Simplify Your DMM: Die fünf nützlichsten Tools und Tipps

Überblick

Obwohl Digitalmultimeter (DMMs) vielfach in automatisierten Prüfsystemen eingesetzt werden, sind nicht alle Modelle für die Programmierung und Automatisierung konzipiert. DMMs von National Instruments wurden speziell für automatisierte Tests entwickelt und bieten vielfältige Werkzeuge zur programmatischen Implementierung von Messungen und zur Integration von Schaltmodulen (Switching). Dieses Tutorium stellt die fünf nützlichsten Werkzeuge von NI-DMMs vor und gibt Anwendern Tipps, wie sich diese am besten ausnutzen lassen.

Inhalt

Grundlegende Konfiguration und Kalibrierung

Bei der Entwicklung eines automatisierten Prüfsystems muss verifiziert werden, dass die Hardware korrekt im System identifiziert wurde, funktionstüchtig, kalibriert und betriebsbereit ist. Wie jede NI-Hardware können auch DMMs von NI den Measurement & Automation Explorer (MAX) nutzen, der Anwender bei diesen grundlegenden Konfigurationsaufgaben unterstützt. Mit diesem Programm können DMMs, Schaltmodule und alle weiteren Messgeräte in einer gemeinsamen Umgebung verwaltet, nach Bedarf geprüft und neu konfiguriert werden. Es bietet zusätzlich die Möglichkeit, auf relevante Hilfen und Anbindungsdokumentation zuzugreifen.

Abbildung 1: Optionen für NI DMMs im Measurement & Automation Explorer (MAX)

Tipp: Selbstkalibrierung auf Geräten der Reihe NI 407x

Jedes DMM muss regelmäßig kalibriert werden, um stets die spezifizierte Genauigkeit zu erbringen. Im Gegensatz zu den meisten DMMs mit einem einjährigen Kalibrierzyklus haben NI-408x-DMMs einen einzigartigen zweijährigen Zyklus für den erweiterten Einsatz. Sie bieten darüber hinaus eine Funktion zur „Selbstkalibrierung“, die eine durch Temperaturschwankungen bedingte Drift bei Messungen in den DC-Spannungs- und -Widerstandsmodi ausgleichen. Um auch bei wechselnden Umgebungstemperaturen die bestmögliche Leistung zu erhalten, kann die Funktion zur Selbstkalibrierung in den zwei Jahren zwischen einer externen Kalibrierung eingesetzt werden.  

Abbildung 2: Informationen zur Selbstkalibrierung von NI DMMs im MAX

Der Zugriff auf die entsprechende Funktion im MAX erfolgt nach einem Klick mit der rechten Maustaste auf das gewünschte DMM und Auswahl des Menüpunkts Self-Calibrate. Der Kalibrierprozess ist nach ca. einer Minute abgeschlossen. Die Selbstkalibrierung kann über den NI-DMM-Treiber auch programmatisch durchgeführt werden.  

Erfahren Sie mehr über die Selbstkalibrierung bei NI 407x

Interaktive Steuerung und Debugging

Ein weiterer wichtiger Schritt bei der Entwicklung eines automatisierten Prüfsystems ist der erstmalige Test und die Behebung von Fehlern bei Signalverbindungen. Während dieser Phase führt man einfache Messungen durch, um festzustellen, ob die Geräte richtig verbunden sind, korrekt funktionieren und die erwarteten Messergebnisse liefern. Dafür bietet NI sogenannte Softfrontpanels (SFPs). Dabei handelt es sich um Stand-alone-Softwareanwendungen, die eine einfache Methode zur interaktiven Überwachung und Steuerung von Hardware darstellen. Abbildung 3 zeigt die Softfrontpanels NI-SWITCH und NI-DMM.

Abbildung 3: Die Softfrontpanels NI-SWITCH (oben) und NI-DMM (unten)

Wie aus Abbildung 3 ersichtlich, lassen sich die SFPs für NI-DMMs auf das aktive DMM-Gerät anwenden, um Messkonfiguration, Messbereich, Auflösung und andere Parameter einer Messung zu steuern. Auf ähnliche Weise lassen sich mit dem SFP NI-SWITCH Schaltmodule identifizieren, die Topologie konfigurieren und individuelle Relaisverbindungen erstellen.

Tipp: Überprüfen individueller Relaiszustände und Anzahl der Schaltspiele

Da die Lebensdauer mechanischer Relais begrenzt ist (ca. 105 Zyklen oder höher), ist es wichtig, über die genaue Zahl der Schaltvorgänge informiert zu sein, damit die Funktionalität des Systems gewährleistet bleibt. Viele NI-Schaltmodule integrieren eine solche Zählfunktion, die über das SFP NI-SWITCH abgefragt werden kann. Abbildung 4 zeigt die Anzahl der Schaltspiele eines Matrixschalters, wie im SFP NI-SWITCH dargestellt.

 

Abbildung 4: Relaiszustand und Anzahl der Schaltspiele im Softfrontpanel NI-SWITCH

Darüber hinaus kann die Verwendungshäufigkeit eines Relais über die API von NI-SWITCH in der Software NI LabVIEW bzw. der jeweiligen unterstützten Programmiersprache abgerufen werden. Mittels programmatischer Aufrufe lässt sich ein Grenzwert einstellen, so dass der Anwender informiert wird, wenn eine bestimmte Anzahl von Relaiszyklen überschritten wird und deshalb der Zustand der Schalterkontakte überprüft werden sollte.

So lässt sich die Nutzungshäufigkeit eines Relais in NI-Schaltmodulen prgrammatisch verfolgen.

Automatisierte Messungen und Integration von Schaltmodulen (Switching)

Nachdem die Komponenten eines automatisierten Prüfsystems verbunden und die nötigen Konfigurationen durchgeführt wurden, besteht der nächste Schritt in der programmatischen Automatisierung der Messungen. Während diese Aufgabe einen Prüfentwickler oftmals Tage oder sogar Wochen kostet, ermöglicht das Express VI NI-DMM/Switch in LabVIEW die Durchführung automatisierter Messungen und Schaltvorgänge innerhalb weniger Minuten. Abbildung 5 zeigt den Hauptkonfigurationsreiter, unter dem DMM-Geräte ausgewählt und alle Standardmesseinstellungen festgelegt werden können.

Abbildung 5: Konfigurationsfenster des Express VI NI-DMM/Switch in LabVIEW

Nachdem das DMM konfiguriert wurde, können im Bereich „Switching“ Kanäle von jedem beliebigen NI-Schaltmodul hinzugefügt werden, indem ein oder mehrere Schaltmodule gewählt und von jedem die gewünschten Kanäle ausgewählt werden.

Abbildung 6: Hinzufügen von Schaltkanälen im Express VI NI-DMM/Switch

Sind DMM-Messungen und Schaltkanäle fertig konfiguriert, können die Daten im Express-VI selbst überprüft und die Konfiguration mit einem Klick auf OK gespeichert werden. Damit kann man die Daten aus dem LabVIEW-Blockdiagramm verwenden.

Tipp: Erweiterte Triggerkonfiguration

Um die Messgeschwindigkeit zu optimieren, senden NI-DMMs und -Schaltmodule im Formfaktor PXI automatisch Triggersignale über die PXI-Backplane. Daher ist keine Interaktion der Host-Software beim Scannen der zahlreichen Schaltmodulkanäle nötig, was die Prüfgeschwindigkeit erhöht. Um diese Interaktion noch besser kontrollieren zu können, lässt sich das Trigger-Handshaking mit dem Express VI NI-DMM/Switch modifizieren und die verwendeten Trigger-Kanäle direkt spezifizieren.

Abbildung 7: Erweiterte Triggeroptionen für die DMM/Switch-Synchronisation im Express VI NI-DMM/Switch

Low-Level-Hardwaresteuerung

Zwar ist das Express VI NI-DMM/Switch für die meisten automatisierten Prüfsysteme hervorragend geeignet, allerdings ist manchmal die Steuerung der Hardwarekonfiguration und -ausführung auf niedrigerer, maschinennaher Ebene nötig. Dies lässt sich über die API für ein entsprechendes Gerät, etwa NI-DMM oder NI-SWITCH, erreichen. Um über diese APIs einfachen Zugriff auf die volle Funktionalität von NI-Hardware zu bieten, werden alle NI-Produkte mit fertigen Beispielprogrammen ausgeliefert, die bestimmte Funktionen und Implementierungen der relevanten API demonstrieren. Abbildung 8 zeigt ein paar vorgefertigte Beispielprogramme für die NI-DMM-API, wie im LabVIEW Example Finder dargestellt.  

Abbildung 8: NI-DMM-Beispielprogramme für LabVIEW im LabVIEW Example Finder

Die Beispiele findet man unter Hilfe>>Beispiele finden… über die Werkzeugleiste in LabVIEW. Die APIs NI-DMM und NI-SWITCH bieten darüber hinaus Unterstützung und Beispielprogramme für NI LabWindows™/CVI, Microsoft Visual C++ und Microsoft Visual Basic, die sich in Windows über Start>>Programme>>National Instruments>>NI-DMM>>Beispiele aufrufen lassen.

Tipp: Beispielbibliothek in der NI Developer Zone

Weitere Programmierbeispiele und Produktdemonstrationen sind in der NI Developer Zone verfügbar. Dort kann auch gezielt nach Beispielen zu bestimmten Gerätetypen oder Anwendungsanforderungen in allen unterstützten Programmiersprachen gesucht werden.

>> Weitere NI-DMM-Beispielprogramme

>> Weitere NI-SWITCH-Beispielprogramme

Werkzeuge zur Verwaltung eines Prüfsystems

Abhängig von Größe und Komplexität des zu entwickelnden automatisierten Prüfsystems können Higher-Level-Werkzeuge für die Prüfkonfiguration und -verwaltung entscheidend für die zügige Umsetzung eines Systems sein. Besonders Systeme mit hoher Kanalanzahl und mehreren Schaltmodulen sind oft schwer zu programmieren, zu warten und von Fehlern zu befreien. Diesen Prozess gestaltet NI Switch Executive deutlich einfacher, da damit die Einrichtung von Verbindungen konfiguriert und verwaltet werden kann. Abbildung 9 zeigt eine Beispielkonfiguration, bei der eine Reihe von Schaltmodulen mit mehreren Messgeräten und Prüflingen verbunden ist.

Abbildung 9: Hauptfenster der NI Switch Executive mit einem Konfigurationsschema

>> Mehr über NI Switch Executive

>> Sehen Sie einen Webcast "Schaltmodule – Erhöhter Durchsatz mit NI Switch Executive"

Tipp: Einsatz von Switch Executive mit NI TestStand

Komplexe automatisierte Prüfsysteme enthalten oft Prüfmanagementsoftware wie NI TestStand, die für Organisation, Ausführung und Dokumentation von Tests sorgt. Da die Prüflingsanbindung einen wichtigen Teil der Prüfsequenz in größeren Systemen bildet, kann man NI Switch Executive aus der Umgebung NI TestStand aufrufen, um die Schaltmodule für jeden Prüfvorgang separat zu steuern. Das bedeutet, dass jeder Abschnitt von Prüfcode unabhängig von jeglicher Schaltungskonfiguration geschrieben wird und so Tests einfacher geändert werden können.  

Abbildung 10: Integration der NI Switch Exectuive für einen TestStand-Prüfschritt des Typs 'Action'

Fazit

Bei der Auswahl eines DMMs für ein automatisiertes Prüfsystem sollte neben den Hardwarespezifikationen auch die Entwicklungsstrategie bedacht werden. DMMs von National Instruments wurden speziell für den Einsatz in automatisierten Prüfsystemen konzipiert. Deshalb stellen sie eine Vielfalt von Werkzeugen bereit, welche Programmierung und Automatisierung schneller, einfacher und zuverlässiger gestalten.

Links zu verwandten NI-Produkten

Die Marke LabWindows wird unter Lizenz der Microsoft Corporation verwendet. Windows ist ein in den USA und anderen Ländern eingetragenes Warenzeichen der Microsoft Corporation.