Introducción a la arquitectura de NI LabVIEW RIO

Visión General

La arquitectura de LabVIEW RIO (Reconfigurable I/O) es una parte integral de la plataforma de diseño gráfico de sistemas de NI. El diseño gráfico de sistemas, un método moderno para el diseño, creación de prototipos y despliegue de sistemas de monitorización y control, combina el entorno de la programación gráfica de NI LabVIEW con el hardware abierto disponible en el mercado (COTS: Commercial Off-The-Shelf) para simplificar enormemente el desarrollo, lo cual se traduce en diseños de mayor calidad con la posibilidad de incorporar un diseño personalizado.

Contenido

Arquitectura de NI LabVIEW RIO

Figura 1.-Arquitectura del sistema RIO

La arquitectura de NI LabVIEW RIO se basa en cuatro componentes: un procesador, una FPGA reconfigurable (Field-Programmable Gate Array), hardware modular de E/S y software de diseño gráfico. Combinados, estos componentes proporcionan la capacidad de crear rápidamente circuitos de hardware personalizado con E/S de alto rendimiento y una flexibilidad sin precedentes en el control de la temporización del sistema.

El procesador

El procesador se utiliza para implementar el código con el fin de comunicarse con otras unidades de procesamiento, tales como FPGAs, interfaces con periféricos, datos de registro y ejecutar aplicaciones. NI ofrece sistemas de hardware RIO en diversos formatos que van desde los sistemas multinúcleo de alto rendimiento con multiprocesamiento simétrico (SMP) que ejecutan el sistema operativo Microsoft Windows a los sistemas pequeños y embebidos de tiempo real como NI Single-Board RIO y CompactRIO.

FPGA

La FPGA reconfigurable es el núcleo de la arquitectura del sistema de hardware RIO. Se utiliza para evitar cargar al procesador con tareas intensivas y proporcionar una ejecución determinista con un rendimiento extremadamente alto. La FPGA está directamente conectada a los módulos de E/S para permitir un acceso de alto rendimiento a la circuitería de E/S de cada módulo y una flexibilidad ilimitada de temporización, disparo y sincronización. Debido a que cada módulo está conectado directamente a la FPGA, en lugar de hacerlo a través de un bus, no se experimenta casi ninguna latencia del control para la respuesta del sistema en comparación con otros controladores industriales.

Debido a la velocidad de la FPGA, el hardware RIO se utiliza con frecuencia para crear sistemas de control que incorporan E/S con memoria intermedia de alta velocidad, lazos de control muy rápidos o filtrado personalizado de la señal. Por ejemplo, utilizando la FPGA, un solo chasis CompactRIO puede ejecutar más de 20 lazos de control PID (Proportional Integral Derivative) de forma simultánea a una velocidad de 100 kHz. Además, debido a que la FPGA ejecuta todo el código en el hardware, lo cual proporciona alta fiabilidad y determinismo que es ideal para los bloqueos basados en hardware, temporización personalizada y disparos o la eliminación de los circuitos de medida que normalmente son requeridos por los sensores personalizados.

E/S modulares

Los módulos de E/S de la serie C contienen aislamiento, circuitos de conversión, acondicionamiento de señales y conectividad integrada para la conexión directa a sensores/actuadores industriales. Al ofrecer diversas opciones de cableado e integración de la caja de conexiones del conector de los módulos, un sistema RIO reduce significativamente los requisitos de espacio y los costes del cableado en campo.

Figura 2.- Se puede elegir entre más de 100 módulos de E/S para conectar los sistemas de NI RIO a casi cualquier sensor o actuador.

Se puede elegir entre más de 100 módulos de E/S de la serie C de NI y desarrollados por terceras partes para conectarse a casi cualquier sensor o actuador. Además, gracias al kit de desarrollo de módulos (NI-cRIO 9951) se pueden desarrollar módulos personalizados para satisfacer las necesidades específicas de la aplicación.

Plataforma de desarrollo de LabVIEW

National Instruments ofrece una solución completa para el desarrollo del diseño gráfico de sistemas de aplicaciones embebidas con el fin de que se puedan diseñar, crear prototipos y desplegar sistemas de manera eficiente con una sola plataforma de software. Gracias al software de diseño gráfico de sistemas LabVIEW, se pueden desarrollar aplicaciones para el procesador, sintetizar el propio circuito de medida personalizado en la FPGA y luego integrar perfectamente los dos con E/S modulares para crear una solución completa RIO.

Figura 3.- LabVIEW ofrece una plataforma completa de desarrollo RIO.

Dispositivos hardware de NI RIO

 

 Figura 4 . Matriz de dispositivos RIO

CompactRIO

CompactRIO es un sistema RIO pequeño y robusto ideal para aplicaciones embebidas y creación de prototipos. Configurable gracias a placas madre de cuatro y ocho slots ofrece diversas opciones de FPGA, así como diversas opciones de procesador para el controlador, CompactRIO ofrece la más amplia gama de opciones de configuración de la familia RIO. Se puede comprar también CompactRIO como un sistema embebido de bajo costo o utilizarlo para crear sistemas verdaderamente distribuidos con el chasis de expansión con NI Ethernet determinista 9144.

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Figura 5.- CompactRIO, CompactRIO embebido y chasis de expansión con Ethernet determinista CompactRIO.

 

NI MXI-Express RIO

El chasis MXI-Express RIO es la reciente inclusión a la plataforma NI RIO. Un chasis de 14 slots con FPGA para módulos de E/S de la serie C, MXI -Express RIO se diferencia de los otros dispositivos de la plataforma NI RIO; ya que, desacopla la FPGA y las E/S del procesador y permite que múltiples chasis puedan comunicarse con el mismo controlador a través de una conexión x1 MXI Express.

Al proporcionar una solución cableada RIO, MXI-Express RIO permite:

• Mayor flexibilidad en la configuración del sistema

• Mayor número de canales

• Expansión de E/S de la serie C para los sistemas PXI existentes

Figura 6.- El MXIE-RIO combina las ventajas de la plataforma RIO con la velocidad y la potencia de los mejores controladores PXI e industriales de su tipo.

NI Single-Board RIO

Los dispositivos NI Single-Board RIO integran los componentes del sistema RIO (procesador en tiempo real, FPGA y E/S) en una sola tarjeta y están diseñados para aplicaciones de elevado volumen, control embebido y adquisición que requieren alto rendimiento y fiabilidad.

  

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Figura 7.- NI Single-Board RIO

NI FlexRIO

El hardware NI FlexRIO ofrece E/S flexibles y personalizables para que se puedan crear instrumentos reconfigurables de alto rendimiento con LabVIEW FPGA Module. Gracias a la entrada de señal abierta y personalizable se puede cumplir con los requisitos exactos de una prueba o de un sistema embebido. Se pueden diseñar convertidores específicos analógico/digitales, memorias digitales intermedias, conectores e incluso un número de canales que trabajen en conjunto con un dispositivo FPGA programable con LabVIEW.

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Figura 8.- Los sistemas NI FlexRIO, que constan de un módulo adaptador y un módulo PXI FPGA, ofrecen un nuevo nivel de personalización para aplicaciones de LabVIEW FPGA.

Explore RIO

Las ventajas de la arquitectura de LabVIEW RIO se siguen verificando a través de los éxitos de los clientes. Explore las ventajas de la tecnología reconfigurable para su área de aplicación para ver cómo se puede diseñar, crear prototipos y realizar el despliegue con mayor eficiencia.

Industrial
Embebido
Pruebas
  • Control de plantas de fabricación
  • Control de movimiento
  • Monitorización de máquinas

 

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  • Diseño de dispositivos médicos
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  • Creación rápida de prototipos