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segunda-feira, 1 de março de 2010

O InduSoft Web Studio Ajuda Corredor de Corrida de Arrancada a Quebrar Recorde Mundial

 

Trevor Stripling uses industrial data acquisition equipment and InduSoft’s Web Studio software to analyze data and tune his car for the ultimate racing results.
  • InduSoft Web Studio é escolhido por sua simplicidade de configuração, integração, processamento de dados e capacidade de gerenciamento.
  • 10.000 conversões de dados em cinco segundos provam ser essenciais na quebra de um recorde mundial.
  • Stripling atribui sua vitória ao InduSoft Web Studio – e deixa os outros pilotos comendo poeira.
  • Tempo de processamento e aquisição de dados reduzidos tornam possíveis ajustes em tempo real.

História

Mark Donohue, ex-piloto de Fórmula 1, chamou de “vantagem injusta”. Pilotos de Rali no Reino Unido chamam de “ajustes diabólicos”. Na NASCAR, chama-se “intervenção divina”. Não importa como seja chamado, encontrar pequenos segredos que fazem o seu carro andar um pouco mais rápido que seus adversários, é o que ganha campeonatos e quebra recordes.

Imagine a vantagem de um piloto de arrancada, que pode ajustar o fluxo de combustível imediatamente antes de uma corrida. O texano Trevor Stripling descobriu que podia usar o InduSoft Web Studio para monitorar e ajustar seu carro, em tempo real, instantes antes da largada. Seus competidores, porém, utilizam os dados obtidos em uma corrida para se preparar para a próxima. Stripling usou essa vantagem e atingiu um novo recorde mundial.

Quando você compete em nível profissional, sem patrocinadores ou ajuda financeira, você precisa de todas as vantagens "injustas" que conseguir. Isso foi o que Stripling fez com seu carro de arrancada (Figura 1). Ele encontrou uma maneira de usar equipamentos de aquisição de dados (DAQ) industriais, equipados com o InduSoft Web Studio, para obter os dados necessários a ajustar seu carro ao extremo. 

O carro de Stripling é um Camaro 1967 com um motor de 9.8 litros (Figura 2) usado em corridas de arrancada de 201 metros (1/8 de milha). Ele obteve seu primeiro recorde com o tempo de 5.11 segundos, alcançando 230 km/h. Em comparação a corridas de 402 metros (1/4 de milha), isso seria equivalente ao tempo de 7.80 segundos e velocidade acima de 290 km/h. O motor é equipado com nitrometano (NOS), e gera 1.300 cavalos de força. Stripling baixou seu tempo recorde para 5.0 segundos e velocidade de 233 km/h. Atualmente ele detém o recorde mundial de 4.99 segundos a 231.5 km/h.

Stripling participa em uma categoria super competitiva chamada "Ultimate Street" (Extremo de Rua), onde os carros são quase originais, com faróis, assentos traseiros, interior completo (Figura 3), suspensão dianteira, traseira e escapamento originais. O Camaro de Stripling pesa 1545 kg, quase o mesmo peso de um Camaro 1967 original.

Embora Stripling atribua seu sucesso a seu mecânico de motores e sua equipe, o verdadeiro herói desse time é o sistema de aquisição de dados baseado no InduSoft Web Studio que controla o motor em tempo real. O sistema obtém e acumula dados que são analisados pela equipe depois de cada corrida.

Construindo um Sistema de Aquisição de Dados

Aquisição de dados em um carro de corrida não é novidade “Quase todos usam aquisição de dados", diz ele, "mas é tudo estático". A equipe de Stripling grava os dados durante uma corrida, em seguida analisam os dados e fazem o ajuste fino no motor para a próxima prova. “O segredo do meu sucesso está em controlar o ajuste do carro em tempo real, graças ao InduSoft Web Studio” elogiou Stripling.

Stripling utilizou equipamentos e programas DAQ padrão e superou as equipes de ponta e fornecedores em seu próprio jogo. Todavia Stripling tem outra carta em sua manga. Ele sabe o que está fazendo quando se tratam de equipamentos DAQ e o programa InduSoft Web Studio.

Stripling trabalha com CLPs, IHMs e equipamentos DAQ diariamente eu seu emprego como engenheiro de controle de sistemas na Contech Control Services. A Contech é a principal fornecedora de contratação de serviços de engenharia na região da Costa do Golfo nos Estados Unidos, prestando definições de projeto, planejamento, estimativa, engenharia detalhada, integração de sistemas e programação de sistemas de controle.

Stripling possui experiência considerável utilizando o InduSoft Web Studio para o controle, monitoramento e aquisição de dados em refinarias e usinas, assim, quando ele precisou de um sistema de aquisição de dados para o seu carro de corrida, utilizou de seu conhecimento e experiência extensivos com equipamentos industriais. 

O CLP modelo DL06 da DirectLogic DL06 (Figura 4) captura os dados de pressão de óleo, pressão do combustível, vácuo do motor, temperatura do motor, voltagem, pressão nitrosa, e dos sensores de oxigênio e de RPM do motor e eixo, durante os cinco segundos de uma prova de arrancada. Como é de se esperar, o módulo de ignição de faísca múltipla do motor gera um nível elevado de interferência elétrica. “Eu tive problemas com ruído elétrico,” diz Stripling, “mas eu consegui mantê-los ao mínimo através de técnicas de aterramento e re-locação de dispositivos.” Falou o experiente engenheiro de controle.

O CLP e a IHM são alimentados por um conversor de 12V a 24V ligado fora do sistema elétrico do carro. Todas as funções de tempo real do carro são manipuladas pelo CLP, incluindo a ignição. O CLP é conectado diretamente a ignição de faísca múltipla, e controla a temporização da mesma. “Os parâmetros mais importantes do motor são os sensores de oxigênio" diz Stripling. “Eles indicam a eficiência do ajuste nitroso em relação às condições climáticas presentes. Em segundo lugar são os sensores de RPM do motor e eixo; esses indicam como os ajustes de suspensão estão respondendo à potência do motor e condições da pista".

O CLP é conectado a uma IHM modelo Ivovy da Maple Systems com Windows CE, rodando o InduSoft Web Studio IHM/SCADA (Figura 5). O CLP e a IHM são conectados via Ethernet. “Um dos benefícios da IHM é a capacidade de mover a maioria das conversões matemáticas dos sensores analógicos para o InduSoft Web Studio, diminuindo assim o tempo de varredura no CLP, permitindo que o mesmo responda mais rapidamente e fazendo decisões de controle em tempo real”, diz Stripling.

Em tempo real, o CLP adquire dados, enviá-los para o InduSoft Web Studio onde são convertidos e enviados de volta através da conexão Ethernet. Durante a corrida de cinco segundos, os dois sistemas trocam cerca de 10.000 seqüências de dados. O sistema é rápido o suficiente que o CLP pode usar os dados convertidos para controlar o motor. Tempo real de controle é a vantagem desleal de Stripling em relação aos outros carros. O que Stripling faz com os dados é um segredo guardado as sete chaves, mas é suficiente para estabelecer recordes.

Carregando Ajustes Diabólicos com o InduSoft Web Studio

Monitores IHM são usados para ajustar o carro antes de cada corrida, e para registrar e gravar as configurações após cada uma. “Eu posso visualizar e mudar qualquer uma das configurações de ajuste gravadas no CLP, e introduzir qualquer outro ajuste físico ou manual, como ajustes de amortecedor e pressão dos pneus para a corrida”, explica Stripling. “Eu construí um banco de dados que grava essas configurações a cada corrida. Nós podemos carregar facilmente configurações usadas em corridas anteriores. Nós também usamos esse método quando estamos prestes a largar e as condições da pista mudam. No último minuto, podemos procurar por uma configuração alternativa e carregá-la com um toque no monitor IHM.”

Antes de instalar o InduSoft Web Studio, Stripling usava o sistema de aquisição de dados do CLP, e por dois anos teve pouco sucesso nas pistas. Assim que começou a usar o InduSoft Web Studio as coisas mudaram pra melhor. "Eu adicionei o supervisório InduSoft Web Studio a meu carro de corrida para poder acessar e alterar os dados que estávamos monitorando", diz ele. “Antes da IHM eu tinha instrumentos de medição no painel, no porta-luvas, no console central e no capô, e era muito difícil prestar atenção a todos. Sempre que precisávamos fazer uma mudança no ajuste do carro era necessário modificar a lógica do CLP, com isso, conectar um laptop ao CLP, carregar a nova lógica e reiniciar o CLP. Isto era complicado e demorado, e criava uma margem de erro enorme. Com o InduSoft Web Studio, eu posso carregar uma nova lógica diretamente para o CLP.

Depois da adição do InduSoft Web Studio, Stripling se tornou um dos concorrentes favoritos e detentor de recorde mundial. Um dos motivos foi o melhoramento no gerenciamento de dados. “Com o InduSoft Web Studio eu consigo agrupar e organizar todos os dados de leituras no monitor, de acordo com a importância e em relação ao estágio da corrida”, ele diz. “Nós passamos por muitas etapas, não somente durante a corrida, mas antes, depois e entre corridas. Com a IHM nós podemos gerenciar essas etapas facilmente e fazer alterações de última hora, conforme necessário.”

Por que InduSoft? “Eu escolhi o InduSoft Web Studio em relação a outros programas de desenvolvimento IHM por várias razões”, diz Stripling. “Primeiramente pela capacidade de configuração. Com minha experiência em programação eu sei a força que tem uma configuração personalizada. O InduSoft Web Studio possui linguagem de extensão interna e integração a linguagem VBScript, com isso, eu consigo passar algumas das equações matemáticas do CLP diretamente ao InduSoft Web Studio. Um exemplo disso são as conversões de entrada analógica para unidades de engenharia (conversões de 0-5 volts para leituras de temperatura em graus Fahrenheit). Estas costumavam ser controladas pelo CLP e consumiam grande parte de seu tempo de varredura fazendo todas as conversões matemáticas. Agora o CLP só lida com valores brutos que são repassados ao InduSoft Web Studio para conversão e visualização”. 

Em segundo ficou a capacidade do InduSoft Web Studio de trabalhar com bancos de dados externos para armazenamento e gerenciamento dos dados de cada corrida. “No nosso nível os dados são importantes, mas poder gerenciá-los e transformá-los em informação útil é sem dúvida essencial” observa ele.

Analisando os Dados

Semelhante a muitos sistemas de controle de processo, o sistema DAQ é conectado a programas de gerenciamento de alto-nível, neste caso, um laptop no trailer da equipe. “No passado nós tínhamos que buscar o laptop no trailer, conectá-lo ao sistema e descarregar os dados da corrida, depois convertê-los, analisá-los e criar um gráfico”, diz Stripling. “Agora, com as configurações e conectividade de banco de dados do InduSoft Web Studio e as portas USB do Maple Systems, conseguimos carregar uma nova configuração no CLP, obter todos os dados registrados, convertê-los a unidades de engenharia, e carregá-los em um banco de dados armazenado em um pen drive USB. Nós simplesmente conectamos o pen drive ao laptop onde todos os dados da corrida são analisados e inseridos em um gráfico Excel. No momento estamos trabalhando na adição de um cartão de redes sem fio à IHM, que nos dará acesso remoto aos dados da corrida”.

A primeira vez que Stripling estabeleceu o recorde mundial, ele e sua equipe desenvolveram um ajuste "especial" na garagem. “Nós examinamos vídeos e registros de dados de várias corridas bem-sucedidas, e determinamos o que seria mais eficiente” explica Trevor. “Porque conseguimos controlar os ajustes em tempo real, nossa 'receita especial' trocava o tempo de ignição e outros ajustes em diferentes etapas durante os cinco segundos de corrida. Ficamos surpresos quando realmente funcionou na pista, diminuindo nosso tempo consideravelmente, e batendo o recorde”.

“Nós ainda temos muito trabalho a fazer no que diz respeito a tirar o máximo do motor”, admite. “Os dados que conseguimos dizem que ainda existe muita potência desperdiçada. De fato, o motor é capaz de produzir muito mais força que os amortecedores originais são capazes de agüentar. Nosso sucesso veio de aprender a estudar a pista e dados da suspensão, e gerenciar os ajustes a modo de suportar a força do motor”.

Carro de Corrida contra Aplicação Industrial

O que Trevor Stripling realizou com componentes padrão é quase idêntico ao que engenheiros de controle do mundo inteiro encontram diariamente lidando com projetos de aquisição de dados: superando ruído elétrico, aumentando a velocidade na aquisição em tempo real, realizando a integração de sistemas completa, usando comunicação Ethernet em equipamentos CLP e IHM, fazendo conexões sem fio, analisando dados, gerenciando menus e configurações, mantendo registros e manipulando diagnósticos. O InduSoft Web Studio não só torna a aquisição de dados em carros de corrida mais simples, mas faz o mesmo em aplicações industriais.