Print

Stavba systému reálného času s hardwarem a softwarem od NI

-- 03.10.13

Hardware a software reálného času od National Instruments dokážou bezproblémově spolupracovat a vaše aplikace tak mohou běžet spolehlivě a deterministicky s přesným časováním. Tento článek popisuje komponenty, které jsou potřeba ke stavbě NI systému reálného času.

1. Pozadí

Před čtením tohoto článku je užitečné mít základní představu o tom, co je to systém reálného času a jaké výhody takový systém může přinést vašim projektům. Informace o tomto získáte po přečtení článku: Do I Need a Real-Time System (on-line)?
Tento průvodce má za cíl jasně vysvětlit hardwarové a softwarové komponenty od NI, které potřebujete při stavbě systému reálného času, a nabídnout
pomoc při výběru vhodného vybavení pro váš projekt. Po přečtení tohoto článku doporučujeme kontaktovat zástupce NI spožadavky vašeho projektu.

2. Úvod: Tři kroky při stavbě NI systému reálného času

http://www.controlengcesko.com/fileadmin/grafika/_BARA_/%C5%99%C3%ADjen_2013/NI_obr._1.JPGPři stavbě NI systému reálného času musíte vybrat dvě hlavní komponenty: softwarové vývojové prostředí a hardwarovou platformu. Při stavbě jakéhokoliv
systému reálného času je obecně nutné zvolit operační systém, který dokáže pracovat v reálném čase. Vývojové nástroje pro reálný čas od National Instruments jsou již dodávány s nezbytným OS reálného času, což znamená, že tuto komponentu nemusíte vybírat odděleně. V závislosti na hardwarové platformě, na kterou své aplikace reálného času nasadíte, používá National Instruments automaticky operační systém reálného času založený na operačních systémech Wind River VxWorks, případně Phar Lap ETS.

 

3. Krok 1: Výběr vývojového prostředí od NI a volitelných nástrojů pro odlaďování

Pro vývoj programů reálného času můžete používat buď grafické programování v LabVIEW (doporučeno) případně prostředí LabWindows/CVI založené na jazyku ANSI C.

Možnost vývoje aplikace v grafickém prostředí LabVIEW s Real-Time modulem

Abyste mohli programovat podporovaný hardware reálného času NI grafickou cestou, musíte si zakoupit LabVIEW spolu s LabVIEW Real-Time Module. LabVIEW Real-Time Module vám umožní vytvářet spolehlivé aplikace splňující požadavky hard real-time, nasazovat je na hardware a následně provádět jejich odlaďování a spouštění, to vše s použitím pouze jednoho nástroje.
Ve svých aplikacích reálného času můžete používat většinu funkcí obsažených v LabVIEW pro matematické výpočty a zpracování signálů, zahrnuty jsou i populární funkce pro práci s PID regulátory. Kromě toho, když použijete volitelnou součást LabVIEW MathScript RT Module, budete na svém systému reálného času moci spouštět textové matematické skripty.

http://www.controlengcesko.com/fileadmin/grafika/_BARA_/%C5%99%C3%ADjen_2013/NI_obr._2.JPG

LabVIEW Real-Time: Vývoj, nahrání a spouštění aplikací

Při vývoji aplikací reálného času v LabVIEW používáte LabVIEW Project Explorer k organizaci svých programů (VI) a k jejich kategorizaci podle toho, na jaké hardwarové platformě mají být provozovány. Kód vyvíjíte na standardním počítači se systémem Windows a k hardwaru reálného času se připojujete prostřednictvím Ethernetu.
Vývoj aplikací reálného času v LabVIEW je téměř shodný s vývojem standardních aplikací v LabVIEW pro váš osobní počítač. Paleta Real-Time VIs obsahuje několik dodatečných funkcí, které jsou specifické pro systémy reálného času.
Jde například o:
• Watchdog funkce pro automatický restart hardwarového systému, když uvázne např. v nekonečné smyčce.
• Funkce pro deterministickou datovou komunikaci mezi jednotlivými částmi aplikace reálného času.
• Nástroje pro konfiguraci rovnoměrného rozdělování zátěže na systémech s více procesorovými jádry.
• Časovací funkce pro přesné řízení běhu smyček ve vašich aplikacích reálného času.
Pro otestování své LabVIEW aplikace reálného času na hardwarové platformě jednoduše klikněte na spouštěcí šipku a aplikace bude automaticky přes Ethernet přenesena na hardware reálného času, kde bude následně spuštěna. Můžete používat standardní nástroje NI pro odlaďování, jako je zvýrazňování při běhu, krokování či breakpointy, a to i přesto, že aplikace reálného času ve skutečnosti běží na odděleném systému.

LabVIEW Real-Time: Přiřazování priorit paralelním sekcím kódu

http://www.controlengcesko.com/fileadmin/grafika/_BARA_/%C5%99%C3%ADjen_2013/NI_obr._3.JPGProgramovací model na bázi toku dat, který se používá v LabVIEW, vás osvobozuje od sekvenční architektury textově orientovaných programovacích
jazyků. Jelikož je pořadí vykonávání určeno tokem dat mezi jednotlivými uzly a nikoliv sekvencí řádek kódu, můžete snadno vytvářet aplikace provádějící paralelně několik operací. Kromě toho je v LabVIEW snadné přiřadit priority jednotlivým vláknům s použitím struktury Timed Loop. Jak je vidět níže, každá smyčka představuje samostatný úkol s nastavitelným zdrojem časování, periodou, prioritou a dalšími parametry.

LabVIEW Real-Time: Vícejádrové procesory

LabVIEW Real-Time Module podporuje zpracovávání na více procesorových jádrech a automaticky mapuje paralelní sekce vašeho kódu na jednotlivá vlákna operačního systému – nemusíte se tak manuálně starat o jejich vytváření a správu. Ve výchozím nastavení jsou tato vlákna také automaticky rozdělována na výpočetní jádra, která má váš hardware reálného času k dispozici.
Pro další zvýšení výkonu a spolehlivosti systému reálného času se můžete rozhodnout, že budete v případě potřeby přidělovat struktury Timed Loop na jednotlivá výpočetní jádra ručně. Můžete například vyhradit jedno výpočetní jádro pro jednu časově kritickou smyčku a oddělit ji tak od méně důležitých úkolů běžících na jiných jádrech.

Možnost vývoje aplikace v prostředí LabWindows/CVI s Real-Time Module

Pokud využíváte jazyk ANSI C, můžete použít vývojové prostředí NI LabWindows/CVI a vytvářet měřicí a řídicí aplikace v textově orientovaném jazyce, které budou využívat algoritmy pro zpracování signálů a širokou škálu vstupně výstupních modulů od NI. Když přidáte LabWindows/ CVI Real-Time Module, můžete tyto aplikace vyvíjet a provozovat deterministicky na  podporovaných cílových platformách reálného času od NI.

Dodatečná možnost vývoje: Odlaďování s nástrojem Real-Time Execution Trace Toolkit

Pro pokročilé odlaďování na vícejádrových systémech můžete použít sadu nástrojů Real-Time Execution Trace Toolkit. S její pomocí můžete posoudit běh svých programů reálného času, aniž by bylo potřeba zastavovat či  pozastavovat jejich běh.

4. Krok 2: Výběr hardwarové platformy a vstupně výstupních modulů od NI

Všechny hardwarové platformy reálného času od NI jsou založeny na společné architektuře. To znamená, že programy, které napíšete s pomocí LabVIEW Real-Time Module, budou fungovat na různých podporovaných hardwarových systémech od NI s http://www.controlengcesko.com/fileadmin/grafika/_BARA_/%C5%99%C3%ADjen_2013/NI_obr._4.JPGminimem potřebných úprav. Každá hardwarová platforma obsahuje moderní výpočetní komponenty, jako jsou mikroprocesor, RAM, disková paměť a vstupně výstupní sběrnice. Některé hardwarové platformy dokonce zahrnují programovatelné hradlové pole (FPGA), které můžete programovat s pomocí LabVIEW FPGA Module.
Každá hardwarová platforma reálného času od NI má určité charakteristiky, které ji předurčují k použití v určité skupině aplikací. Ať už potřebujete špičkový výkon vícejádrového systému či kompaktní a robustní provedení, hardware  reálného času od NI dokáže splnit všechny požadavky.

Hardwarová možnost: PXI (PCI Extensions for Instrumentation)

Standardní platforma PXI se skládá z robustního šasi s integrovanými kanály pro časování a spouštění, vestavného kontroléru a zásuvných vstupně výstupních modulů. Kontrolér také obsahuje porty pro sériovou komunikaci, USB porty, Ethernet porty a GPIB porty. Hardware PXI reálného času lze programovat buď s pomocí LabVIEW Real-Time Module nebo s pomocí LabWindows/CVI Real-Time Module.
Máte stávající PXI kontrolér s operačním systémem Windows, který byste rádi proměnili na kontrolér reálného času? Můžete si zakoupit licenci LabVIEW Real-Time Deployment License, se kterou můžete ze svého kontroléru vytvořit
kontrolér reálného času, či dokonce vytvořit systém s možností výběru při startu (dual-boot).

Hardwarová možnost: Industrial Controller

Platforma NI Industrial Controller zahrnuje robustní šasi s pasivním chlazením, výkonný procesor a jednu pozici PCI či PCIe pro vstupně výstupní moduly. Kontrolér umožňuje připojení sériové linky, USB, CompactFlash a Ethernetu.
Kontroléry z této řady lze programovat buď s pomocí LabVIEW Real-Time nebo s pomocí LabWindows/CVI Real-Time Module.
Systémy na bázi NI Industrial Controller jsou ideální pro spolehlivý běh aplikací reálného času v náročném prostředí, které neumožňuje použití aktivního chlazení. Pro připojení široké škály senzorů a akčních prvků podporuje hardware Industrial Controller sběrnice EtherCAT a MXIe pro připojení rozšiřujícího šasi.

Hardwarová možnost: CompactRIO (Compact Reconfigurable I/O)

Systémy NI CompactRIO v sobě spojují procesor, programovatelné hradlové pole (FPGA) a vstupně výstupní moduly. Kromě toho má kontrolér porty pro USB a Ethernet. Když používáte CompactRIO, jsou vstupně výstupní moduly připojeny k obvodu FPGA pro rychlé zpracování v hardwaru a následně dochází podle potřeby k výměně dat mezi obvodem FPGA a procesorem. Procesor v systému CompactRIO můžete programovat prostřednictvím Lab-VIEW Real-Time Module. Můžete také vytvářet vlastní kód pro obsažený obvod FPGA.
Hardware CompactRIO se často používá pro průmyslové aplikace, jako je sledování stavu strojů, řízení pohybu a záznam dat. Kromě toho je CompactRIO ideální pro rychlou tvorbu prototypů vestavných systémů a tedy rychlejší uvedení produktu na trh.

Hardwarová možnost: Single-Board RIO (Single-Board Reconfigurable I/O)

Systémy NI Single-Board RIO mají architekturu shodnou se systémy CompactRIO, avšak mají podobu jedné desky plošných spojů. Hardware Single-Board RIO zahrnuje procesor reálného času a programovatelný obvod FPGA stejně jako CompactRIO. K dispozici je také několik vstupně výstupních modulů v podobě desek plošných spojů. Z aplikačních oblastí můžeme uvést řízení a monitoring lékařských přístrojů, řízení robotů a autonomních vozidel a další.

Hardwarová možnost: Real-Time Vision (Smart Camera, Compact Vision System a Embedded Vision System)

NI nabízí širokou škálu hardwaru pro aplikace reálného času vyžadující strojové vidění. Nabídka zahrnuje inteligentní kamery (Smart Camera) pro řešení typu vše v jednom, systém Compact Vision System pro zpracování obrazu z několika kamer a vysoce výkonný systém Embedded Vision System s pasivním chlazením.

Další hardwarové možnosti

Můžete upravit průmyslový počítač, jednodeskový počítač či dokonce standardní stolní počítač tak, aby pracoval se softwarem NI Real-Time, pokud jeho hardware splňuje určité systémové požadavky. Kromě softwaru pro vývoj aplikací reálného času (LabVIEW Real-Time Module či LabWindows/CVI Real-Time Module) potřebujete k tomuto účelu zakoupit licenci LabVIEW Real-Time Deployment License.

Srovnání hardwarových platforem NI pro reálný čas

Každá NI hardwarová platforma pro reálný čas je navržena pro mírně odlišnou aplikační oblast. Systémy PXI nabízejí celkově nejvyšší výkon, zatímco systémy Compact Vision System (CVS) mají nejrobustnější podobu. Platforma CompactRIO nabízí kombinaci těchto vlastností spolu s flexibilitou programovatelného obvodu FPGA. Následující části přinášejí srovnání jednotlivých hardwarových platforem.

Porovnání hardwarových platforem: Vstupy a výstupy (I/O)

Hardwarové platformy reálného času od NI nabízejí širokou škálu I/O modulů, jako jsou hotové moduly od NI, vlastní moduly na míru či moduly třetích stran. Moduly od NI používají ovladače se standardním API, které můžete rychle použít ve svých programech v LabVIEW Real-Time či LabWindows/CVI Real-Time. Mnoho platforem je také možné rozšiřovat o další šasi, počítače či sběrnice – každý se svými vlastními I/O moduly.
Vstupně výstupní moduly pro sběrnice PXI a PCI pro hardwarové platformy reálného času od NI zahrnují moduly pro sběr dat (analogové i digitální), moduly pro měření signálů z akcelerometrů, moduly pro sběr obrazu, moduly pro řízení pohonů, rekonfigurovatelné I/O nhttp://www.controlengcesko.com/fileadmin/grafika/_BARA_/%C5%99%C3%ADjen_2013/Ni_obr._5.JPGa bázi FPGA (RIO), komunikační moduly pro sběrnice CAN, sériovou linku, GPIB a Ethernet, rozšiřující šasi přes MXI, kamery a pevné disky využívající rozhraní IEEE 1394, externí USB pevné disky a další hardware třetích stran.
Kromě toho mohou systémy reálného času CompactRIO využívat kterékoliv z následujících vstupně výstupních modulů: analogové vstupy, analogové výstupy (napěťové a proudové), CAN, řízení pohonů, digitální vstupy a výstupy, reléové výstupy, čítače, generování pulzů a další moduly.
Inteligentní kamery mají dva opticky izolované digitální vstupy, dva opticky
izolované digitální výstupy, jeden sériový port RS-232 a dva porty na gigabitový
Ethernet. Systém Compact Vision System obsahuje rozhraní pro připojení až tří
DCAM kamer přes rozhraní IEEE 1394, lokální video obrazovku, síť Ethernet, 15 digitálních vstupů a 14 digitálních výstupů.

Porovnání hardwarových platforem: Výkon

Výkon hardwarových platforem reálného času od NI lze kategorizovat podle deterministického provádění kódu, časování vstupů a výstupů, triggerování, synchronizace, rychlosti procesoru a dostupnosti vícejádrových procesorů. Determinismus je nejdůležitějším prvkem všech systémů reálného času. Určuje, jak konzistentně je systém schopen provádět určitou operaci v určeném časovém úseku.

Porovnání hardwarových platforem: Fyzické atributy

Kromě determinismu a spolehlivosti, které nabízí NI software pro reálný čas, mnohé hardwarové platformy od NI umožňují také provoz v náročném průmyslovém prostředí. Například platformy CompactRIO a Compact Vision System nemají žádné pohyblivé části, které bývají častým zdrojem selhání v důsledku nárazů a vibrací.

5. Krok 3: Obraťte se na zástupce NI ještě dnes

Máte stále dotazy? Zástupci NI vám rádi pomohou při výběru vhodného softwaru, hardwaru a vstupně výstupních modulů pro vaši aplikaci reálného času – bez ohledu na její rozsah a rozměry. Můžete si také vyžádat živou demonstraci, případně se informovat na možnosti školení, abyste svůj první NI systém reálného času mohli zprovoznit v nejkratším možném termínu.

National Instruments (Czech Republic), s. r. o.

Dělnická 12
170 00 Praha 7 - Holešovice
Česká republika
Tel: +420 224 235 774
Fax: +420 224 235 749
E-mail: ni.czech@ni.com 
http://czech.ni.com
CZ: 800 267 267
SK: 00 800 182 362


Sponzorované odkazy

 
Aktuální vydání
Reklama

Navštivte rovněž

  •   Události  
  •   Katalog  

Události

Trendy v robotizaci 2020
2020-01-28 - 2020-01-30
Místo: Best Western Premier / Avanti, Brno
DIAGO 2020
2020-01-28 - 2020-01-29
Místo: Orea Resort Devět Skal ***, Sněžné - Milovy
Trendy automobilové logistiky 2020
2020-02-20 - 2020-02-20
Místo: Parkhotel Plzeň
Úspory v průmyslu
2020-03-03 - 2020-03-03
Místo: Ostrava
AMPER TOUR 2020
2020-03-17 - 2020-03-19
Místo: Brno

Katalog

BALLUFF CZ s.r.o.
BALLUFF CZ s.r.o.
Pelušková 1400
19800 Praha
tel. 724697790

EWWH, s. r. o.
EWWH, s. r. o.
Hornoměcholupská 68
102 00 Praha 10
tel. 734 823 339

B+R automatizace, spol. s r.o.
B+R automatizace, spol. s r.o.
Stránského 39
616 00 Brno
tel. +420 541 4203 -11

Schneider Electric CZ, s. r. o.
Schneider Electric CZ, s. r. o.
U Trezorky 921/2
158 00 Praha 5
tel. 00420737266673

COGNEX
COGNEX
Emmy-Noether-Str. 11
76131 Karlsruhe
tel. 720 981 181

všechny firmy
Reklama


Tematické newslettery




Anketa


Na internetu
V tištěných médiích
Na veletrzích a výstavách
Jinde

O nás   |   Reklama   |   Mapa stránek   |   Kontakt   |   Užitečné odkazy   |   Bezplatné zasílání   |   RSS   |   
Copyright © 2007-2019 Trade Media International s. r. o.
Navštivte naše další stránky
Trade Media International s. r. o. Trade Media International s. r. o. - Remote Marketing Továrna - vše o průmyslu Control Engineering Česko Řízení a údržba průmyslového podniku Inteligentní budovy Almanach produkce – katalog firem a produktů pro průmysl Konference TMI