Datenspeicherung und Berichterstellung mit LabVIEW

Die Auswahl des richtigen Dateiformats für das Speichern von Daten in Ihrem Testsystem kann eine große Entscheidung sein. Sie müssen ein Format auswählen, das Ihren Anforderungen in Ihrem aktuellen System entspricht, aber auch skaliert werden kann, wenn sich Ihre Testanforderungen ändern. Beim Evaluieren von Speicherformaten sind viele Merkmale zu berücksichtigen:

• Gemeinsame Nutzung und Austauschbarkeit von Dateien
• Speicherplatzbedarf
• Einfache Einbeziehung von Metadaten und Eigenschaften
• Geschwindigkeiten beim Lesen und Schreiben
• Vertrautheit mit dem Format

Da jede Anwendung anders ist, enthält LabVIEW eine große Auswahl an Datei-I/O-Optionen, wie zum Beispiel ASCII, Binär, Datenprotokoll, ZIP und XML.

^{Abbildung 1: Mit LabVIEW können Sie entsprechend Ihren Anforderungen zwischen vielen Schnittstellen zum Lesen und Schreiben von Dateien wählen.}

Wie in Abbildung 1 zu sehen ist, enthält LabVIEW grundlegende Funktionen, mit denen Sie Dateien von Grund auf neu erstellen können, sowie Express-VIs zum Konfigurieren von Datei-I/O-Parametern in einem Dialogfeld, so dass Sie sich keine Gedanken über Details wie das Öffnen von Dateireferenzen, das Formatieren von Strings und die Byte-Reihenfolge machen müssen. Da gute Methoden für die Datei-I/O zu den schwierigeren Teilen beim Erstellen von Test- oder Messsystemen gehören können, enthält NI LabVIEW Dutzende Beispiele für alle Dateitypen, die Ihnen den Einstieg erleichtern.

Spezielle Datei-I/O für technische Daten

Obwohl LabVIEW eine Vielzahl verschiedener Datei-I/O-Optionen bietet, erfüllen diese traditionellen Dateitypen selten alle Kriterien, die Sie für ein Dateiformat benötigen. ASCII-Dateien sind beispielsweise austauschbar, aber sehr groß und nur langsam zu lesen und schreiben. Andererseits können die Geschwindigkeiten beim Lesen und Schreiben von Binärdateien mit Hochgeschwindigkeitshardware mithalten, während sich die gemeinsame Nutzung mit anderen schwierig gestaltet.

Aufgrund der Nachteile der traditionellen Datei-I/O hat National Instruments das Dateiformat TDMS (Technical Data Management Streaming) entwickelt, um die spezifischen und hohen Anforderungen von Ingenieuren und Wissenschaftlern zu erfüllen. TDMS-Dateien basieren auf dem TDM-Datenmodell zum Speichern gut strukturierter und dokumentierter Test- und Messdaten. Das TDM-Datenmodell bietet drei Hierarchieebenen (siehe Abbildung 2): Datei, Gruppe und Kanal. Die Dateiebene kann eine unbegrenzte Anzahl von Gruppen und jede Gruppe eine unbegrenzte Anzahl von Kanälen enthalten. Aufgrund dieser Kanalgruppierung können Sie Ihre Daten benutzerfreundlich organisieren. So kann beispielsweise in einer einzelnen Datei eine Gruppe für die Rohdaten und eine weitere Gruppe für die analysierten Daten angelegt werden. Alternativ können auch mehrere Gruppen angelegt werden, die Sensortypen oder Positionen entsprechen.

^{Abbildung 2: Das TDM-Datenmodell erfüllt die spezifischen Anforderungen von Messdaten.}

Sie können auch auf jeder dieser drei Ebenen Ihre eigenen benutzerdefinierten Eigenschaften einfügen. Jede Ebene nimmt eine unbegrenzte Anzahl von anwenderdefinierten Attributen auf, um umfangreich dokumentierte und suchoptimierte Datendateien zu erhalten. Die Zusatzinformationen in der TDMS-Datei – ein wichtiger Vorteil dieses Modells – bieten eine einfache Möglichkeit, die Daten ähnlich wie Programmcode zu dokumentieren. Mit zunehmenden Dokumentationsanforderungen muss die Anwendung nicht neu entwickelt werden. Stattdessen wird einfach das Datenmodell entsprechend Ihren Anforderungen erweitert.

Mehrere benutzerfreundliche Programmierschnittstellen

Da TDMS für die Anforderungen aller Ingenieure entwickelt wurde, bietet es Benutzerfreundlichkeit, Hochgeschwindigkeits-Streaming und Austauschbarkeit. Wie bei vielen Operationen in LabVIEW können Sie mehrere Schnittstellen zum Schreiben von TDMS-Dateien verwenden. TDMS-Dateien können schnell mit Hilfe eines virtuellen Instruments (VIs) wie dem Express-VI „Messwerte in Datei schreiben“ gelesen und geschrieben werden. Für bestmögliche Leistung und Anpassung können Sie aber auch die einfachen TDMS-VIs der Palette „Datei-I/O“ verwenden. Bei Verwendung von LabVIEW mit NI-DAQmx können Sie auch das VI „Protokollierung konfigurieren“ der DAQ-Palette verwenden oder direkt im NI DAQ-Assistenten protokollieren (siehe Abbildung 3).

^{Abbildung 3: Bei mehreren Schnittstellen zum Schreiben von TDMS-Dateien können Sie die Schnittstelle auswählen, die Ihren Anforderungen am besten entspricht.}

Hohe Streaming-Geschwindigkeiten

Obwohl TDMS so konzipiert ist, dass es einfach zu bedienen ist, ist es angesichts der großen Geschwindigkeitsverbesserungen in der Hardware in den letzten Jahren wichtig, dass TDMS für Hochgeschwindigkeits-Streaming optimiert wird, damit die Datei-I/O nicht der Engpass bei der Bestimmung Ihrer Erfassungsgeschwindigkeiten ist. Mit seinen Optimierungen zur Umgehung der Pufferung ist TDMS die schnellste Methode zum Schreiben von Daten auf der NI-Plattform. Bisher wurde TDMS für das Streaming von Daten mit bis zu 3,6 GB/s getestet.

Dateien, die mit anderen Programmen wie Microsoft Excel ausgetauscht werden können

Da Sie möglicherweise in zusätzlichen Anwendungen arbeiten müssen, können TDMS-Dateien problemlos zwischen anderen Programmen ausgetauscht werden. Sie können TDMS-Dateien in Microsoft Excel mit Hilfe des TDM-Excel-Zusatzpakets öffnen, das mit Software von NI installiert wird und kostenlos auf ni.com erhältlich ist. Eine C-DLL kann auch zum Lesen und Schreiben von TDMS-Dateien in anderen Programmiersprachen verwendet werden. NI unterstützt Sie dabei, gut strukturierte und dokumentierte Daten im TDMS-Dateiformat zu schreiben, unabhängig davon, welche Produkte Sie verwenden.

Obwohl Sie idealerweise das Dateiformat für jede Anwendung, an der Sie arbeiten, auswählen können, können Sie aufgrund von veralteten Dateien oder Hardware, die benutzerdefinierte Formate verwendet, auf das Lesen und Schreiben in einem benutzerdefinierten Format beschränkt sein. Um diese benutzerdefinierten Formate in LabVIEW verwenden zu können, hat NI die DataPlugin-Technologie entwickelt. Wie in Abbildung 4 zu sehen ist, fungiert ein DataPlugin als Datei-Parser, der LabVIEW und anderen NI-Softwareprodukten mitteilt, wie benutzerdefinierte Dateiformate gelesen und dem TDM-Hierarchiemodell im Speicher zugeordnet werden sollen.

^{Abbildung 4: Mit einem DataPlugin können Sie jedes Dateiformat dem TDM-Datenmodell zuordnen.}

National Instruments stellt mehr als 200 kostenlose, herunterladbare DataPlugins für die gängigsten Dateiformate bereit. Für benutzerdefinierte Formate können Sie mit Hilfe einer dokumentierten API eigene DataPlugins in LabVIEW und NI DIAdem-Software erstellen oder einen NI-Experten bitten, ein DataPlugin für Sie zu erstellen. Mit DataPlugins sind Sie nicht mehr durch benutzerdefinierte Formate und Anwendungen eingeschränkt und haben Optionen zur Verwendung Ihrer Daten.

Bei vielen Anwendungen kann die Menge der erfassten Daten schnell zu einer enormen Herausforderung werden. In der Regel werden Sie eine Datenbank in Betracht ziehen, um mit dem Speichern Ihrer Daten für eine schnellere Suche und Trendbestimmung zu beginnen. National Instruments vereinfacht mit dem LabVIEW Database Connectivity Toolkit die Arbeit mit einer Datenbank durch Abstraktion der Low-Level-SQL-Abfragen (Structured Query Language). Das Verschieben Ihrer vorhandenen Daten in eine Datenbank, das Pflegen der Datenbank und das Erstellen von Anwendungen für den Zugriff auf Daten kann jedoch äußerst kostspielig und zeitaufwendig werden.

Als Antwort auf diese Herausforderung hat NI die im LabVIEW DataFinder Toolkit und DIAdem enthaltene NI DataFinder-Technologie zur Verwaltung von Testdateien ohne den Aufwand für die Einrichtung und Pflege einer großen Datenbank entwickelt. Mit NI DataFinder können Sie Internet-ähnliche Suchen in allen Ihren Datendateien durchführen, unabhängig von Format und Speicherort im Intranet Ihres Unternehmens. Zeigen Sie in NI DataFinder einfach auf den Speicherort Ihrer Datendateien. Danach können Sie innerhalb von Sekunden nach Ihren Dateien suchen, genau wie Sie im Internet nach Informationen suchen würden.

Der NI DataFinder erstellt und verwaltet automatisch einen Index aller Dateien, die den Kriterien für Dateityp und Speicherort in der NI DataFinder-Konfiguration entsprechen. Sie können im NI DataFinder-Index automatisch gespeicherte Eigenschaften in Abfragebedingungen verwenden. Sobald eine gültige Datendatei hinzugefügt, gelöscht oder bearbeitet wird, erkennt NI DataFinder dies automatisch und aktualisiert die Eigenschaften und die Hierarchie der Daten im Index. Wenn Sie Eigenschaften, die noch nicht in NI DataFinder gespeichert sind, in einer neu erstellten Datei speichern, werden diese automatisch zum Index hinzugefügt. NI DataFinder verwaltet seine eigenen Tabellen dynamisch und aktualisiert sie basierend auf Aktivität in der Datei und dem Inhalt jeder Datei. Dadurch können, anders als bei vielen teuren Datenbanklösungen, Informationen geändert oder ergänzt werden, wenn sich die Anforderungen ändern, ohne dass die gesamte Datenverwaltung überarbeitet werden müsste. Mit NI DataFinder finden Sie schnell Trends und Korrelationen in den großen Datenmengen, die Sie während Ihrer Tests gespeichert haben.

Nachdem Sie Ihre Daten in einer Datei gespeichert, analysiert und nach Ergebnissen und Trends durchsucht haben, müssen Sie Ihre Ergebnisse auf einfache Weise mit anderen teilen können. Die Protokollerstellung konzentriert sich auf die Visualisierung und Austauschbarkeit Ihrer Endergebnisse und nicht auf den gesamten Datenbestand, den Sie in der Datei speichern. Obwohl ein Frontpanel des VIs eine hervorragende Möglichkeit ist, Ihre aktuellen Daten während der Erfassung zu visualisieren und mit ihnen zu interagieren, ist es nicht für das Protokollieren der Endergebnisse konzipiert. Mit LabVIEW können Sie schnell Protokolle erstellen oder Vorlagen zur Automatisierung der Protokollerstellung verwenden. Sie können Ausgabeprotokolle in gängigen Dateiformaten wie HTML, PowerPoint und PDF erstellen.

Einfache Datenprotokollerstellung

Für die einfache Protokollerstellung verfügt LabVIEW über integrierte VIs zum Erstellen von Text- und HTML-Protokollen. Sie können einfache VIs zum programmatischen Erstellen eines Protokolls verwenden oder das Express-VI „Protokoll“ verwenden, um alle Protokollparameter zu konfigurieren und in einem Fenster auszugeben (siehe Abbildung 5).

^{Abbildung 5: Mit dem Express-VI „Protokoll“ in LabVIEW können Sie professionelle Berichte konfigurieren.}

Arbeiten mit Microsoft Excel und Word

Sie können Berichte auch direkt an Microsoft-Anwendungen wie Excel und Word senden. Dazu können Sie ActiveX oder das LabVIEW Report Generation Toolkit, das in LabVIEW Professional enthalten ist, verwenden. Das Report Generation Toolkit abstrahiert die Komplexität der Interaktion mit Excel und Word und ermöglicht es Ihnen, sich auf die eigentlichen Protokollelemente zu konzentrieren. Mit diesen VIs können Sie Ihren Microsoft-Dokumenten problemlos Überschriften, Tabellen und Graphen hinzufügen. Sie können auch Vorlagen in Word und Excel erstellen, die in LabVIEW aufgerufen werden können, um die Protokollerstellung stärker zu automatisieren und zu standardisieren.

Entwerfen flexibler und automatisierter Protokollvorlagen

Durch das Erstellen von Vorlagen können Sie benutzerdefinierte Protokolle einfach automatisieren und mit neuen Daten und Ergebnissen aktualisieren. Mit der Datenverwaltungssoftware DIAdem können Sie interaktiv Protokollvorlagen mit Graphen, Tabellen und Grafiken erstellen und diese Vorlagen mit dem Express-VI „DIAdem-Protokoll“ in LabVIEW aufrufen. Nach dem Erstellen der Vorlage müssen Sie lediglich Ihre Datenquellen einbinden und die Anwendung starten. Bei jeder Ausführung aktualisiert die Vorlage die Daten und Ausgaben in gängige Formate wie PowerPoint- und PDF-Dateien (siehe Abbildung 6), die Sie einfach teilen können. Da die DIAdem Reporting Engine für große Datensätze ausgelegt ist, sind die Datenmengen, die Sie in Ihr Protokoll aufnehmen können, nicht begrenzt.

^{Abbildung 6: Sie können DIAdem-Protokolle in gängigen Protokollformaten ausgeben, um sie anderen zugänglich zu machen.}

Mit den Protokollerstellungsfunktionen in LabVIEW haben Sie verschiedene Möglichkeiten, ansprechende Berichte zu erstellen, um Ihre Ergebnisse zu teilen. Mit Blick auf den Endnutzer können Sie diese Protokolle auch in gängigen Formaten ausgeben, die den Austausch von Ergebnissen fördern.

LabVIEW-Tools für die Speicherung, Verwaltung und Protokollerstellung abstrahieren die Details und Herausforderungen der Datei-I/O und -Protokollerstellung, so dass Sie sich auf die Datenerfassung konzentrieren können. Mit dem TDMS-Dateiformat für technische Daten, mit den DataPlugins für veraltete Dateien, mit NI DataFinder für die Suche und mit leistungsstarken Berichterstellungstools müssen Sie Ihre Erfassung nicht aufgrund der Beschränkungen beim Speichern und Protokollieren einschränken. Da Hardware immer schneller und Speicherplatz immer günstiger wird, stellt LabVIEW auch weiterhin Tools bereit, mit denen Sie alle erfassten Daten optimal nutzen können.

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