NI CompactRIO: Steuer-, Regel- und Erfassungssystem
Der Programmable Automation Controller (PAC) CompactRIO von National Instruments ist ein fortschrittliches Embedded-Datenerfassungs-, -Steuer- und -Regelsystem für Anwendungen, die eine hohe Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit erfordern. Aufgrund der offenen Embedded-Architektur, geringen Abmessungen, extremen Robustheit und Flexibilität des Systems können Entwickler kommerzielle Hardware einsetzen, um zügig benutzerdefinierte Embedded-Systeme zu erstellen. NI CompactRIO basiert auf den Technologien LabVIEW FPGA und LabVIEW Real-Time von National Instruments und ermöglicht Anwendern den Entwurf, die Programmierung sowie die benutzerdefinierte Anpassung des CompactRIO-Embedded-Systems mit einfach zu bedienenden grafischen Programmierwerkzeugen. CompactRIO umfasst einen Embedded-Echtzeitprozessor, ein leistungsstarkes FPGA und bei laufendem Betrieb austauschbare I/O-Module. Jedes I/O-Modul ist direkt mit dem FPGA verbunden und ermöglicht somit eine Low-Level-Anpassung von Timing-Funktionen und I/O-Signalverarbeitung. Der FPGA ist mit dem Embedded-Echtzeitprozessor über einen Hochgeschwindigkeits-PCI-Bus verbunden. Daraus ergibt sich eine kostengünstige Architektur mit offenem Zugriff auf Low-Level-Hardwareressourcen. LabVIEW verfügt über integrierte Funktionen für den Datentransfer vom I/O-Modul zum FPGA und vom FPGA zum Embedded-Prozessor für Echtzeitanalyse, Weiterverarbeitung, Datenprotokollierung oder die Kommunikation mit einem vernetzten Host-Rechner. 
I/O-Module der C-SerieEs stehen eine Reihe unterschiedlicher I/O-Module für CompactRIO zur Verfügung, u. a. Spannungs-, Strom-, Thermoelement-, RTD-, Beschleunigungsmesser- und Dehnungsmessstreifeneingänge, simultan abgetastete Analog-I/O mit bis zu ±60 V, Industrie-Digital-I/O mit 12, 24 oder 48 V, Digital-I/O mit 5 V/TTL sowie Counter/Timer, Module zur Impulserzeugung und Relais für hohe Spannungen und Stromstärken. Da die Module über integrierte Signalkonditionierungsfunktionen für erweiterte Spannungsbereiche oder Industriesignale verfügen, können sie direkt an Sensoren und Aktoren angeschlossen werden. FPGADer Embedded-FPGA ist ein leistungsstarker, rekonfigurierbarer Chip, der mit Hilfe von LabVIEW-FPGA-Werkzeugen programmiert werden kann. Bisher war es für FPGA-Entwickler notwendig, komplexe Designsprachen wie VHDL zu erlernen, um FPGAs zu programmieren. Nun sind Ingenieure und Wissenschaftler in der Lage, die grafischen LabVIEW-Werkzeuge für die Programmierung und individuelle Anpassung von FPGAs einzusetzen. Mit Hilfe der in CompactRIO integrierten FPGA-Hardware lassen sich benutzerdefinierte Timing-, Trigger-, Synchronisations-, Steuer-, Regel- und Signalverarbeitungsfunktionen für Analog- und Digital-I/O implementieren. EchtzeitprozessorDas CompactRIO-Embedded-System umfasst einen industrietauglichen 400-MHz-MPC5200-Prozessor von Freescale, der LabVIEW-Real-Time-Anwendungen auf dem zuverlässigen Echtzeitbetriebssystem VxWorks von Wind River deterministisch ausführt. LabVIEW verfügt über integrierte Funktionen für die Datenübertragung zwischen FPGA und Echtzeitprozessor innerhalb des CompactRIO-Embedded-Systems. Anwender können aus über 600 integrierten LabVIEW-Funktionen auswählen, um ein multithreading-fähiges System für Echtzeitsteuer-, -regel-, -analyse-, -datenprotokollierungs- und -kommunikationsanwendungen zu erstellen. Es ist zudem möglich, bestehenden C/C++-Code in den LabVIEW-Real-Time-Code zu integrieren und somit Entwicklungszeit zu sparen. Abmessungen und GewichtAbmessungen, Gewicht und I/O-Kanaldichte sind wichtige Faktoren für viele Embedded-Anwendungen. Ein rekonfigurierbares Embedded-System mit vier Steckplätzen misst 179,6 x 88,1 x 88,1 mm und wiegt nur 1,58 kg. AnwendungsbeispieleAufgrund der niedrigen Kosten, hohen Zuverlässigkeit und Eignung für umfangreiche Embedded-Mess-, -Steuer- und -Regelanwendungen kann CompactRIO an die unterschiedlichen Anforderungen verschiedener Branchen und Anwendungen angepasst werden. Beispiele hierfür sind u. a.:
Die CompactRIO-Plattform ist in drei Konfigurationen verfügbar:
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Das rekonfigurierbare Embedded-System ist sowohl modular aufgebaut, als auch integriert verfügbar. Bei der modularen Konfiguration ist das Chassis mit dem FPGA separat erhältlich. Der modulare Aufbau bietet das höchste Maß an Flexibilität im Bezug auf Systemkonfiguration und Leistung. Die integrierte Konfiguration umfasst sowohl den Controller als auch das Chassis mit dem FPGA. Diese Konfiguration sorgt für eine hohe Systemleistung und eignet sich insbesondere für den Serieneinsatz.
