Die M-Serie: Häufig gestellte Fragen

Überblick

Im Folgenden werden die am häufigsten gestellten Fragen zu den Datenerfassungskarten der M-Serie von National Instruments beantwortet.

Inhalt

Inhalt

1.   Allgemeines

Frage: Welche Funktionen bieten Geräte der M-Serie von NI?

Frage: Was macht die M-Serie zum „Multifunktions“-Datenerfassungsgerät?

Frage: Welche Geräte stehen bei der M-Serie zur Verfügung und wie lauten die Spezifikationen? 

Frage: Wie stellt sich die Leistungsfähigkeit der M-Serie im Vergleich zur E-Serie dar?

Frage: Sind Datenerfassungsmodule der M-Serie als Ersatzmodule für bereits vorhandene Module der E-Serie einsetzbar?

Frage: Für welche Plattformen und Bussysteme ist die M-Serie verfügbar?

2.    Leistungsfähigkeit

Frage: Was ist der System-Timing-Controller NI-STC 2?

Frage: Wozu dienen die sechs DMA-Kanäle an Geräten der M-Serie?

Frage: Was ist der RTSI-Bus und wie funktioniert er?

Frage: Was ist PLL (Phase Lock Loop) und wie funktioniert es?

Frage: Was ist die Streaming-Technologie von NI?

3.     Analogeingang

Frage: Wie wird die Kalibrierung der Geräte der M-Serie durchgeführt?

Frage: Was ist der Vorverstärker NI-PGIA 2?

Frage: Was versteht man unter einem Temperaturdrift?

Frage: Was sind programmierbare Tiefpassfilter und wie funktionieren sie?

Frage: Was ist Isolierung?

Frage: Welche Geräte für die Signalkonditionierung sind für Sensormessungen mit Geräten der M-Serie kompatibel?

4.     Analogausgang

Frage: Wie verbessern mehrere Analogausgangsbereiche die Genauigkeit?

Frage: Was sind programmierbare DC-Offsets für Analogausgänge?

5.     Digital-I/O und Counter/Timer

Frage: Was versteht man unter korrelierter Digital-I/O und wie ist die Funktionsweise?

Frage: Was ist industrielle Digital-I/O?

Frage: Was sind programmierbare Einschaltzustände?

Frage: Was ist der Unterschied zwischen software- und hardwaregetaktetem Digital-I/O?

Frage: Welche Vorteile bringt ein integrierter Takt mit 80 MHz mit sich?

Frage: Welche Funktionen bietet ein 32-bit-Counter im Vergleich zu einem Counter mit geringerer Auflösung?

Frage: Warum ist bei Counter/Timer-Kanälen Filterung wichtig?

6.      Software

Frage: Welche Anwendungssoftware wird mit Geräten der M-Serie bereitgestellt?

Frage: Welche Treibersoftware wird mit Geräten der M-Serie bereitgestellt?

Frage: Welche Betriebssysteme können mit der M-Serie eingesetzt werden?

Frage: Welche Entwicklungsumgebungen können mit der M-Serie eingesetzt werden?

Frage: Muss ich Veränderungen in meinem Code vornehmen, wenn ich ein Gerät der E-Serie mit einem Gerät der M-Serie ersetze?

Frage: Welche Echtzeitwerkzeuge können mit der M-Serie eingesetzt werden?

7.      Service und Support

Frage: Wie erhalte ich technischen Support für Geräte der M-Serie?

Frage: Welche Seminare und Trainingskurse gibt es für die Geräte der M-Serie?

Frage: Welche Optionen stehen OEM-Kunden bereit?

Frage: Welche Garantie gibt es auf Geräte der M-Serie?

 

Allgemeines

Frage: Welche Funktionen besitzen Geräte der M-Serie von NI?

Antwort: Die Multifunktions-Datenerfassungskarten der M-Serie von National Instruments vereinen Analogeingänge, Analogausgänge, Digital-I/O sowie Counter/Timer in einem Gerät. Aufgrund neuer, innovativer analoger und digitaler Designs setzen die Datenerfassungsgeräte der M-Serie neue Maßstäbe hinsichtlich Leistungsfähigkeit, I/O-Anbindung, Sicherheit und Systemkosten. Die Technologie NI-MCal sorgt für genaue Analogmessungen in allen Signalbereichen, da während der Selbstkalibrierung Nichtlinearitätsfehler kompensiert werden. Der Vorverstärker NI-PGIA 2 ermöglicht eine Auflösung von 16 bit bei Abtastraten von 1 MS/s und kurzen Einschwingzeiten. Der System-Timing-Controller NI-STC 2 sorgt für Timing und Synchronisation zwischen Onboard-Subsystemen und anderen Geräten im selben System. Industrietaugliche Geräte der M-Serie bieten aufgrund isolierter Hochgeschwindigkeits-Dgitaleingänge erhöhte Genauigkeit und Sicherheit, da Masseschleifen entfernt und hohe Gleichtaktspannungen unterdrückt werden.

* Weitere Informationen über den neuen Timing-Controller und NI-STC 2 finden Sie im Abschnitt „Analogeingang“.

* Weitere Informationen über die neue Kalibrierungstechnologie finden Sie im Abschnitt „Analogeingang“.

* Weitere Informationen über die verbesserte Genauigkeit finden Sie im Abschnitt „Analogausgang“.


Frage: Was macht die M-Serie zum „Multifunktions“-Datenerfassungsgerät?

Antwort: Ein einzelnes Datenerfassungsgerät der M-Serie liefert die Funktionalität von bis zu sechs verschiedenen Messgeräten. Dazu gehören beispielsweise ein Digitalmultimeter (DMM), ein Oszilloskop, ein Signalgenerator, ein Hochgeschwindigkeits-Digital-I/O-Gerät und Counter/Timer für Frequenzmessungen. Die M-Serie besitzt Analogeingänge mit 18 bit, die bei DC-Messungen eine Auflösung von mehr als 5 ½ Stellen bieten. Bei Messungen transienter Signale ermöglicht ein Gerät der M-Serie eine Abtastrate von 1,25 MS/s bei einer Auflösung von 16 bit (1 MS/s bei Mehrkanalabtastung). Mittels eines externen oder integrierten Takts können Digitalsignale mit bis zu 10 MHz getaktet werden. Dies macht ein dediziertes Hochgeschwindigkeits-I/O-Gerät überflüssig. Korrelierte Digital-I/O-Operationen ermöglichen eine Synchronisation von Digital- und Analogfunktionen mit einer hardwaregetakteten Genauigkeit. Mithilfe von bis zu sechs DMA-Kanälen (PCI/PXI) und bis zu vier Kanälen für die Streaming-Technologie von NI (USB) können alle diese Funktionen simultan ausgeführt werden. Werden zusätzliche Funktionen benötigt, können Geräte der M-Serie auch mit anderen Messgeräten nach dem PCI- oder PXI-Standard synchronisiert werden.


Frage: Welche Geräte stehen bei der M-Serien zur Verfügung und wie lauten die Spezifikationen?

Antwort: Die M-Serie umfasst fünf Kategorien von Geräten: kostengünstige Geräte, Hochgeschwindigkeitsgeräte, hochpräzise Geräte, Geräte ohne separates Netzteil und isolierte Geräte. Alle Geräte der M-Serie umfassen 32-bit-Counter, die bei 80 MHz arbeiten. In folgender Tabelle sind spezifische Angaben zur Produktfamilie dargestellt.

Geräte-
kategorie

Analog-
eingang

 

Analog-
ausgang

Digital- I/Os Plattform

Signal

konditio

nierung

Speed Auflösung Speed Auflösung
Kosten-
günstig
bis zu 250 kS/s 16 bit 833 kS/s 16 bit 1MHz, TTL, CMOS USB, PCI, PXI N/A
Ohne
separates
Netzteil
bis zu 400 KS/s 16 bit 250 KS/s 16 bit Statisch, TTL, CMOS USB N/A**
High-
Speed
bis zu 1,25 MS/s

16-bit (Abtastrate

1 MS/s)

2,8 MS/s 16 bit 10 MHz*, TTL, CMOS USB, PCI, PXI N/A
Hochpräzise bis zu 625 kS/s

18-bit
(Abtastrate

500 kS/s)

2,8 MS/s 18 bit 10 MHz*, TTL, CMOS PCI, PXI Tiefpassfilter
Isolierte bis zu 250 kS/s 16 bit bis zu 250 kS/s 16 bit TTL, CMOS, 24V PCI, PXI

Isolierung

 

Tabelle 1: Die unterschiedlichen Kategorien von Geräten der M-Serie

*USB-Geräte haben maximal eine Digital-I/O-Rate von 1 MHz.
**Im Abschnitt „Analogeingang“ finden Sie kompatible Plattformen für die Signalkonditionierung.



Frage: Wie stellt sich die Leistungsfähigkeit der M-Serie im Vergleich zur E-Serie dar?

Antwort: In folgender Tabelle werden die Unterschiede zwischen Geräten der E-Serien und Datenerfassungsgeräten der M-Serie sowie Optimierungen aufgeführt:

  Ausstattung M-Serie E-Serie
Analogeingang Analogeingangskanäle 8, 16, 32, 80 16 oder 64
Abtastrate bis 1,25 MS/s (16 bit) bis 1,25 MS/s (12 bit)
Eingangsauflösung 16 oder 18 bit 12 oder 16 bit
Signalart am Eingang Strom oder Spannung Spannung
Kalibriermethode NI-MCal (alle Bereiche) Linear, 2-Punkt (ein Bereich)
Kalibrierintervall 1 bis 2 Jahre 1 Jahr
Programmierbare Tiefpass-Eingangsfilter ja1 nein
Analogausgang Analogausgangskanäle 0, 2 oder 4 0 oder 2
Geschwindigkeit des Analogausgangs bis 2,8 MS/s, 16 bit bis 333 kS/s, 16 bit
Auflösung des Analogausgangs 16 bit 12 oder 16 bit
Ausgangsbereiche pro Kanal programmierbar1 ±10 V, 0-10 V
Offset des Analogausgangs pro Kanal programmierbar1 0 V
Digital-I/Os Digital-I/O-Kanäle 24 oder 48 8 oder 32
Digital-I/O-Rate über Software-Timing gesteuert oder bis zu 10 MHz über Software-Timing gesteuert
Digitalpegel TTL/CMOS oder 24 V2 TTL/CMOS
korrelierte DIO-Kanäle ja nein
Schutz des Digitalkanals optimierter Über‑/Unterspannungsschutz (±20 V), Überstromschutz -
Counter Counter/Timer 2, 32 bit 2, 24 bit
Counter-Zeitbasis 80 MHz 20 MHz
Inkrementaldrehgebereingänge ja nein
Counter-Entprellfilter für jeden Kanal programmierbar keine
System Taktsynchronisierung PLL, RTSI RTSI
DMA-Kanäle 63 1 oder 3
Anschlusstyp VHDCI (hohe Dichte) oder 37-Pin-DSUB SCSI II
Isolierung kontinuierliche Bankisolierung von 60 VDC, Kanal-zu-Bus-Isolationswiderstand von 1400 Veff/1950 VDC für 5 Sekunden2 -

Tabelle 2: Vergleich von Datenerfassungsgeräten der M-Serie und der E-Serie

1Verfügbar bei hochpräzisen Geräten der M-Serie.

2Verfügbar bei isolierten Geräten der M-Serie.

3 USB-Geräte der M-Serie verfügen über Streaming-Technologie. Im Abschnitt „Leistungsfähigkeit“ finden Sie mehr Informationen zur Streaming-Technologie.

Frage: Sind Datenerfassungsgeräte der M-Serie als Ersatzmodule für bereits vorhandene Geräte der E-Serie einsetzbar?

Antwort: Geräte der M-Serie sind aufgrund der identischen 68-Pin-Anschlusstechnik mit dem gesamten Zubehör und allen Anschlussblöcken der E-Serie abwärtskompatibel.  Die Anschlüsse der M-Serie unterscheiden sich zwar von denen der E-Serie, doch sind Pinanzahl und -anordnung ähnlich. Somit kann ein Gerät der M-Serie in ein bestehendes Prüfsystem integriert werden, ohne dass Anschlüsse verändert werden müssen. NI hat kostengünstige Kabel im Angebot, die ein Gerät der M-Serie direkt mit bestehenden Anschlussblöcken und Zubehör zur Signalkonditionierung verbindet. Ein Gerät der M-Serie kann in Applikationen, die Datenerfassungskarten der E-Serie einsetzen, problemlos mit dem bestehendem Zubehör eingesetzt werden und erhöht Geschwindigkeit und Genauigkeit des Systems. Kabel für Geräte der M-Serie bieten zudem eine bessere Abschirmung als Kabel für die E-Serie.

* Mehr Informationen über die Softwarekompatibilität finden Sie im Absatz „Software“.


Frage: Für welche Plattformen und Bussysteme ist die M-Serie verfügbar?

Antwort: Geräte der M-Serie sind für PCI, PCI Express, PXI, PXI Express, CompactPCI, USB 1.1 und USB 2.0 verfügbar*. Die Geräte in der Ausführung für PCI sind in der Lage, mit jeder beliebigen Motherboard-Topologie zu arbeiten.

  • PCI mit 5 V und 33 MHz (konventioneller PCI-Bus)
  • PCI mit 3,3 V und 33 MHz
  • PCI mit 3,3 V und 66 MHz
  • PCI-X mit 3,3 V und 66 MHz
  • PCI-X mit 3,3 V und 100 MHz
  • PCI-X mit 3,3 V und 133 MHz

Andere Datenerfassungsgeräte von NI (abgesehen von der M-Serie) sind auch für PCMCIA und IEEE 1394 erhältlich.

* Geräte der M-Serie für USB 2.0 arbeiten mit den langsameren Übertragungsraten von USB 1.1, wenn sie an einen USB-1.1-Host oder -Hub angeschlossen sind.

Leistungsfähigkeit

Frage: Was ist der System-Timing-Controller NI-STC 2?

Antwort: Der NI-STC 2 ist ein ASIC (Application-Specific Integrated Circuit), der speziell für die zeitliche Synchronisation verschiedener Operationen innerhalb der Karte und zwischen Datenerfassungskarten sowie für das Timing von Operationen im Bereich der Multifunktionsdatenerfassung ausgelegt ist. Der NI-STC 2 bietet

  • Sechs DMA-Kanäle – Dedizierte Scatter-Gather-DMA-Controller für jede Funktion
  • Getaktete Digital-I/O-Kanäle (bis zu 10 MHz)
  • 32-bit-Counter/Timer mit Inkrementaldrehgeberkompatibilität
  • Erzeugen und Routen von RTSI-Signalen für die Synchronisierung mehrerer Geräte
  • Erzeugen und Routen interner und externer Timing-Signale
  • PLL für die Taktsynchronisierung

Frage: Wozu dienen die sechs DMA-Kanäle an Geräten der M-Serie?

Antwort: Viele Steckkarten für die Datenerfassung sind nicht nur in ihrer Datenerfassungsrate oder Update-Geschwindigkeit eingeschränkt, sondern auch in der Geschwindigkeit der Datenübertragung zum Arbeitsspeicher des PCs. Die Geräte der M-Serie bieten bis zu sechs DMA-Kanäle, die es einem einzigen Gerät gestatten, gleichzeitig Analogeingangs-, Analogausgangs-, Digitaleingangs-, Digitalausgangs- und zwei Counter-/Timer-Operationen auszuführen, während der PC-Prozessor in der Zwischenzeit für andere Operationen genutzt werden kann. Viele der konventionellen Datenerfassungsgeräte haben nur einen DMA-Kanal. Somit wird bei zwei oder mehr simultan ausgeführten Operationen der Prozessor unterbrochen, um die Datenübertragung zu steuern. Da der Prozessor dadurch von der Durchführung anderer Operationen abgehalten wird, ist er nicht mehr in der Lage, effizient zu arbeiten. Mit steigender Übertragungsgeschwindigkeit und wachsender Anzahl simultan durchgeführter Operationen beginnen diese Unterbrechungen jedoch, die Prozessorzeit ganz für sich zu beanspruchen. Dies verlangsamt das System und führt schließlich zu Fehlern. Mit dem NI-STC 2 ausgerüstete Datenerfassungsgeräte der M-Serie sind in der Lage, mit hoher Geschwindigkeit bis zu sechs Operationen gleichzeitig auszuführen, wobei die Wahrscheinlichkeit von Fehlern aufgrund von Datenverlust oder Überlaufen des Zwischenspeichers auf ein Minimum reduziert wird.


Abb. 1:
NI-STC2 besitzt sechs DMA-Kanäle für einen entscheidend verbesserten Datendurchsatz.


* Dieser Vergleichstest wurde mit dem M-Serienmodul PCI-6229 durchgeführt, wobei DMA-Kanäle programmatisch deaktiviert wurden, um Daten mit einem bzw. drei DMA-Kanälen zu erfassen. Der Test wurde an einem Dell-Dimension-Desktop-PC durchgeführt (2 GHz, Windows XP, 512 MB RAM, 30-GB-Festplatte).


Frage: Was ist ein RTSI-Bus und wie funktioniert er?

Antwort: Alle Steckkarten der M-Serie beinhalten den RTSI-Bus, der ein Flachbandkabel verwendet, oder den PXI-Bus, um Timing- und Triggersignale zwischen zwei oder mehreren Geräten desselben Systems zu routen. Der RTSI-Bus ermöglicht die Synchronisation von Analogein-/-ausgangs-, Digitalein-/-ausgangs- und Counter/Timer-Operationen. Beispielsweise lassen sich mit dem RTSI-Bus drei Analogeingangsmodule zu einem Mastertakt eines der Geräte synchronisieren und so mit drei Modulen simultan Daten erfassen.

Der RTSI-Bus ist neben IMAQ- und CAN-Hardware bei Karten der M-Serie, E-Serie und anderen Datenerfassungskarten erhältlich.


Frage: Was ist PLL (Phase-locked Loop) und wie funktioniert es?


Antwort: Mit der bei den Steckkarten der M-Serie zur Verfügung stehenden PLL-Funktion lässt sich ein 80-MHz-Signal erzeugen, das mit dem 10-MHz-Signal, das von einem anderen Gerät empfangen wird, synchronisiert ist (phasengekoppelt). Dadurch können mehrere Module eines Systems eine gemeinsame Haupt-Zeitbasis nutzen, während sie mit 80 MHz betrieben werden. Darüber hinaus gestattet die PLL-Funktion eine Synchronisation von PXI-Modulen der M-Serie mit der Taktquelle PXI-CLK-10.

Frage: Was ist die Streaming-Technologie von NI?

Antwort: Die Streaming-Technologie wurde entwickelt, um die USB-Leistung zu steigern und mehrere bidirektionale Hochgeschwindigkeits-Datenübertragungsvorgänge aufrechtzuerhalten. Diese Technologie ermöglicht zudem eine Erweiterung um geräteseitige Intelligenz, benutzerspezifische Datenverwaltungshardware und optimierte Datensteuerung und verbessert so die Einzelwertleistung um bis zu 1600 Prozent für den Analogeingang und bis zu 250 Prozent für den Analogausgang. 

Abb. 2: Diagramm zur Leistung für die Einzelwerterfassung analoger Ein- und Ausgänge


Mehr zur Streaming-Technologie finden Sie im Tutorium in der NI Developer Zone unter Streaming-Technologie von NI: konstante Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung über USB

Analogeingang

Frage: Wie wird die Kalibrierung der Geräte der M-Serie durchgeführt?

Antwort: Elektronische Komponenten wie z. B. Analog-Digital-Wandler (A/D-Wandler) weisen Nichtlinearitäten und Zeit- sowie Temperaturdrift auf. Die Kompensierung dieser inhärenten Fehlerquellen macht eine Selbstkalibrierung der Geräte erforderlich. Datenerfassungsgeräte älteren Datums arbeiten mit einer präzisen integrierten Referenzspannung zur Durchführung von Zwei-Punkt-Kalibrierungen eines einzelnen Messbereichs. Diese Methode ist jedoch nicht in der Lage, vor lokalisierten Nichtlinearitäten zu schützen, die nur einzelne Bauteile betreffen, und setzt so die Messgenauigkeit des Geräts herab. Da bei dieser herkömmlichen Methode in nur einem einzigen Eingangsbereich kalibriert wird, wird zudem bei Messungen, die mehrere Kanäle mit unterschiedlichen Eingangsbereichen abtasten, die Genauigkeit beeinträchtigt.

Module der M-Serie beinhalten die NI-MCal-Technologie, eine benutzerspezifische Linearisierungs- und Kalibrierungsengine, die eine hochstabile Referenz zur Feststellung von Verstärkungsfaktor, Offset-Spannung und Linearitätsfehler bei allen Eingangsbereichen einsetzt und mit bereichsspezifischen Kalibrierungskoeffizienten genaue Messungen ermöglicht.  Durch Implementierung der NI-MCal-Technologie kann die Messgenauigkeit im Vergleich zu herkömmlichen Datenerfassungsgeräten um das bis zu Fünffache erhöht werden. Zusätzlich reduziert eine verbesserte Präzisions-Referenzspannung die Wartungskosten des Gerätes, denn das empfohlene Kalibrierungsintervall der Module der M-Serie wird von einem auf zwei Jahre heraufgesetzt.


Frage: Was ist der Vorverstärker NI-PGIA 2?

Antwort: Die anwendungsspezifische Technologie NI-PGIA 2 verbessert durch Minimierung der Einschwingzeit die Genauigkeit, eine kritische Spezifikation für gemultiplexte Datenerfassungsanwendungen. Unter Einschwingzeit versteht man die Zeit, die bei der Messung eines Signals vergeht, bis sich die Baugruppen zur Signalverstärkung auf den angeforderten Wert anpassen. Ist die Einschwingzeit eines Verstärkers zu lang, wird das erfasste Signal ungenau digitalisiert. Die Einschwingzeit wird durch die Anzahl der Fehler nach einem bestimmten Zeitraum definiert. Für jede vorgegebene Auflösung (bzw. Genauigkeit) sind niedrigere Einschwingzeiten wünschenswert, da sie höhere Abtastraten ohne Genauigkeitsverlust gestatten. Kommerzielle programmierbare Messverstärker (PGIAs, Programmable Gain Instrumentation Amplifiers) sind nicht für das Abtasten mehrerer Kanäle bei variierenden Spannungspegeln an einem einzigen Gerät optimiert.

Die folgende Grafik zeigt den Fehler während der Einschwingzeit des Hochgeschwindigkeitsmessverstärkers NI-PGIA 2 im Vergleich zu einem NI-PGIA älteren Datums und einem handelsüblichen PGIA für einen Eingangsspannungssprung von 20 Volt (Worst-Case).


Abb. 3: NI-PGIA 2 bietet kürzere Einschwingzeiten als ältere und handelsübliche PGIA-Technologien.

Frage: Was ist ein Temperaturdrift?

Antwort: Mit Änderung der Betriebstemperatur sinkt auch die Messgenauigkeit des Datenerfassungsgeräts. Geräte der M-Serie setzen zahlreiche Technologien zur Verringerung von Fehlern aufgrund von Temperaturdrift ein, darunter:

  • Einen integrierten mittels Software lesbaren Temperatursensor zur Überwachung der Temperatur des Geräts
  • Hochwertige Komponenten mit konsistenten Werten über einen großen Temperaturbereich hinweg
  • Kompensationskomponenten, die Fehler ausgleichen

 Frage: Was sind programmierbare Tiefpassfilter und wie funktionieren sie?

Antwort: Ein Tiefpassfilter dämpft Signale mit Frequenzen, die über der Grenzfrequenz liegen, ist jedoch durchlässig für alle Signale mit einer Frequenz unterhalb der Grenzfrequenz. Die Grenzfrequenz ist die Frequenz, bei der sich die Ausgangsamplitude um 3 dB verringert hat. Tiefpassfilter dämpfen Rauschen und verringern Aliasing von Signalen unterhalb der Nyquist-Frequenz (definiert durch die halbe Abtastfrequenz).

Im Allgemeinen benötigen Analogeingangssignale, die mit Datenerfassungskarten gemessen wurden, externe Signalkonditionierung zur Filterung von hochfrequentem Rauschen. Hochpräzise Geräte der M-Serie haben integrierte programmierbare Filter, somit wird keine externe Hardware zur Filterung benötigt. Dieser Tiefpassfilter kann mit einer Grenzfrequenz von 40 kHz programmatisch aktiviert und deaktiviert werden.

Frage: Was ist Isolierung?

Antwort: Durch Isolierung werden Sensorsignale, die Transienten und Rauschen mit hohen Spannungen ausgesetzt sein können, elektrisch und physikalisch von der Backplane des Messsystems mit niedriger Spannung getrennt. Isolierung bietet viele Vorteile, darunter:

  • Schutz teurer Ausstattung, des Anwenders und der Daten gegen Transientenspannungen
  • Verbesserte Rauschempfindlichkeit
  • Beseitigung von Masseschleifen
  • Verbesserte Unterdrückung von Gleichtaktspannungen

Isolierte Messgeräte verfügen über separate Masseflächen für analoge und/oder digitale Frontends und die Geräte-Backplane, um die Sensormessungen vom Rest des Systems zu trennen. Der Massebezug des isolierten Frontends ist fließend. Jede Gleichtaktspannung, die zwischen der Masse und der Masse des Messsystems vorhanden ist, bleibt unberücksichtigt (innerhalb der Arbeitsspannungsspezifikation der Geräte). Isolierung verhindert außerdem die Bildung von Masseschleifen und reduziert so das Rauschen in den Messsignalen.


Abb. 4: Bankweise isolierter Schaltkreis des Analogeingangs

Isolierte Datenerfassungsgeräte der M-Serie nutzen die Digitalisolatoren Analog Devices iCoupler, um 60 VDC kontinuierliche Isolierung und 1400 Veff/1900 VDC Kanal-zu-Bus-Isolationswiderstand für 5 Sek. an mehreren analogen und digitalen Kanälen bereitzustellen und Abtastraten bis zu 250 kS/s zu unterstützen.

Mehr zum Thema Isolierung finden Sie im Tutorium in der NI Developer Zone unter Isolierungstechnologien für zuverlässige industrielle Messungen.

Frage: Welche Geräte für die Signalkonditionierung sind für Sensormessungen mit Geräten der M-Serie kompatibel?

Antwort: Alle Steckkarten der M-Serie arbeiten mit Signalkonditionierungsmodulen der SCC- und  SCXI-Serie. USB-gestützte Geräte der M-Serie mit 68-Pin-Anschluss sind auch mit der SCC-Signalkonditionierung kompatibel. Beide Modulserien verbessern durch die zusätzliche Verstärkung von Low-Level-Sensorsignalen die Messgenauigkeit und eliminieren Rauschquellen durch Tiefpassfilter, inklusive des 50/60-Hz-Rauschens der Stromversorgung. Darüber hinaus bieten Signalkonditionierungsmodule der SCC- und SCXI-Serie sensorspezifische Signalkonditionierung wie beispielsweise CJC für Thermoelemente und liefern den Erregerstrom für Sensoren wie z. B. Dehnungsmessstreifen und RTDs.

* Weitere Informationen zur Signalkonditionierung finden Sie hier

Analogausgang

Frage: Wie verbessern mehrere Analogausgangsbereiche die Genauigkeit?

Antwort: Multifunktions-Datenerfassungsgeräte bieten normalerweise zwei Analogausgangsbereiche, entweder bipolar (±10 V) oder unipolar (0 – 10 V). Durch diese Begrenzung wird die Auflösung des D/A-Wandlers gleichmäßig über den gesamten Bereich verteilt. Bei einem 16-bit-D/A-Wandler mit einer Auflösung von 65.536 (216) Binärcodes für einen Bereich von ±10 V ist der kleinste Spannungswert 305 µV (20 V, 65.536). Ein D/A-Wandler ist nicht in der Lage, Spannungsänderungen von weniger als 305 µV auszugeben.

Hochpräzise Geräte der M-Serie bieten programmierbare Ausgangsbereiche, welche die Anzahl der Bits über einen viel kleineren Spannungsbereich verteilen. Bei einem Spannungsbereich von ±1 V und einer Auflösung des D/A-Wandlers von 16 bit kann das Gerät beispielsweise Spannungsänderungen von 31 µV ausgeben.


Frage: Was sind programmierbare DC-Offsets für Analogausgänge?

Antwort: Bei einigen Applikationen werden kleine Änderungen im Analogausgangspegel um einen festgelegten DC-Offset benötigt. Beispielsweise bedarf es zur Erzeugung einer Stromversorgung von 5 V Analogausgänge, die einen geringen Rauschpegel (im Submillivolt-Bereich) bei einem 5V-DC-Signal simulieren können. Mit einem konventionellen Multifunktions-Datenerfassungsgerät mit nur einem Ausgangsbereich ohne Offsets würde der Bereich auf 0 bis 10 V gesetzt werden. Sogar mit einer Auflösung von 16 bit wäre der D/A-Wandler nur in der Lage, Spannungsänderungen von 153 µV zu erzeugen.

Hochpräzise Geräte der M-Serie bieten programmierbare Offsets für Analogausgänge, die eine viel bessere Auflösung um einen spezifischen Offset-Wert ermöglichen. Werden diese zusammen mit dem programmierbaren Spannungsbereich eingesetzt, gestattet dies einem Modul der M-Serie die Erzeugung eines Rauschpegels bei einer Stromversorgung von 5 V unter Einsatz der gesamten Auflösung von 16 bit auf einem Spannungsbereich von 4 bis 6 V (5-V-Offset mit einem Spannungsbereich von ±1 V). Dies verbessert die minimale Codebreite auf 31 µV.

Digital-I/O und Counter/Timer

Frage: Was versteht man unter korrelierter Digital-I/O und wie ist die Funktionsweise?

Antwort: Korrelierte I/O ermöglicht die Synchronisierung integrierter Digital-I/O-Kanäle mit einer Taktreferenz.

  • Interne oder externe Takte

Mehrere Digitalkanäle eines Geräts können synchronisiert werden, so dass sie denselben Takt besitzen, wodurch eine Multibit-Mustererkennung möglich wird. So wird auch eine getaktete digitale Kurvenerzeugung oder eine Erfassung mit Raten bis zu 20 MHz möglich.

  • Analog-I/O und Counter/Timer

 Die M-Serie ermöglicht die zeitliche Korrelation verschiedener Operationen, wie beispielsweise Analog-I/O, Digital-I/O und Counter/Timer. Beispielsweise können digitale und analoge Samples zeitlich synchronisiert werden, indem der Analogeingangstakt als Quelle für den Digital-I/O-Takt genutzt wird. Um ein digitales Signal unabhängig von einer AI-, AO- oder DO-Operation abzutasten, kann der Anwender einen Counter konfigurieren, um den gewünschten DI-Takt zu erzeugen oder ein externes Signal als Taktquelle einsetzen.


Frage: Was ist industrielle Digital-I/O?

Antwort:
Industrieanwendungen stellen oftmals Anforderungen, die von herkömmlichen Messgeräten nicht erfüllt werden können. Beispielsweise erfordern viele Industriesensoren und -aktoren Logikpegel von 24 V und arbeiten mit unterschiedlichen Spannungspotentialen, die zu Masseschleifen führen können. Die Sicherheit sowohl für das Mess-, Steuer- und Regelsystem als auch für den Anwender sind dabei wichtiger Bestandteil. Aufgrund der Spannungspegel von bis zu 30 V, der hohen Ausgangsstromstärken und der integrierten Isolation lassen sich die Geräte der M-Serie von NI direkt an eine große Anzahl industrieller Pumpen, Ventile, Motoren sowie Sensoren und Aktoren anbinden, während gleichzeitig ein hohes Maß an Sicherheit und Zuverlässigkeit gewährleistet wird.


Frage: Was sind programmierbare Einschaltzustände?

Antwort: Wenn ein Rechner eingeschaltet wird, beginnen verschiedene Komponenten mit ihren eigenen Startroutinen, um sicherzustellen, dass sie einen funktionierenden und erwarteten Zustand erreichen. Falls innerhalb des Rechners Digitalausgänge verwendet werden, um Maschinen oder einen industriellen Prozess zu steuern, sollten sich auch die Digitalausgänge in einem bekannten Initialzustand befinden. Um die Ausgänge ändern zu können, muss die Anwendung gewöhnlich ausgeführt werden, aber das Modul ist eventuell schon etliche Minuten eingeschaltet, ehe die Applikation starten kann.

Mithilfe programmierbarer Einschaltzustände können Anwender die ursprünglichen digitalen I/O-Zustände softwareseitig so konfigurieren, dass ein störungsfreier Betrieb auch dann gewährleistet ist, wenn industrielle Aktoren wie z. B. Pumpen, Ventile, Motoren oder Relais angeschlossen sind. Ein isoliertes Gerät der M-Serie behält diese I/O-Zustände nach dem Zufluss von Strom bei, so dass der Rechner hochfahren und die Anwendung mit ihrer Ausführung beginnen kann. Programmierbare Einschaltzustände sind störimpulssicher, so dass die Ausgänge während der Einschaltphase zu keinem Zeitpunkt in einen fehlerhaften Zustand übergehen. Jeder einzelne Digitalkanal kann als High Output oder Low Output konfiguriert werden. Jedes isolierte Gerät der M-Serie speichert die Einstellungen im integrierten, nichtflüchtigen Speicher des Moduls und implementiert sie automatisch, sobald das Gerät mit Strom versorgt wird.


 Frage: Was ist der Unterschied zwischen software- und hardwaregetaktetem Digital-I/O?

Antwort: Über Software-Timing gesteuerte Digital-I/O-Operationen sind systemabhängig und Geschwindigkeiten sind je nach Prozessorleistung des Host-PCs unterschiedlich. Dies wird auch als „statisches Digital-I/O“ bezeichnet. Getaktete Digital-I/O-Kanäle sind hardwaregesteuert, d. h. die Update- oder Abtastrate wird durch einen stabilen Taktgeber reguliert. Dieser Takt hängt nicht vom verwendeten System ab. Geräte der M-Serie sind imstande, sowohl einen integrierten Taktgeber als auch ein externes Signal als digitale Zeitbasis einzusetzen.

Frage: Welche Vorteile bringt ein integrierter Takt mit 80 MHz mit sich?

Antwort: Die Zeitbasis von 80 MHz kann als Taktquelle für die Universal-Counter/Timer mit 32 bit eingesetzt werden. Dies verbessert im Vergleich zur Zeitbasis von 20 MHz bei Datenerfassungskarten der E-Serie die Genauigkeit von Frequenzmessung und -erzeugung. Eine schnellere Zeitbasis verbessert die Pulsweite, die Genauigkeit von Periodenmessungen und ermöglicht schnellere Pulsfolgenerzeugung.

 

Abb. 5: Einzelwertfrequenzmessung 

 

Frage: Welche Funktionen bietet ein 32-bit-Counter im Vergleich zu einem Counter mit geringerer Auflösung?

Antwort: Die Leistungsfähigkeit eines Counter wird durch die Anzahl der Ereignisse bestimmt, die er vor dem Zurücksetzen zählen kann. Ein 32-bit-Counter kann beispielsweise 232 oder mehr als 4 Milliarden Ereignisse zählen. Dies entspricht einer Speicherkapazität, die über 65.000 Mal höher ist als die von 16-bit-Counter/Timer anderer Datenerfassungsgeräte. Wenn ein Counter/Timer während einer Operation seine maximale Zählkapazität erreicht, wird der Speicher zurückgesetzt und die Daten gehen verloren.


Frage: Warum ist bei Counter/Timer-Eingangskanälen Filterung wichtig?

Antwort: Bei Applikationen zur Prozesssteuerung mit Sensoren zur Frequenzmessung und bei Überwachungsapplikationen mittels Relais wird, vor allem, wenn ein mechanisches Relais einen Sensorausgang ansteuert, ein sogenanntes „Relaisprellen“ sichtbar. Werden die Eingangsfilter der Counter/Timer-Kanäle des Geräts der M-Serie aktiviert, erfasst das Modul die Eingangsdaten bei jeder steigenden Signalflanke des Filtertakts. Wenn der Filtertakt das Signal an N aufeinander folgenden Signalflanken abgetastet hat wird der Übergang von niedrigem zu hohem Signal auf den gesamten Schaltkreis übertragen Der Wert von N hängt von den Filtereinstellungen ab. In Abbildung 6 wurde der Wert von N auf 5 eingestellt.

Abb. 6: Gefilterter Counter/Timer-Kanal

Software

Frage: Welche Anwendungssoftware wird mit Geräten der M-Serie bereitgestellt?

Antwort: LabVIEW SignalExpress LE ist im Lieferumfang aller Geräte der M-Serie enthalten. LabVIEW SignalExpress von National Instruments ist eine interaktive Messsoftware zur schnellen Erfassung, Analyse und Darstellung von Daten von hunderten Datenerfassungs- und Messgeräten ohne Programmieraufwand. Mehr über LabVIEW SignalExpress LE erfahren Sie unter http://www.ni.com/labview/signalexpress/d.


Frage: Welche Treibersoftware wird mit Geräten der M-Serie bereitgestellt?

Antwort: Bei vielen Datenerfassungsgeräten wird nur ein einfacher Gerätetreiber mitgeliefert. Bei einigen Geräten ist der zusätzliche Kauf einer Treibersoftware sogar für Grundfunktionen notwendig. Alle Geräte der M-Serie hingegen beinhalten die für die Messtechnik konzipierte Treibersoftware NI-DAQmx.

Die Treibersoftware NI-DAQ handhabt sämtliche Aspekte eines NI-basierten Datenerfassungssystems, angefangen bei der Konfiguration über die Programmierung bis hin zur Steuerung auf Betriebssystemebene und Gerätesteuerung. Mit NI-DAQmx können Messwerte schnell erfasst und konfiguriert werden. Die Software beinhaltet virtuelle Kanäle, die erfasste Rohdaten automatisch in physikalische Einheiten umwandelt, und den DAQ-Assistenten – ein Werkzeug zur Konfigurierung von Datenerfassungsapplikationen und automatischer Codegenerierung ohne Programmierung.

Die Treibersoftware NI-DAQmx liefert ein höheres Maß an Produktivität und Leistung als ein Basistreiber für die Datenerfassung. Folgende Kriterien gilt es bei der Wahl der richtigen Software für die Datenerfassung zu berücksichtigen:

 

 

Eigenschaften der Messsoftware

Treibersoftware NI-DAQmx

Basistreiber für die Datenerfassung

Produktivität Automatische Codegenerierung

*

Konfigurationsmanagement

*

Testpanels zur Überprüfung von Analog-, Digital- und Counter-Operationen

*

o

Skalierung auf reale Maßeinheiten

*

Programmierschnittstelle für jede Hardware und sämtliche I/O-Arten

*

Beispielprogramme

>3000

<20

Möglichkeiten zur genauen Fehlerdiagnose

*

Leistung Multithreading-Technologie für optimierte I/O-Leistung

*

optimierte Einzelpunkt-Schleifen

*

o

Echtzeitfähigkeiten

*

Erweiterte Kalibrierung

*

Tabelle 3: Vergleich zwischen NI-DAQmx und einer einfachen Treibersoftware für die Datenerfassung

Legende:
* ausgezeichnet, o gut, — nicht vorhanden


Frage: Welche Betriebssysteme können mit der M-Serie eingesetzt werden?

Antwort:

  • Windows 2000/XP/Vista x86/Vista x64
  • Windows 98/ME/NT2
  • Windows Mobile 5, Pocket PC 20031
  • Real Time OS, RTX1
  • Mac OS X1
  • Mandrakelinux 10.1 Official3
  • Mandriva Linux 20062
  • SUSE LINUX Professional 9.2 und 9.33
  • Red Hat Enterprise Linux WS 33
  • Red Hat Enterprise Linux WS 41

1 Für dieses Betriebssystem ist der Treiber NI-DAQmx Base erforderlich. In der Readme-Datei des entsprechenden Treibers finden Sie eine Liste der unterstützten Geräte und Funktionen.
2 Diese Betriebssysteme werden von einer älteren Version des DAQmx-Treibers unterstützt. In der Readme-Datei des entsprechenden Treibers finden Sie eine Liste der unterstützten Geräte.
3 Dieses Betriebssystem kann mit einer älteren Version des DAQmx-Treibers oder einer aktuellen Version des DAQmx-Base-Treibers verwendet werden. In der Readme-Datei des entsprechenden Treibers finden Sie eine Liste der unterstützten Geräte.

Unter http://www.ni.com/downloads/d finden Sie die oben genannten spezifischen Treiber und Readme-Dateien.

Frage: Welche Entwicklungsumgebungen können mit der M-Serie eingesetzt werden?

Antwort: Datenerfassungsgeräte der M-Serie sind mit jeder Entwicklungsumgebung kompatibel, die NI-DAQmx enthält, darunter:

  •  LabVIEW 7.x oder höher
  • LabVIEW Real-Time 7.1 oder höher*
  • LabVIEW SignalExpress LE oder höher
  •  LabWindows/CVI 7.x oder höher
  •  Measurement Studio 7.x oder höher
  • ANSI C/C++
  • C#
  • Visual Basic .NET
  • Visual Basic 6.0

*Nicht mit USB-Geräten kompatibel


Frage: Muss ich Veränderungen in meinem Code vornehmen, wenn ich ein Gerät der E-Serie mit einem Gerät der M-Serie ersetze?

Antwort: Bestehende Applikationen mit NI-DAQmx, die für ein Gerät der E-Serie geschrieben wurden, sind auf Geräten der M-Serie uneingeschränkt ablauffähig. Es kann lediglich zusätzliche Programmierung notwendig sein, um die erweiterten Timing- und Synchronisationsfunktionen der M-Serie voll nutzen zu können.

Die Traditional NI-DAQ Compatibility VIs von NI-DAQ ermöglichen die Portierung der meisten bestehenden mit konventioneller NI-DAQ-Software erstellten Applikationen, so dass diese mit der M-Serie unter NI-DAQmx ausgeführt werden können. Jedoch lassen sich so die Vorteile von NI-DAQmx – Multithreaded-I/O-Geschwindigkeiten, automatisches Trigger-Routen und Codeerstellung durch den DAQ-Assistent – nicht nutzen. Darüber hinaus arbeiten die Compatibility VIs nicht mit SCXI-Signalkonditionierung. Beim Low-Level-Betrieb leiten die Compatibility VIs Softwareaufrufe an die NI-DAQmx-VIs weiter. Diese handhaben einen Großteil der Funktionalität. Je nach Komplexität der Applikation kann es vorkommen, dass sie mit NI-DAQmx neu geschrieben werden muss. Traditional NI-DAQ Compatibility VIs sind ausschließlich für LabVIEW verfügbar. Sie können die Traditional NI-DAQ Compatibility VIs unter http://joule.ni.com/nidu/cds/view/p/id/822/lang/de herunterladen.

Frage: Welche Echtzeitwerkzeuge können mit der M-Serie eingesetzt werden?

Antwort: Alle PCI- und PXI-Geräte der M-Serie können mit LabVIEW Real-Time und NI-DAQmx zur Erstellung von verlässlichen, deterministischen Stand-alone-Applikationen ohne Benutzerinteraktion eingesetzt werden. Die Programmierschnittstelle NI-DAQmx bietet einfachere Implementierung und schnellere Entwicklung von Echtzeitapplikationen als herkömmliche Echtzeitbetriebssysteme.

USB-Geräte der M-Serie sind nicht mit LabVIEW Real-Time kompatibel.

Service und Support

Frage: Wie kann ich technischen Support für Geräte der M-Serie erhalten?

Antwort: NI bietet umfassende Supportoptionen über www.ni.com/support/d. Sie erreichen unsere Supportingenieure via Telefon, E-Mail oder direkt online über die Website. Darüber hinaus bietet die Website ni.com unseren Kunden eine reichhaltige Palette an Ressourcen – von Hilfestellungen für den Einsteiger bis hin zu Tipps direkt von den Entwicklern für Datenerfassungsexperten. Die Online-Ressourcen beinhalten unter anderem:

  • Treiber und Updates für NI-DAQmx und andere Messprodukte zum Herunterladen
  • Über 3000 Eintragungen in der „KnowledgeBase“
  • Produkthandbücher im PDF-Format und Hilfedateien zum Herunterladen
  • Über 3000 Beispielprogramme
  • Tutorien und Application Notes


Frage: Welche Seminare und Trainingskurse gibt es für die Geräte der M-Serie?

Antwort: Die Konzepte der Datenerfassung werden in regionalen Seminaren und Trainingskursen vermittelt. Eine praxisnahe Einführung erhalten Sie bei einem unserer kostenlosen Schnupperkurse, die von Ihrem regionalen Vertriebsingenieur durchgeführt werden. Besuchen Sie die Seite www.ni.com/germany/veranstaltungen und informieren Sie sich dort über aktuelle Veranstaltungen.

Darüber hinaus bietet NI einen dreitägigen Kurs zum Thema Datenerfassung an, der die Theorie der Datenerfassung sowie praktische Übungen zum Thema Multifunktionsdatenerfassung, Signalkonditionierung und NI-DAQmx umfasst. Mehr über das Kursangebot von NI erfahren Sie unter ni.com/training/d.


Frage: Welche Optionen stehen OEM-Kunden bereit?

Antwort: Neben kostenfreien 30-Tage-Vollversionen und erstklassigem technischen Support bietet NI Preisnachlässe für qualifizierte OEM-Anwendungen. Etliche Geräte wurden für den Einsatz in solchen Anwendungen entwickelt. Die M-Serie ist auf dem Markt hinsichtlich der MIO-Kanaldichte führend und kann so Kosten und Platzbedarf senken. Geräte der M-Serie bieten bis zu 80 Analogeingänge, vier Analogausgänge und 48 Digital-I/O-Kanäle. Zudem können 32-bit-Counter/Timer lange Impulse erzeugen oder messen, ohne mehrere Kanäle kaskadieren zu müssen. Mithilfe der Software NI-DAQmx lässt sich der Designprozess schnell implementieren und testen, was den Zeit- und Kostenaufwand erheblich verringert.

Weitere Informationen zur benutzerspezifischen Anpassung von Hard- und Software finden Sie auf www.ni.com/oem/d. Sie können sich auch an Ihre NI-Niederlassung wenden.

Frage: Welche Garantie gibt es auf Module der M-Serie?

Antwort: Für alle Geräte der M-Serie gibt es eine Garantie von einem Jahr ab Auslieferungstag auf Verarbeitungs- und Materialfehler. Durch verfügbare Optionen kann diese Garantie erweitert werden, so dass sich Ihre Wartungskosten über zwei oder mehr Jahre übersichtlich gestalten. Wenden Sie sich dazu an Ihren Vertriebsmitarbeiter von NI.


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