Промышленные платформы pxi и VXI

Рисунок 2.9 Промышленный компьютер платформы PXI.

PXI, сокращение от «compactPCl extension for Instrumentation» {«расшире­ние шины Compact-PCI для использования в инструментальных системах»), представляет собой модульную аппаратную платформу, активно использу­ющую возможности шины CompactPCl (модификация шины PCI) и про­граммных технологий Microsoft Windows. Типичная конфигурация включает в себя PXI шасси (chassis), в котором находится собственный персональный компьютер (называемый контроллером (controller)) и допол­нительные слоты для установки любых типов измерительных модулей: аналогового ввода, ввода изображений, звука, релейных, интерфейсов КОП и VXI и т.д. Компактность, надежность и гибкость делает эту инструментальную платформу привлекательной для большого числа применений. Очень удобно и эффективно программировать измерительные системы с РХI при помощи LabVIEW. Кроме того, вы можете использовать версию LabVIEW для работы в жестком реальном времени (LabVIEW RT) на контроллере PXI для создания более надежной и устойчивой систе­мы.

VXI, сокращение от «VMEbus extension for Instrumentation» («расширение шины VME для использования в инструментальных системах»), - другой стандарт оборудования для модульных измерительных систем ("instrument-on-a-card"). Появившийся в 1987 году и основанный на шине VME (IEEE 1014), VXI является более высокой по классу и более дорогостоящей системой, чем PXI. VXI представляет собой базовый аппаратный блок (mainframe) со слотами, содержащими модульные инструменты на съемных платах. Многие фирмы могут предложить вам целый набор приборов и базовых блоков различной вместимости. Кроме этого вы можете использо­вать вVXI системе модули стандарта VME. VXI широко применяется при традиционных измерениях и в оборудовании автоматического тестирования (automated test equipment, ATE). VXI также успешно используется при сборе и анализе данных в научно-исследовательских и промышленных раз­работках, где требуется очень большое количество измерительных и управляющих каналов (сотни и тысячи).

Марка VXlplug&play используется для обозначения продукции стандарта VXL которая имеет стандартизированные характеристики, дополнительные к базовым. Приборы, совместимые с VXlplug&play, обеспечиваются стандартизированной программной и драйверной поддержкой и унифици­рованной процедурой установки оборудования, что повышает эффективность их работы и облегчает задачу разработки программ. Программная поддержка VXI в LabVIEW полностью совместима с требованиями VXl plug&play.

Программное обеспечение

Выбор программных компонентов необходимо производить с операционной системы компьютера для достижения максимальной эффективности. На этот выбор влияют многие факторы, такие как опыт и требования разработчиков и конечных пользователей, другие применения ПК (на данный момент и в будущем), финансовые соображения, совместимость аппаратных средств, имеющихся в наличии компьютеров, с выбранной ОС, а также наличие необходимого программного обеспечения под эту ОС. Традиционно распространены операционные системы Mac OS, известные своим простым графическим пользовательским интерфейсом, а также Windows 2000 и Windows XP – популярные 32-разрядные ОС с удобным пользовательским интерфейсом, расширенным управлением питанием и поддержкой технологии Plug&Play. Кроме того, для повышения надежности и функциональности в ряде приложений весьма перспективным оказывается применение операционных систем реального времени (ОСРВ).

Программные компоненты ВИС.

Программное обеспечение (ПО) превращает ПК и оборудование СД в завершённую систему сбора, анализа и отображения данных. Без управляющего ПО оборудование сбора данных не будет корректно работать, поэтому в большинстве приложений СД используются специализированные программные драйверы. Драйверы являются программным обеспечением, позволяющим непосредственно управлять устройствами СД, интегрируя их с ресурсами ПК, такими как память, прерывания процессора и ПДП. Драйверы устраняют необходимость в сложном низкоуровневом программировании оборудования, предоставляя пользователю простой и понятный интерфейс.

Возрастающие возможности и усовершенствование оборудования сбора данных и компьютеров подчёркивают важность и ценность хороших драйверов. Правильно выбранный драйвер может обеспечить оптимальное сочетание гибкости и производительности, при этом сократив время разработки приложения.

Все програнное обеспечение ВИС можно разделить:

• Интегрированные измерительные оболочки. Их основные функции - сбор, обработка и визуальное представление информации. Существуют оболочки большой, средней и малой мощности.

• Проблемно-ориентированные оболочки - для решения ограниченного круга измерительных задач.

• Прикладные проблемно-ориентированные пакеты. Для расширения функциональных возможностей программных оболочек в конкретной предметной области.

• Инструментальные пакеты - для расширения функциональных возможности виртуальных инструментов в той же среде.

• Библиотеки драйверов. Часто поставляются в виде расширения обычных языков программирования.

• Экспертные системы и БД.

• Интерактивные проблемно-решающие средства( например - MathLab).

• Демонстрационно-обучающие программы.

• Автоматизированные проектировщики ИС(DAQ Designer).

Необходимо отметить, что большим недостатком ВИС является то, что эти системы не оценивают погрешности. Проблема метрологического сопровождения не решена на сегодняшний день, но может быть реализована при помощи программных средств.

Инструментальные системы

Для понимания принципа построения ВИС более подробно рассмотрим инструментальный пакет LabVIEW фирмы National Instruments.

Пакет прикладных программ LabVIEW обеспечивает программную поддержку автоматизированных систем для научных исследований (АСНИ) и автоматизированных систем управления (АСУ).

Среда LabVIEW многофункциональна и обеспечивает:

• обмен информацией с внешними измерительными, следящими, управляющими устройствами;

• анализ и обработку полученной информации;

• сбор, хранение и передачу (в том числе и по сетям) информации;

• поддержку математического эксперимента (работу с виртуальными инструментами);

• обеспечение пользовательского интерфейса АСУ и АСНИ.

Управление экспериментом - одно из возможных приложений LabVIEW. Для пользователя управление экспериментом сводится к работе с лицевой панелью виртуальной установки на экране монитора, с помощью которой он наблюдает за необходимыми параметрами и управляет программно-аппаратным комплексом.

В среде LabVIEW могут быть созданы виртуальные приборы, моделирующие как отдельные функции измерительного или управляющего комплекса, так и весь комплекс в целом; возможно полное моделирование эксперимента. В последнем случае нет необходимости подключать внешние и согласующие устройства. Пользователь работает с виртуальными устройствами, обеспечивающими достаточную степень адекватности моделируемых процессов реальным.

Основная особенность LabVIEW с точки зрения пользователя - графическая интерпретация языка программирования этой системы. Однако, LabVIEW отличается от этих прикладных программ в одном важном отношении. В то время как привычные системы программирования (C или БЕЙСИК) используют текстово - ориентированные языки, для создания строк исходного кода программ, в то время как LabVIEW использует графический язык программирования, под кодовым названием "G", для создания программ в форме блок-схемы.

Графический язык - язык функциональных блок-диаграмм - позволяет значительно упростить создание, например, программ управления внешним объектом или обработки данных, полученных от внешнего устройства. Вместе с тем в среде LabVIEW возможно использование программ на Си. Возможности системы расширяются за счет дополнительных библиотек по работе с базами данных (SQL, Toolkit), обработке изображений (Convert VI), PID-регулированию (PID Control).

LabVIEW является универсальной системой программирования с мощными библиотеками функций для различных задач программирования. LabVIEW включает в себя библиотеки инструментов для:

• сбора данных,

• обмен данными с устройства по GPIB (Многофункциональный Интерфейс фирмы HP) ,

• обмен данными с устройства по стандарту RS-232,

• анализа данных,

• представления данных,

• хранения обработанных данных на носителях различного типа.

LabVIEW также включает стандартные средства автоматического проектирования приложений, такие, что Вы можете устанавливать контрольные точки, представлять в виде стендовой модели выполнение Вашей программы, так, чтобы видеть, как данные проходят через программу шаг за шагом, чтобы упростить понимание происходящих процессов.

Программы LabVIEW названы виртуальными приборами (VIs), потому что их действия и внешний вид может имитировать реальные приборы. В тоже время, VIs подобны функциям стандартных языков программирования. Однако, VIs имеют ряд преимуществ перед функциям стандартных языков программирования:

VIs более наглядны, просты для конструирования измерительных модулей и взаимодействия с оператором,

Внутренняя структура VIs является для пользователя “чёрным ящиком” с известными входами и выходами, что упрощает применение VIs и обеспечивает автоматическую совместимость различных VIs. Однако в этом можно обнаружить существенный недостаток. Из за того, что неизвестна внутренняя структура VIs, то не известны и погрешности, возникающие внутри VIs. Соответственно, в случае если погрешности не документированы их приходится принимать равными нулю.

Структура VI состоит из интерактивного интерфейса пользователя, диаграммы прохождения данных, которая служит исходным текстом, и пиктограммы соединения (входы и выходы), которые позволяют VI быть вызванными из VIs более высокого уровня.

Более определенно, проектируемый VI структурирован следующим образом:

Интерактивный интерфейс пользователя VI назван Передней Панелью, потому что он моделирует панель реального прибора. Передняя панель может содержать кнопки, переключатели, индикаторы, диаграммы, графики, и другие средства отображения и управления. Вы вводите данные, используя мышь и клавиатуру (имитируя действия с реальной передней панелью ) , и затем просматриваете результаты на экране компьютера.

VI получает команды от блок-схемы,(состоящей из VIs более низкого уровня и примитивов), которую Вы создаете в языке визуального проектирования “G”. Блок-схема - это иллюстрированный алгоритм действий VI, одновременно являющийся исходным текстом VI.

Пиктограммы соединений VI и связи между ними работают подобно разъёмам и соединяющей шине в реальных приборах, и необходимы для того, чтобы VIs могли обмениваться данными друг с другом. Пиктограммы соединений и связи между ними позволяют Вам использовать свои VIs как модули в других VIs.

При наличии всех этих свойствами, LabVIEW однозначно является средством визуального модульного проектирования. Вы разбиваете свою прикладную алгоритм на ряд субалгоритмов, которые Вы также можете разбить ещё раз, до тех пор, пока сложный прикладной алгоритм не превратиться в ряд простых подзадач. Вы формируете VI, чтобы выполнить каждую подзадачу, а затем объединять эти VIs на другой блок-схеме, чтобы выполнить глобальную задачу. В заключение, ваш основной VI содержит совокупность субVIs, которые являются совокупностями функций LabVIEW.

Отладка алгоритма намного облегчается тем, что Вы можете выполнять каждый субVI отдельно от остальной части прикладной задачи. Кроме того, многие субVIs низкого уровня часто выполняют типовые действия, общие для различных прикладных задач, так, что Вы можете разработать специализированный набор субVIs хорошо подходящий для нужных вам задач.