Die Technologie hinter CompactDAQ

Überblick

In diesem Dokument werden einige der Technologien und Funktionen beschrieben, die CompactDAQ zu einem einfach zu handhabenden und dabei umfassenden Datenerfassungssystem machen. Die leistungsstarken Controller und Chassis sind das Ergebnis jahrelanger Erfahrungen von NI in der Mess- und Prüfbranche. Viele der nachfolgend beschriebenen Technologien unterscheiden CompactDAQ von anderen auf dem Markt erhältlichen Systemen.

Inhalt

I/O-Module der C-Serie

Über 60 Module der C-Serie stehen für verschiedene Messungen zur Verfügung, darunter Thermoelemente, Spannungs-, Strom-, Widerstands- und Dehnungsmesser, RTDs, Digitalmodule (TTL und andere), Beschleunigungsaufnehmer und Mikrofone. Die Kanalanzahl der einzelnen Module liegt zwischen drei und 32, sodass die Anforderungen unterschiedlichster Systeme abgedeckt werden. Die kleinen Module der C-Serie kombinieren Signalkonditionierung, -anbindung und Datenerfassung für jeden Messtyp, wodurch die Komplexität von Systemen reduziert und die Genauigkeit von Messungen erhöht wird. Die Module sind kompatibel zu jedem Chassis oder Controller der C-Serie, sodass sich vielfältige Systeme erstellen lassen. Beispielsweise können innerhalb eines Systems unterschiedliche Kanalanzahlen und Messtypen realisiert werden. CompactDAQ ermöglicht das Erstellen des passenden Systems für jede Messanwendung.

Abb. 1: Wählen Sie aus mehr als 60 I/O-Modulen der C-Serie.

Integrierter Prozessor und Speicher

CompactDAQ-Controller unterstützen die Integration von Datenerfassungssystemen, da sie den Prozessor und die Datenspeicherung mit Datenerfassung und Signalkonditionierung in einem kleinen, robusten Formfaktor vereinen. Dank einer Partnerschaft mit Intel kann NI in Datenerfassungsprodukten die neuesten Industrieprozessoren bereitstellen, darunter Dual-Core Atom™, i7 und Celeron® Prozessoren.

Mehr zu den Vorteilen von CompactDAQ-Controllern

Mechanischer Aufbau

Die Platzierung und Installation von Messgeräten spielen beim Aufbau einer Teststation eine wichtige Rolle. Das elektrische Umgebungsrauschen kann durch Positionierung von Messgeräten nahe am Prüfobjekt minimiert werden, weil die von USB, Ethernet, WLAN (IEEE 802.11) und anderen Protokollen verwendeten digitalen Signale deutlich weniger anfällig für elektromagnetische Interferenzen sind. CompactDAQ kann eine Vielzahl von Kanälen in einem kompakten und robusten Formfaktor messen, der nah am Prüfling platziert werden kann. CompactDAQ-Systeme weisen folgende mechanische Eigenschaften auf:

Robuste, vielseitige Chassis mit flexiblen Montageoptionen

  • Bestückbar mit 1, 4 oder 8 I/O-Modulen der C-Serie
  • Möglichkeit zur Datenübertragung via USB, Ethernet oder 802.11-WLAN oder Stand-alone-Option mit einem Embedded-PC
  • A380-Aluminiumkonstruktion für lange Lebensdauer
  • Stoßfestigkeit bis 30 g und Schwingungsfestigkeit bis 0,3 geff in Übereinstimmung mit IEC-60068-2-27/64 bei den meisten Chassis
  • Stoßfestigkeit bis 50 g und Schwingungsfestigkeit bis 5 g in Übereinstimmung mit IEC-60068-2-27/64 für das Chassis cDAQ-9188XT und die Controller cDAQ-9134/9135
  • Betriebstemperaturbereich von -20 °C bis 55 °C bei den meisten Chassis
  • Betriebstemperaturbereich von -40 °C bis 70 °C beim Chassis cDAQ-9188XT und den Controllern cDAQ-9134/9135
  • Kits für Panel-, Rack-, DIN-Schienen- und Desktop-Montage
  • 2- und 3-D-Skizzen (siehe auf Produktseiten den Tab Ressourcen)

 

Abb. 2: Die CompactDAQ-Chassis sind in Varianten mit 1, 4 oder 8 Steckplätzen erhältlich.

Zugentlastung für solide Kabel- und Signalverbindungen

  • Stromanschluss ist über Schrauben am Chassis befestigt und umfasst ein schützendes Gehäuse für noch mehr Sicherheit
  • USB-Kabel wird mit Rändelschrauben an USB-Chassis befestigt (anschraubbares USB-Kabel im Lieferumfang des USB-Chassis-Kits enthalten)
  • Ethernet-Kabel verfügt über Verriegelungsmechanismus (Standard-Ethernet-Kabel separat erhältlich)
  • Zugentlastungsgehäuse entweder im Lieferumfang der Module enthalten oder als Zubehör erhältlich
  • Stoß- und Schwingungsfestigkeitsprüfungen wurden mit angeschlossener Stromversorgung, Datenübertragung und Signalverbindung durchgeführt.

Integrierte Triggerkanäle für Im-/Export digitaler Takte

  • USB- und Ethernet-Chassis mit acht Steckplätzen ausgestattet mit zwei BNC-Anschlüssen für Triggerleitungen
  • Controller cDAQ-9132/9133/9134/9135 bieten einen SMB-Anschluss für einen Trigger
  • Unterstützung von Takten von bis zu 1 MHz
  • Synchronisation mehrerer Systeme (Systemsynchronisation nicht für alle Module verfügbar, siehe Chassis-Handbuch)

 

Abb. 3: Nahaufnahme von Stromeingängen, BNC-Triggerleitungen und USB-Anschluss mit Verriegelungsmechanismus am NI cDAQ-9178

Automatische Synchronisation von Modulen und Kanälen

  • Über zusätzliche Module können mehr Messtypen und Kanäle zum System hinzugefügt werden.
  • Module können im laufenden Betrieb ausgetauscht werden und werden beim Einstecken in das Chassis automatisch erkannt.
  • Analoge und digitale Ein- und Ausgangssignale können mit einem einzigen CompactDAQ-System simultan übertragen werden.
  • Mehrere CompactDAQ-Chassis lassen sich mithilfe des Moduls NI 9469 und RJ-50-Kabeln synchronisieren.

Preis- und Bestellinformationen sind auf der Produktseite zu den CompactDAQ-Chassis aufgeführt.

Mehrere Timing-Engines für unterschiedliche Erfassungsraten

Ein bedeutender Bestandteil von Datenerfassungssystemen ist der A/D-Wandler, der bei entsprechenden Taktsignalen die Erfassung von Samples vornimmt. Viele Systeme verfügen über mehrere A/D-Wandler mit gleichem Takt zur Synchronisation aller Messkanäle. CompactDAQ-Systeme bieten flexible Timing-Engines und ermöglichen mehr als nur eine Standardsynchronisation.

CompactDAQ-Chassis verfügen über drei Analogeingangs-Timing-Engines. Damit ist es Programmierern möglich, alle Analogeingänge in bis zu drei unterschiedliche Gruppen aufzuteilen, die auch als Tasks bezeichnet werden:

  • Jeder Task kann mit einer anderen Sample-Rate ausgeführt werden, siehe Abbildung 4. Dies ist besonders nützlich, wenn Temperaturmessungen, die häufig langsam sind, mit Hochgeschwindigkeitsmessungen wie der Geräusch- und Schwingungserfassung kombiniert werden.
  • Die drei Tasks werden unabhängig voneinander ausgeführt und können von unterschiedlichen Schleifen oder Threads im Programm aufgerufen und gleichzeitig gestartet werden.
  • Alle Kanäle innerhalb eines einzelnen Tasks werden automatisch synchronisiert. Für den Fall, dass in einem Task ein gemultiplextes Modul zusammen mit einem Modul mit simultaner Abtastung eingesetzt wird, wird der erste Kanal des gemultiplexten Moduls synchronisiert und alle weiteren Kanäle werden unmittelbar danach abgetastet.
  • Alle Kanäle innerhalb eines Tasks, sowohl simultan abgetastete als auch gemultiplexte, geben die Daten mit der gewünschten Abtastrate aus.
  • Alle Module können in einem einzelnen Task gebündelt werden. Dadurch werden alle Kanäle mit demselben Takt synchronisiert.

CompactDAQ wurde für die simultane Durchführung von bis zu sieben Tasks konzipiert. Mehrere Taskoptionen stehen zur Auswahl:

  • Analogeingang mit bis zu drei Timing-Engines
  • Digitaleingang mit zugewiesener Timing-Engine
  • Digitalausgang mit zugewiesener Timing-Engine
  • Analogausgang mit zugewiesener Timing-Engine
  • Counter/Timer-Tasks für Quadratur-Encoder-, PWM-, Ereignis-, Perioden- und Frequenzmessungen (CompactDAQ-Chassis mit vier integrierten Counter/Timern, die über ein Digitalmodul zugänglich sind)

Aufgrund der zugewiesenen Timing-Engines können Digital- und Analogausgangstasks unabhängig voneinander ablaufen, ohne dass sie einen Takt mit einem anderen Task teilen müssen. Dadurch wird die Programmierung einfacher und intuitiver. Zugewiesene Ressourcen können mit anderen Subsystemen des Chassis verbunden werden. So kann beispielsweise der Digitaleingangstakt mit dem Analogausgangstakt verknüpft werden, um bei jeder steigenden/fallenden Flanke des Digitaleingangs eine Spannung zu erzeugen.

Durch die Anzahl der Timing-Engines und die Fähigkeit, Ressourcen zuzuweisen und zu teilen, bietet CompactDAQ ein Maß an Flexibilität, das von den meisten kommerziellen Datenerfassungssystemen nicht erreicht wird.

Abb. 4: Verschiedene Analogeingangstasks können in einem Chassis mit unterschiedlichen Raten ausgeführt werden.

Erweiterte Counter-Funktionen basierend auf NI-STC3-Technologie

Ein Teil der Technologie, die den CompactDAQ-Chassis und -Controllern zugrunde liegt, wird auch von anderen NI-Datenerfassungsprodukten genutzt, beispielsweise die dritte Generation des System-Timing-Controllers (NI-STC3). Viele Geräte nutzen für das System-Timing kommerzielle Takte und Oszillatoren. NI-Technologie ist für eine hohe Leistungsfähigkeit konzipiert und basiert auf mehr als 30 Jahren Erfahrung im Bereich der PC-gestützten Messtechnik. Bei der NI-STC3-Technologie handelt es sich um einen proprietären Quellcode, der in einem ASIC verankert ist und Systeme wie CompactDAQ von anderen Geräten auf dem Markt abhebt.

Vier erweiterte 32-bit-Counter/Timer

  • Counter können für Ereigniszählungen, Quadratur-Encoder-, PWM-, Perioden- und Frequenzmessungen eingesetzt werden.
  • NI-STC3-Counter sind erweiterte Counter, da sie einen Embedded- bzw. integrierten Hilfscounter umfassen. Auf diesen kann vom Anwender nicht direkt zugegriffen werden, jedoch nutzt sie der Treiber für einige Frequenzmessungen. Für diese Vorgänge sind normalerweise zwei kaskadierte Counter erforderlich, jedoch nicht mit der NI-STC3-Technologie.
  • Ressourcen können gemeinsam genutzt werden, um Counter-Tasks mit anderen Counter-, Digital- und Analogtasks zu synchronisieren.

 

Abb. 5: Das Diagramm zeigt den Counter 0 und den Frequenzgenerator.

Integrierter Frequenzgenerator

  • Grundtakte von 10 MHz, 20 MHz und 100 kHz
  • 16 Teiler (n=1...16)
  • Ausgabe über ein installiertes hardwaregetaktetes Digitalmodul oder integrierte BNC-Triggerkanäle (max. 1 MHz Bandbreite auf Triggerkanälen)

Erweiterte Counter- und Digitalfunktionen

  • Erkennung von Statusänderungen
  • Hardwaretriggerung (Start, Referenz und Pause)
  • PFI-Anschlüsse für Ein-/Ausgangs-Timingsignale für Analog-, Digital- und Counterfunktionen
  • 8 Countereingangsfunktionen
  • 5 Counterausgangsfunktionen

Streaming-Technologie von NI

Kommunikationsbusse wie USB, Ethernet und WLAN (IEEE 802.11) besitzen eine standardisierte Datenstruktur sowie eine festgelegte Methode für die Gerätekommunikation mit dem Host, nicht alle Geräte sind jedoch gleich. Die patentierte Streaming-Technologie von NI sorgt für einen effizienten Betrieb von NI-Datenerfassungsgeräten im Rahmen dieser Busstandards. Viele Verbraucherprodukte benötigen nur einen oder zwei Datenstreams in eine Richtung, wie z. B. Musikplayer und Speichergeräte, die häufig eine große Menge an Daten in eine Richtung bewegen, nämlich entweder zum oder vom Host-PC. Prüfsysteme hingegen umfassen oft mehrere Ein- und Ausgänge, die simultan laufen. Die Streaming-Technologie von NI ermöglicht dabei eine bidirektionale Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung vom und zum CompactDAQ-System.

Abb. 6: Die Streaming-Technologie von NI ermöglicht das parallele Streaming von Daten mehrerer Tasks bei minimaler Prozessorbeteiligung.

Mehr über die Streaming-Technologie von NI

Softwareoptionen für CompactDAQ

CompactDAQ-Systeme ermöglichen das Entwickeln von Mess- und Prüfanwendungen in verschiedenen Programmierumgebungen, darunter ANSI C/C++, Visual C# und Visual Basic .NET. Mit der Entwicklungsumgebung LabVIEW lässt sich jedoch aufgrund der nahtlosen Hard- und Software-Integration die maximale Leistung für ein CompactDAQ-System erzielen – und das bei geringstem Programmieraufwand.

LabVIEW ist eine Programmierumgebung, mit der sich anspruchsvolle Prüf-, Mess-, Steuer- und Regelsysteme entwickeln lassen. Dabei werden intuitive grafische Symbole eingesetzt und miteinander verbunden, sodass eine Art Flussdiagramm entsteht. LabVIEW kann mit Hunderten von Messgeräten, einschließlich der Plattform CompactDAQ, eingesetzt werden und bietet zahlreiche integrierte Bibliotheken für erweiterte Analyse- und Darstellungsfunktionen. LabVIEW ist ein Industriestandardwerkzeug, mit dem sich Messungen mit mehreren Geräten automatisieren, Daten in Echtzeit analysieren und benutzerdefinierte Berichte innerhalb weniger Minuten erstellen lassen.

Abb. 7: Die grafische Programmierung und Datenflussdarstellung ermöglichen Anwendern ein produktiveres Arbeiten, sodass genau nach Vorstellung programmiert werden kann.