 |
| Rys.1. Tryb skanowania w CompactRIO zapewnia dostęp do zmiennych wejść/wyjść w LabVIEW Real-Time oraz aplikacjach host VI – zmienne te mogą być przenoszone do diagramu metodą drag&drop bez konieczności programowania FPGA |
Gdy oprogramowanie LabVIEW zostało ponad 20 lat temu wprowadzone na rynek, oferowana przez nie możliwość projektowania graficznego okazała się być rewolucyjna. Pozwoliła ona inżynierom i naukowcom na tworzenie modeli różnych aplikacji poprzez łączenie obiektów graficznych, które reprezentują określone funkcje, a za przepływ danych odpowiadają połączenia między nimi.
Obecnie LabVIEW łączy wysoką wydajność i elastyczność programowania z dużą liczbą funkcji i dodatków wspierających tworzenie aplikacji pomiarowych, testujących i służących do kontroli. Niezależnie od doświadczenia projektowego jego użytkownicy mogą szybko i efektywnie pod względem nakładów finansowych rozwijać systemy służące do kontroli urządzeń, analizować i współdzielić dane oraz tworzyć kompletne rozwiązania pomiarowo-kontrolne. W szczególności w wersji LabVIEW 8.6 rozbudowana została w zakresie możliwości współpracy z kontrolerami CompactRIO i funkcji, które przydatne są projektantom aplikacji przemysłowych.
 |
| Rys.2. W przedstawionej aplikacji VI kontroler CompactRIO wykorzystuje tryb skanowania do dostępu do wejść/wyjść oraz wylicza transformatę FFT z wartości na wejściu, wykorzystując moduł LabVIEW FPGA |
CompactRIO firmy National Instruments to kontroler PAC (Programmable Automation Controller) będący rekonfigurowanym systemem kontroli i akwizycji danych. Pomimo że jest on rozwiązaniem ekonomicznym we wdrożeniu, pozwala na tworzenie aplikacji o dużej wydajności i niezawodności. CompactRIO cechuje otwarta architektura i niewielkie rozmiary przy zachowaniu dużego stopnia odporności na warunki środowiskowe. Wykorzystywane w nim przemysłowe moduły I/O mogą być zmieniane podczas pracy urządzenia. Kontroler bazuje na technologii RIO (Reconfigurable I/O), co daje projektantom możliwość programowania użytych w nich układów FPGA z wykorzystaniem zautomatyzowanego, graficznego języka programowania. Pozwala to na tworzenie przemysłowych systemów kontroli, które cechuje duża moc obliczeniowa, a jednocześnie elastyczność, jeżeli chodzi o możliwości tworzenia indywidualnych rozwiązań. Ponieważ projekt wykonany w języku graficznych LabVIEW jest konwertowany do kodu VHDL i syntezowany do FPGA, urządzenia CompactRIO zapewniają bardzo wysoki poziom niezawodności pracy.
Poniżej wymienionych zostało pięć najważniejszych cech LabVIEW 8.6, które są istotne dla projektantów wykorzystujących w swoich aplikacjach moduły CompactRIO:
1) SZYBKI DOSTĘP DO ZMIENNYCH I/O W LABVIEW REAL-TIME I APLIKACJACH HOST VI
Wprowadzony w CompactRIO nowy tryb skanowania (CompactRIO Scan Mode) automatycznie wykrywa podłączone moduły I/O i dodaje je do projektu w LabVIEW. Projektant może następnie przeciągnąć zmienne wejść/wyjść do diagramów tworzonych w LabVIEW Real-Time i aplikacjach VI oraz czytać i zapisywać na bieżąco skalowane oraz kalibrowane wartości I/O bez programowania FPGA lub kompilowania projektu (patrz rys. 1).
2) TRYB SKANOWANIA MODUŁÓW COMPACTRIO Z LABVIEW FPGA
Tryb skanowania może być również wykorzystany z LabVIEW FPGA w przypadku pojedynczych modułów I/O. Pozwala to na implementację takich funkcji użytkownika, jak wyzwalanie modułów, analiza danych z wykorzystaniem bloków sprzętowych, przetwarzanie sygnałów oraz szybki streaming danych analogowych. W tym celu konieczne jest wybranie określonych modułów, które mają być usunięte z trybu skanowania, a następnie użycie LabVIEW FPGA do ich zaprogramowania. W przypadku pozostałych modułów do odczytu i zapisu wejść/ wyjść wykorzystywane są zmienne I/O (patrz rys. 2).
3) WBUDOWANY LICZNIK, ENKODER KWADRATUROWY I MODULATOR PWM
Tryb skanowania pozwala również bez konieczności dodatkowego programowania na wykorzystanie licznika, enkodera kwadraturowego i modulatora PWM (Pulse-Width Modulation) z dowolnym 8-kanałowym, cyfrowym modułem modułem National Instuments serii C. Wymienione funkcje konfigurowane są z poziomu projektu LabVIEW, ale uruchamiane w układzie FPGA, co zapewnia szybkość i dokładność wykonywanych operacji. Pozwala to na zliczanie impulsów o częstotliwości do 1MHz, pomiary szerokości i częstotliwości impulsów, dekodowanie kwadraturowe i modulację PWM – wszystko bez konieczności kompilowania projektu!
4) TWORZENIE APLIKACJI VI JAKO USŁUG SIECIOWYCH
LabVIEW 8.6 umożliwia tworzenie aplikacji VI w LabVIEW Real-Time jako usług sieciowych. Pozwala to na zdalne monitorowanie i kontrolę pracy aplikacji z wykorzystaniem dowolnego urządzenia sieciowego bez konieczności użycia LabVIEW lub środowiska LabVIEW run-time. Wykorzystany serwer sieciowy korzysta z protokołu HTTP, co umożliwia jego użycie w sieciach z urządzeniami firewall. Naturalnie możliwe jest też korzystanie z takich technologii, jak HTML, JavaScript oraz Flash w celu tworzenia interfejsów użytkownika i przetwarzania różnych formatów danych – np. XML.
5) BLOKI FUNKCJONALNE DO ZASTOSOWAŃ PRZEMYSŁOWYCH
 |
| Rys.3. NI Distributed System Manager pozwala na łatwe tworzenie i uruchamianie aplikacji poprzez dodawanie paneli testowych do CompactRIO |
Moduł LabVIEW Real-Time umożliwia wykorzystanie 18 nowych bloków funkcjonalnych pozwalających na tworzenie funkcji typowych dla systemów sterowania i kontroli oraz innych aplikacji przemysłowych. Funkcje te, takie jak PID, liczniki (w tym z opóźnionym włączaniem – Timer On Delay), sumator i inne zgodne są ze standardem IEC 61131-3. Bloki funkcyjne mogą być konfigurowane analogicznie jak w Express VI, ale w tym przypadku przewidziane są one do wykonywania w czasie rzeczywistym, a zachowanie każdego z nich jest deterministyczne.
Środowisko projektowe automatycznie dodaje parametry bloków funkcyjnych jako zmienne współdzielone, które dostępne są w sieci komunikacyjnej i mogą być wykorzystywane do tworzenia interfejsów HMI oraz monitorowania statusu wykonywania funkcji. Dla każdego z bloków zdefiniowany jest odrębny obszar pamięci oraz nazwa, które dostępne są wraz ze wszystkimi parametrami w projekcie w LabVIEW.
Inne nowości w LabVIEW 8.6 związane ze współpracą z CompactRIO dotyczą m.in. zwiększenia możliwości wykonywania obliczeń stałoprzecinkowych z wykorzystaniem FPGA, wprowadzenia zaawansowanego debugowania oraz nowych funkcji numerycznych, takich jak odwrotność oraz pierwiastkowanie liczb stałoprzecinkowych. Dodatkowo w celu przyspieszenia procesu projektowania ulepszono funkcje związane z symulacją działania projektów poprzez możliwość testowania całej aplikacji LabVIEW FPGA bez konieczności jej wcześniejszej kompilacji. Więcej informacji o zmianach znaleźć można na stronie ni.com/labview86.
POŁĄCZENIE ZAPEWNIAJĄCE ZAAWANSOWANĄ KONTROLĘ I STEROWANIE
LabVIEW 8.6 Real-Time powala na zwiększenie produktywności na każdym etapie projektu systemu – od momentu rozpoczęcia prac do ostatecznego wdrożenia aplikacji. Moduł ten stanowi wraz z trybem skanowania i LabVIEW FPGA potężną kombinację narzędzi umożliwiających rozwijanie zaawansowanych aplikacji pomiarowych i systemów kontroli. Wydajność i elastyczność rekonfigurowalnych układów FPGA oraz niewielkie rozmiary połączone z odpornością środowiskową modułów CompactRIO powodują, że liczba ich potencjalnych aplikacji jest nieograniczona. Dotyczy to obszarów prototypowania systemów wbudowanych, układów do sterowania pracą silników, poprzez systemy monitorowania instalacji w elektrowniach do aplikacji takich jak kontrola konstrukcji budowlanych. Tę ostatnią wykorzystano m.in. w przypadku Stadionu Narodowego w Pekinie podczas niedawnych igrzysk olimpijskich. Więcej przykładów wdrożeń znaleźć można na stronie ni.com
.
Thorsten Mayer
