo para que os mesmos fossem analisados offline.  Os dados de cada grupo precisavam ser mantidos separados. O sistema deveria ser fácil de usar e confiável durante as operações.

Esses desafios foram resolvidos implementando as funcionalidades de segurança do supervisório InduSoft Web Studio. Isso permitiu que a aplicação criasse grupos individuais de estudantes para a entrada e o armazenamento de dados, e posteriormente para o envio desses dados ao banco de dados correto. Além disso, o acesso a algumas telas de administração era restrito a certos usuários que não possuíam autorização no sistema. Isso mantinha a aplicação protegida, preservando a integridade da mesma.

 

Figura 4: Os dados são coletados pelo sistema e analisados pelos estudantes.

Os Resultados

A nova solução para o experimento de tubos de enchimento tem sido recebida de braços abertos pelos estudantes e professores da Universidade. Todos acham a solução muito fácil de usar e confiável. Os dados pararam de ser perdidos devido a falhas de equipamento. A nova solução permite alterações e atualizações de maneira simples e serve como um excelente modelo para experimentos futuros no laboratório.

Atualmente o Laboratório de Química e Materiais está desenvolvendo uma segunda aplicação que agirá como supervisório para cinco experimentos adicionais.


Figura 5: O sistema foi instalado em um único computador rodando a versão educacional do supervisório InduSoft Web Studio.


Para maiores informações entre em contato com o seu distribuidor local ou diretamente com a InduSoft pelo telefone (11) 3293-9139 ou pelo email: info@indusoft.com.br.