Bussysteme in der Messtechnik

So wählen Sie einen geeigneten Mess-Bus für ein Mess- und Testsystem

| Autor / Redakteur: Christian Korreng * / Hendrik Härter

Welche Vorteile der LXI-Bus bietet

Die Stärke von LXI ist die Vielseitigkeit. Zwar bieten andere Standards unter anderem höhere Datenraten und geringere Latenzzeiten, jedoch spielen diese bei genauer Betrachtung in vielen realen Einsatzgebieten eine untergeordnete Rolle. Bei Anwendungen wie dem klassischen Funktionstest wird oft zwischen vielen Messpunkten umgeschaltet. Die hierbei physikalisch auftretenden Schaltzeiten der eingesetzten Relais liegen meist bei mehreren Millisekunden.

Auch Einstellungen wie Messfunktion und -bereiche der Messinstrumente werden häufig für jede Messung verändert. Aufgrund dieser Tatsache haben ein durchdachtes Systemdesign und eine gute Applikationssoftware den größten Einfluss auf die tatsächliche Testzeit der Prüfobjekte.

Auch bei verteilter Datenerfassung kann LXI für die Überbrückung von großen Distanzen seine Vorteile ausspielen: Eine räumliche Verteilung der einzelnen Messerfassungen verbessert einerseits die Signalqualität der zu messenden Größe, da viel geringere Kabelwege bei üblicherweise sehr kleinen Sensorsignalen notwendig sind. Außerdem wird der Messaufbau deutlich übersichtlicher, da von jeder Aufnahmestelle lediglich eine Netzwerkverbindung weiter geführt werden muss.

Gerade bei Datenerfassungssystemen ermöglicht das Protokoll IEEE1588 die präzise Zeitsynchronisation aller Komponenten im Netzwerk und sichert auch bei verteilten Systemen eine zeitlich korrelierte Erfassung räumlich getrennter Messstellen. Der LXI-Standard definiert solche und weitere Zusatzfunktionen wie Trigger und stellt die gemeinsame Verwendung von Komponenten unterschiedlicher Hersteller sicher.

PXI und PXIe stehen für PCI(e) Extension for Instrumentation. Es ist eine Weiterentwicklung des parallelen PCI und des schnellen, seriellen PCIe-Busses, der aus der Computerwelt bekannt ist. Der Standard geht auf den Hersteller National Instruments zurück und ist seit 1998 als offener Industriestandard mit vielen Mitgliedern und Produkten verfügbar. Ein PXI(e)-System besteht aus einem Mainframe mit integrierter Stromversorgung und Einschubplätzen für eine definierte Anzahl von PXI(e)-Modulen bzw. Einsteckkarteninstrumenten.

Häufig wird der „Computer“ direkt als Controllereinschub in das Mainframe integriert. Alternativ lässt sich der PCI(e)-Bus eines externen Rechners mit sogenannten Bridges auf das Mainframe erweitern. Die Kommunikation zwischen Instrumenten und Rechner erfolgt über eine gemeinsame Backplane. Wie auch in der Computerindustrie gibt es die etwas ältere, parallele PXI- und die neuere, serielle PXIe-Architektur. Es gibt Mainframes, die sowohl PXI, PXIe und gemischte Kartenbestückungen ermöglichen.

PXI(e) ergänzt den reinen Datenbus um einen Referenztakt von 10 MHz und Trigger-Funktionen, die für jedes Modul zur Verfügung stehen. Im Vergleich zu Einzelinstrumenten sind die Einsteckkarten wesentlich kompakter, wodurch das Frontpanel entfällt und auch die elektrische Leistung je Modul limitiert ist. PXI(e) eignet sich aufgrund der hohen Datenraten und der geringen Latenzzeiten für Systeme, die viele Daten erfassen und verarbeiten müssen. Durch die hohe Packungsdichte der Instrumente lassen sich kompakte Messsysteme entwickeln, die aufgrund der integrierbaren Rechner vollständig ohne externe Bedienelemente auskommen oder sich durch den Einsatz von FPGA-Karten auch für die Implementierung von Echtzeiteigenschaften eignen.

Die Steuerung der Instrumente erfolgt über mitgelieferte Treiber. Somit verschiebt sich das „Frontpanel“ in die Software. Mit einem entsprechenden Treiber wird ein HMI visualisiert. Die hohe verfügbare Daten-Bandbreite zusammen mit vielkanaligen Datenerfassungsmodulen macht PXI(e) bei der schnellen, zeitlich synchronisierten und präzisen Datenerfassung von vielen Kanälen interessant. Hierbei können je nach Applikation schnell Datenmengen von mehreren GByte aufgenommen werden.

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