Meilensteine der Elektronik Vereinfachter Entwurf von Embedded-Systemen mit CompactRIO

Redakteur: Franz Graser

In diesem Beitrag erfahren Sie mehr über vielfältige Funktionen der Plattform CompactRIO, die es ermöglicht, den Entwurf von Embedded-Systemen zu vereinfachen und innovative Entwürfe schneller auf den Markt zu bringen.

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Entwurf interaktiver, funktionsreicher grafischer Benutzeroberflächen und direkte Verbindung mit CompactRIO zur Optimierung der Datendarstellung und Bedienoberflächen ohne Einsatz eines HMI-Controllers
Entwurf interaktiver, funktionsreicher grafischer Benutzeroberflächen und direkte Verbindung mit CompactRIO zur Optimierung der Datendarstellung und Bedienoberflächen ohne Einsatz eines HMI-Controllers
(Bild: National Instruments)

Der Aufwand für das Entwerfen von Steuer-, Regel- und I/O-Systemen für Industriemaschinen und komplexe Geräte ist nicht zu unterschätzen. Die Entwicklerteams müssen profitable und differenzierte Produkte liefern und gleichzeitig strikte technische Anforderungen und straffe Zeitpläne einhalten. Einen vollständigen Embedded-Entwurf von Anfang bis Ende umzusetzen, stellt eine bedeutende Herausforderung für kleine Teams dar und bringt erheblichen Aufwand hinsichtlich Zeit, Ressourcen und Fachwissen mit sich.

Der Umfang und die Komplexität solcher Entwürfe hindern Teams zudem daran, die neuesten Entwicklungen bei heterogenen Verarbeitungstechnologien zu nutzen, da die Fortschritte in der Chipentwicklung den derzeitigen Entwurfszyklen um Längen voraus sind. Der Ablauf wird noch komplizierter, wenn die Teams etliche Hardwaresubsysteme – in der Regel von mehreren Anbietern – einbinden und diese Subsysteme mit nicht aufeinander abgestimmten Software-Toolchains programmieren müssen.

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Es gibt jedoch eine bessere Möglichkeit, um Steuer-, Regel- und I/O-Systeme für fortschrittliche Maschinen und Geräte zu entwerfen, die gleichzeitig die Komplexität verringert, die Integration verbessert, Risiken reduziert und die Markteinführungszeit verkürzt. Mithilfe einer robusten, zuverlässigen und in der Industrie bewährten Plattform für das Embedded-Design, die mittels Software vollständig anpassbar ist, können Entwicklerteams auf einer höheren Integrationsstufe arbeiten und müssen weniger Zeit für die Systemintegration und das Design auf Hardwareebene aufbringen. So können sie sich verstärkt auf das Entwickeln zusätzlicher Funktionen und Differenzierungsmerkmale konzentrieren.

Die Plattform CompactRIO vereint robuste, rekonfigurierbare Hardware mit intuitiver Software sowie einem offenen Ökosystem von IP, Support und Partnern. Anwender benötigen keine separaten Subsysteme oder Controller mehr, da Kameras, Motoren, Antriebe, Anzeigen und Sensoren direkt mit CompactRIO verbunden werden können.

Mithilfe einer vollständigen und integrieren Softwarewerkzeugkette lässt sich die Funktionalität anpassen und die Leistung des FPGAs zur erweiterten Verarbeitung und komplexen Steuerung nutzen, selbst wenn keine Kenntnisse in Hardwarebeschreibungssprachen wie VHDL oder Verilog vorhanden sind. In diesem Whitepaper erfahren Sie mehr über vielfältigen Funktionen und die hohe Leistung der Plattform CompactRIO, die es Ihnen ermöglicht, den Entwurf von Embedded-Systemen zu vereinfachen und innovative Entwürfe schneller auf den Markt zu bringen.

Industrielle Bildverarbeitung: Sie können Ihre Bildverarbeitungsaufgaben direkt in den CompactRIO-Controller integrieren. Wenn Sie CompactRIO als Ihren Controller für die Bildverarbeitung einsetzen, profitieren Sie nicht nur von integriertem IP, sondern auch vom Vision Assistant für die Entwicklung benutzerdefinierter Algorithmen zur erweiterten Bildverarbeitung sowie einem anwenderprogrammierbaren FPGA für die rechenintensive Bildverarbeitung. Außerdem bietet CompactRIO offene Unterstützung für Kameras von Drittanbietern, die den Industriestandards GigE Vision und USB3 Vision entsprechen. Ein weiterer Vorteil der Integration besteht darin, dass die Bilder direkt mit I/O und anderen Prozessen Ihrer Anwendung interagieren können, z. B. mit der Motorsteuerung, sodass Ihre Bildverarbeitung praktisch in die Steuerschleife integriert wird.

Motorsteuerung: CompactRIO kann auch als leistungsstarke Motorsteuerungseinheit eingesetzt werden. CompactRIO bietet native Unterstützung für Motoren und Antriebe von NI und Drittanbietern, sodass Sie eine direkte Verbindung zur Motorsteuerungshardware herstellen und integriertes IP für die Motorsteuerung nutzen können, um Achseneinstellungen zu simulieren und zu konfigurieren, Motoren feineinzustellen und benutzerdefinierte Steueralgorithmen zu implementieren. Eine separate Motorsteuerungseinheit ist somit nicht erforderlich.

Dank des anwenderprogrammierbaren FPGAs, der Bestandteil des CompactRIO-Controllers ist, können Sie hochgradig deterministische und hochkomplexe Motorsteuerungsalgorithmen entwerfen, auch wenn Sie nicht mit klassischen FPGA-Hardwarebeschreibungssprachen wie VHDL oder Verilog vertraut sind. Außerdem lässt sich die Funktionalität der Motorsteuerung bis auf die unterste Ebene der Steuerungs-IP anpassen, um so spezifische Anwendungsanforderungen zu erfüllen sowie Algorithmen in Mess-I/O und Bildverarbeitung für Kraftrückkopplungs- und bildverarbeitungsgestützte Motorsteuerungsanwendungen zu integrieren.

Integrierte Software: Mithilfe intuitiver Software können Sie die Funktionalität Ihres CompactRIO-Systems jederzeit neu festlegen. Außerdem steht Ihnen eine einzige, optimierte Werkzeugkette für jede Phase des Entwurfsprozesses zur Verfügung: von der Modellierung und Simulation über die Prototypenerstellung und Validierung bis hin zum Einsatz. NI-Software hilft dabei, Risiken zu verringern und eine höhere Produktivität zu erzielen, da Anwender keine I/O-Treiber, Betriebssysteme und weitere Middleware erstellen und warten müssen. CompactRIO-Controller sind mit NI Linux Real-Time ausgestattet, einem vorab validierten Echtzeitbetriebssystem, das die einfache Handhabung von Linux für Desktop-Systeme mit der für Industrieanwendungen erforderlichen Sicherheit und Echtzeitleistung vereint.

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Die Offenheit von NI Linux Real-Time ermöglicht es Anwendern, den integrierten Prozessor sowohl mit LabVIEW als auch mit C/C++ über die nativ unterstützte Programmierumgebung Eclipse zu programmieren. Außerdem können Sie mit der grafischen Umgebung LabVIEW den integrierten FPGA programmieren und dessen hohe Leistungsfähigkeit nutzen, selbst wenn Sie keine Hardwarebeschreibungssprachen wie VHDL oder Verilog beherrschen.

Protokollierung und Überwachung: Mit CompactRIO können Sie selbst in extremen Umgebungen anspruchsvolle Datenprotokollierungs- oder Online-Überwachungsaufgaben ausführen. Die Plattform bietet eine äußerst zuverlässige Headless-Lösung für die fortlaufende Überwachung kritischer Anlagen. Die Zeiten geplanter bzw. in Abständen durchgeführter Vor-Ort-Überwachungen sind vorüber. Stattdessen steht Ihnen nun mehr Zeit für die Datenanalyse und Steigerung der Nutzungsdauer von Anlagen zur Verfügung. Mithilfe von CompactRIO können Sie einen Plan zur vorausschauenden Wartung implementieren, um die Nutzungsdauer Ihrer Anlagen voll auszuschöpfen. Die Plattform CompactRIO bietet zudem native Programmierschnittstellen für das lokale Speichern von Daten oder die Übertragung an das Unternehmen oder die Cloud für eine weitere Analyse und Speicherung.

Verarbeitung und Analyse: Die Architektur von CompactRIO ermöglicht die (unternehmensweite) Verarbeitung und Analyse erfasster Daten in Echtzeit, sodass Sie schnell fundierte Entscheidungen treffen können. Beschleunigen Sie die Entwicklung Ihrer Anwendung mit Hunderten von integrierten Funktionen für die Signalverarbeitung, Analyse, Steuerung und Mathematik. Ganz gleich, ob Sie erweiterte Analysen, Signal- oder Bildverarbeitung oder komplexe mathematische Aufgaben durchführen wollen – CompactRIO ermöglicht die Verarbeitung direkt am Netzwerkrand, wodurch die Plattform zu einer äußerst flexiblen und intelligenten Lösung für das industrielle Internet der Dinge wird.

Anzeigen und Datendarstellung: Bei CompactRIO können Sie für die Darstellung Ihrer Daten aus einer Kombination von lokalen, dezentralen oder mobilen Anzeigen wählen. Ob mit einer einfachen, über RS-232 gesteuerten Anzeige, einem hochauflösenden Monitor mit direkter Verbindung zum Controller oder einem dezentralen bzw. mobilen webbasierten Thin-Client, Sie können interaktive, funktionsreiche grafische Benutzeroberflächen entwerfen und diese direkt mit CompactRIO verbinden. So bedarf es für die Datendarstellung und Bedienoberflächen keines zusätzlichen Controllers als Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI).

Analog- und Digital-I/O: Nutzen Sie über die Plattform CompactRIO die über Jahrzehnte gewonnenen Erfahrungen von NI in der Erfassung hochwertiger Signale mithilfe messspezifischer Signalkonditionierung, integrierter Isolierung und industrietauglicher I/O zur Anbindung zahlreicher Sensoren und Signale. Sie können aus über 150 I/O-Modulen von NI und Drittanbietern für Messungen, Steuerung, Regelung und Kommunikation wählen, um Ihre Anwendungen an jeden beliebigen Sensor oder Bus anzuschließen.

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