Realizzare sistemi Real-Time con I/O distribuito

Panoramica

Questo documento prende in analisi la progettazione di sistemi real-time per i sistemi di produzione in serie dotati di I/O distribuiti. National Instruments fornisce lo chassis di espansione NI 9144 per i sistemi PAC e CompactRIO attraverso la comunicazione deterministica su Ethernet. Unito alla potenza di LabVIEW Real-Time, questo chassis a 8 slot per moduli della Serie C, rappresenta una soluzione semplice per i canali deterministici di I/O distribuito.

Contenuti

Introduzione

Come bisogna procedere nella progettazione dei canali di I/O distribuiti all’interno del proprio sistema di controllo time-critical? La prima domanda da porsi riguarda l’inserimento degli I/O senza perdere il determinismo delle altre componenti real-time già presenti. In assenza di un protocollo di comunicazione time-critical, è possibile tentare di sincronizzare più controller real-time mediante clock condivisi e trigger hardware attraverso i moduli digitali di I/O. Con l'aggiunta di ulteriori controller, la complessità della sincronizzazione diventa laboriosa e ingombrante, specialmente se sono necessari I/O distribuiti.

Figura 1. Soluzione complessa per l’aggiunta di I/O deterministici distribuiti

Una soluzione ideale consiste nell’utilizzo di un protocollo deterministico di comunicazione per la trasmissione dei dati dai nodi di I/O distribuiti utilizzando la stessa piattaforma compatibile hardware e software di National Instruments.

Chassis di espansione NI 9144

Lo chassis di espansione NI 9144 permette di aggiungere canali Ethernet di I/O deterministici per i propri sistemi NI CompactRIO o PAC. Questo robusto chassis a 8-slot per i moduli della Serie C comunica in maniera deterministica tramite un protocollo real-time aperto chiamato EtherCAT®. É possibile utilizzare qualsiasi sistema NI cRIO-9074 o PXI preesistente con un’interfaccia gigabit Ethernet NI PXI-8231/8232 in funzione di controller master per il sistema distribuito. In seguito, è possibile stabilire una catena di connessione in modalità “daisy chain” tra più chassis slave NI 9144 partendo dal controller master per espandere le proprie applicazioni time-critical.

Figura 2. Sistema real-time di National Instruments con I/O distribuito.

NI 9144 è uno chassis di tipo industriale progettato per fornire una maggiore robustezza e affidabilità, grazie ad un intervallo di temperatura di funzionamento compreso tra -40 e 70 °C. È possibile personalizzare il proprio sistema di misura e controllo, scegliendo tra gli oltre 30 moduli analogici e digitali della serie C. Inoltre, la configurazione software e la programmazione tramite LabVIEW sono state pensate per facilitare l’aggiunta di moduli di espansione di I/O real-time.

F

Figura 3. Chassis di espansione NI 9144 per moduli della serie C

Link correlati:
Chassis di espansione NI 9144 in dettaglio

Flessibilità con iModuli I/O della Serie Cs

Poichè lo chassis NI 9144 è un sistema di espansione modulare,questo offre la flessibilità di incorporare più tipologie di misura e canali aggiungendo ulteriori moduli di I/O. Inoltre, è possibile aggiungere altri chassis di espansione per disporre di più slot nel proprio sistema. È possibile sincronizzare automaticamente tutti i moduli di I/O presenti nel singolo chassis, come pure tutti gli chassis di espansione all’interno della rete.

Il supporto di tutti i moduli della Serie C per i canali di I/O analogici e digitali single-point, favorisce la connettività con una vasta gamma di sensori e attuatori. Ciascun modulo dispone di funzioni integrate di condizionamento dei segnali e isolamento per ampi intervalli di temperatura e per diverse tipologie di segnali industriali, quali termocoppie, resistenze, tensione, corrente, sforzo e accelerometri. Alla stregua dello chassis 9144, tutti i moduli portano il marchio di certificazione UL e vengono impiegati in ambienti industriali. Inoltre, è possibile riutilizzare i moduli di I/O della Serie C in altre piattaforme hardware di National Instruments, quali i dispositivi embedded CompactRIO, CompactDAQ USB, e acquisizione dati Wi-Fi.

Figura 4. Moduli della Serie C con connettori specifici per sensore con condizionamento di segnale integrato e convertitori A/D.

Link correlati:
Guarda il video sulla famiglia di dispositivi della Serie C

Facilità di utilizzo di LabVIEW Real-Time

Con l’introduzione di LabVIEW 8.6 Real-Time è possibile aggiungere facilmente canali di espansione di I/O deterministico all’interno dell’ambiente di progettazione grafica. La configurazione guidata per lo chassis NI 9144 richiede l’installazione del driver NI-Industrial Communications for EtherCAT sul controller master. In seguito, LabVIEW rileva automaticamente tutti gli slave connessi e i relativi moduli. LabVIEW fornisce inoltre variabili di I/O, favorendo l'accesso istantaneo ai valori fisici dei canali di I/O con un semplice drag-and-drop. Grazie alle funzioni di forzatura degli I/O e alla presenza live dei pannelli di test, è possibile utilizzare le variabili di I/O per monitorare le prestazioni del sistema e eseguire la risoluzione dei problemi. Per maggiori informazioni sulla tecnologia di LabVIEW dietro le variabili di I/O, clicca sul seguente link.

Figura 5. Rilascio delle variabili di I/O dello chassis NI 9144 su un VI di LabVIEW

Link correlati:
Introduzione a CompactRIO Scan Mode