Meilensteine der Elektronik

The Software is the Instrument – National Instruments

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Der PXI-Bus ermöglicht modulare Testsysteme

1997 erfolgt die Markteinführung des PXI-Busstandards (PCI eXtensions for Instrumentation). Der PXI-Bus basiert auf Intels bewährter und millionenfach getesteter CompactPCI-Architektur, verfügt aber noch über zusätzliche Timing- und Trigger-Funktionen mit einem 10-MHz-Referenztakt. Dadurch ist ein sehr geringer Laufzeitunterschied von unter einer Nanosekunde möglich. PXI erlaubt es, modulare Mess- und Testinstrumente auf PC-Basis zusammenzustellen.

Das bedeutet, dass Mess- und Analyseinstrumente, die auf diesem Schnittstellenstandard basieren, in ein und demselben Gehäuse betrieben werden können. Der Vorteil: Anstelle von Messinstrumenten, die einen vom Hersteller vorgegebenen, fest definierten Funktionsumfang haben, können modulare Testsysteme betrieben werden. Reichte zum Beispiel der Frequenzumfang eines Oszilloskops für ein bestimmtes Projekt nicht mehr aus, dann musste bis dato in der Regel ein neues beschafft werden. In einem PXI-System muss nur eine geeignete Scope-Karte eingeschoben werden und kann Seite an Seite mit der alten betrieben werden.

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Seit 1998 ist PXI ein offener Industriestandard, den die PXI System Alliance verwaltet und weiterentwickelt. Der Allianz gehören heute mehr als 70 Unternehmen an, die insgesamt über 1500 unterschiedliche PXI-Module auf den Markt gebracht haben. Nach einer Schätzung von Frost & Sullivan soll der Markt für PXI-basierte Produkte im Jahr 2017 ein Volumen von über einer Milliarde Dollar überschreiten.

1998 ist auch das Jahr, in dem der North-Mopac-Firmencampus im Norden von Austin fertiggestellt wird. Das NI-Hauptquartier verfügt über viele Annehmlichkeiten, die es den Angestellten ermöglichen, kurzzeitig zu entspannen – etwa Spazierwege, Volleyballfelder oder Sonnenterrassen und Gemeinschaftsräume.

Mit der CompactRIO-Plattform bringt National Instruments im Jahr 2004 eine sehr kompakte Lösung für das Steuern und Regeln im industriellen Umfeld auf den Markt. Das Kürzel RIO steht für „Reconfigurable Input/Output“.

Die Geräte bestehen aus einem Chassis, einem Controller und austauschbaren Ein- und Ausgabemodulen. Der Controller ist die Steuerungseinheit, die über einen Mikroprozessor und RAM-Speicher für die Ausführung von Programmen verfügt. Das Chassis enthält einen FPGA und die Backplane für die Verdrahtung sowie Steckplätze für die austauschbaren Ein- und Ausgabemodule.

CompactRIO wird dort eingesetzt, wo eine kleine Baugröße nötig ist und Robustheit in Bezug auf Hitze und Kälte sowie Schock- und Schwingungsbeständigkeit gefordert sind. Der integrierte FPGA wird mit LabVIEW programmiert und erlaubt höchste Performance bei der Ein-und Ausgabe, der Datenverwaltung oder bei Steuerungen und Regelungen.

Eine Weiterentwicklung dieses Ansatzes bildet das Single-Board-RIO, ein rekonfigurierbarer Einplatinencomputer für die Datenerfassung sowie für Steuerungs- und Regelungsaufgaben. Jeder Controller wird mit Echtzeit-Linux, Treibern und Unterstützung für diverse Programmiersprachen geliefert. Das System-on-Module (SOM) stellt das Single-Board-RIO mit dem kleinsten Formfaktor dar. Das SOM wurde im Hinblick auf das industrielle Internet der Dinge entwickelt.

Zum Beispiel setzt der Flugzeughersteller Airbus auf das SOM, um die Werkzeuge für die Flugzeugfabrik der Zukunft zu entwickeln. Eine bestimmte Teilbaugruppe eines Flugzeugs besitzt 400.000 Stellen, die festgezogen werden müssen. Dazu sind gegenwärtig über 1100 Spannwerkzeuge nötig. Der Bediener muss eine Liste mit Schritten genau befolgen und die passenden Drehmomenteinstellungen für jede Stelle mithilfe des korrekten Werkzeugs sicherstellen.

Die manuelle Vorgehensweise bedeutet ein hohes Risiko bei der Produktion: Selbst eine einzige Stelle, die falsch festgezogen wurde, könnte langfristig Kosten von hunderttausenden Dollar verursachen. Ein intelligentes Spannwerkzeug begreift dagegen, welche Aufgabe der Bediener ausführen will, indem Bilderfassung und -verarbeitung zum Einsatz kommen, anhand derer das Werkzeug automatisch das Drehmoment festlegt.

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