LabVIEW Real-Time LabVIEW реального времени

Продукт американской компании National Instruments является расширением пакета LabView в область промышленных систем управления в жестком реальном времени LabVIEW Real-Time. Программное обеспечение LabVIEW RT (Real-Time) и платы серии RT DAQ (Real-Time Data Aqusition) (рис. 4.3) обеспечивают выполнение требований жесткого реального времени в рамках обычного Windows. LabVIEW RT расширило сферу применения пакета в область промышленных систем управления в жестком РВ, упростив процесс их разработки и интеграции с другими приложениями. При этом загружают код программы для выполнения на отдельном процессоре (ядро РВ), расположенном на плате ввода/вывода сигналов RT DAQ. Загрузка осуществляется автоматически при запуске прикладной программы или вручную из меню в среде разработки LabVIEW RT.

Рис. 4.3. Программно аппаратный комплекс LabView RT

LabVIEW RT– это скорость, простота, надежность LabVIEW + жесткое реальное время. Во-первых, выполнение программы на специализированном процессоре с собственной памятью и ОС, что обеспечивает надежность и детерминизм (постоянное время отклика на внешнее воздействие). Критичный ко времени код выполняется на отдельном процессоре (ядро РВ или RT Engine), что исключает влияние задержек Windows. Во-вторых, несмотря на то, что программа будет работать под управлением ОС РВ, разработка ведется обычными средствами Windows. Это экономит время и затраты на освоение специализированных инструментов разработки программ для систем жесткого реального времени. В третьих, для управления платами RT-DAQ вызываются стандартные функции ввода/вывода сигналов (VI), используемые в Windows-программах LabVIEW. Поскольку приложение LabVIEW RT выполняется на отдельном процессоре, зависание основного компьютера или перезагрузка Windows, не отражается на встроенной ОС РВ.

Взаимодействие приложений. LabVIEW VI в Windows, отслеживает работу встроенного LabVIEW RT, выполняющегося на плате RT DAQ (на рис. 4.4 PCI 7030). Программы обмениваются данными, используя общую область памяти на плате RT DAQ (shared memory) через функции Peek/Poke LabVIEW, TCP/IP или LabVIEW VI.

Рис. 4.4. Архитектура LabView RT

Server. Такой подход позволяет гибко создавать комплексные системы измерений и автоматики, где основной Windows-компьютер (host PC) выполняет основную часть задач, а встроенная плата RT DAQ реализует критичные ко времени приложения. В среде Windows, LabVIEW-программа обеспечивает интерфейс оператора, взаимодействует с аппаратурой, компьютерной сетью и сохраняет данные на диске. Встроенный LabVIEW RT, запущенный на плате серии RT DAQ, выполняет PID-управление в жестком реальном времени и обменивается данными с Windows-приложением. В случае перезагрузки Windows-программы процесс PID регулирования не прервется. После перезагрузки Windows-приложения соединение с работающей программой управления будет восстановлено автоматически.

Аппаратная поддержка. Сегодня серия устройств RT DAQ представляет собой PCI- или PXI-платы ввода/вывода аналоговых и дискретных сигналов, дополненные специализированным контроллером. Встроенный процессор работает без участия Windows под управлением собственной ОС жесткого реального времени и обеспечивает гарантированное время реакции на внешнее воздействие программы, написанной в среде LabVIEW RT. Программирование операций ввода/вывода сигналов и алгоритмов управления в среде LabVIEW RT практически ничем не отличается от создания обычных Windows-приложений. LabVIEW RT использует те же функции для управления устройствами ввода/вывода DAQ, что и обычный LabVIEW. Поэтому для согласования входных и выходных сигналов (усиление, мультиплексирование, изоляция, фильтрация и т.п.) используются обычные SCXI-модули. Линейка устройств, поддерживающих LabVIEW RT для распределенных промышленных (-40°C +70°C) систем сбора данных и управления, представлена PXI/CompactPCI-контроллерами для встроенных приложений.

Законченное решение.Среда разработки LabVIEW RT Professional Development System позволяет создавать законченные исполняемые модули для загрузки на целевую платформу. Такой исполняемый модуль работает вместе с одним из устройств ввода/вывода серии RT DAQ. На целевой платформе (Windows-компьютер + RT DAQ) исполняемый Windows-модуль автоматически загружает и запускает приложение реального времени на установленном устройстве RT DAQ. В рамках стандартных средств разработки (LabVIEW и Windows) и оборудования RT DAQ удается быстро решать ранее недоступные нестандартные задачи.

МодульLabVIEWTouchPanel предоставляет среду для создания пользовательских интерфейсов для HMI и управляющих программ для PAC. Средства LabVIEW Project Explorer позволяют управлять сложными распределенными проектами, отдельные части которых могут выполняться на различных целевых системах и ОС. Преимуществом использования LabVIEW являет то, что приложения могут быть перенесены на Windows CE или платформу Windows Mobile. Среди основных преимуществ LabVIEW Touch Panel можно выделить:

· быструю разработку пользовательских интерфейсов посредством LabVIEW;

· коммуникации с внешними устройствами с помощью Bluetooth, Wi-Fi, IrDA и последовательного интерфейса;

· интеграция со SCADA-модулем LabVIEW Datalogging and Supervisory Control (DSC).

Разделяемые переменные Shared Variables обеспечивают легко конфигурируемую инфраструктуру по обмену данными. Интеграция операторских панелей HMI и PAC с помощью Shared Variables избавляет разработчика от создания низкоуровневого кода для сетевого обмена, и позволяет сосредоточиться на решении производственных задач. Построенные на основе технологии NI-PSP (National Instruments Publish-Subscribe Protocol), Shared Variables облегчают сетевое взаимодействие, передавая данные через точки связи, которые бывают двух типов – Publisher (передающая точка) и Subscriber (принимающая) (рис. 4.5).

Publisher

Subscriber

Рис. 4.5. Типы точек связи

В версии LabVIEW 8.5, благодаря технологии многопоточных вычислений и концепции параллельного потока данных, разработка приложений для многопроцессорных компьютеров и ПЛИС систем стала еще проще. При использовании в процессорах параллельной многоядерной архитектуры для увеличения их производительности, результаты тестирования приложений LabVIEW 8.5 демонстрируют увеличение скорости работы, более эффективную загрузку процессора и повышенную надежность СРВ. Благодаря модулю Statechart Design Module, предназначенному для моделирования и анализа поведения систем, обновленным библиотекам ввода/вывода и функциям анализа, специализированным для приложений промышленного управления и мониторинга, LabVIEW 8.5 стала привлекательной для разработчиков встроенных систем и промышленных приложений.

Графическое программирование многоядерных систем и ПЛИС. LabVIEW 8.5 более эффективно распределяет выполнение пользовательских приложений на несколько ядер. Это достигается благодаря обновленным драйверам и библиотекам, поддерживающим многопоточность, и приводит к увеличению производительности различных приложений, таких, как обработка радиочастотных сигналов, высокоскоростной цифровой ввод/вывод данных и тестирование сигналов смешанного типа.

Начиная с версии 8.5, модуль LabVIEW Real-Time, предназначенный для разработки приложений жёсткого реального времени, поддерживает технологию симметричной многопроцессорной обработки (SMP), благодаря которой у разработчиков встроенных и промышленных систем теперь есть возможность распределять задачи по нескольким ядрам без потери детерминизма. В последней версии LabVIEW пользователи могут сами назначать ядро для обработки определенных участков кода, что позволяет точно настроить работу СРВ и изолировать критические по времени исполнения секции на выделенном ядре.

Новый Мастер Создания Приложений для ПЛИС (FPGA Project Wizard) позволяет автоматически сгенерировать код для осуществления ввода/вывода сигналов, настроек тактирования, а также для реализации счетчиков, таймеров и квадратурных датчиков. В LabVIEW 8.5 улучшены функции многоканальной фильтрации и ПИД управления, необходимые в приложениях управления механизмами, что позволяет значительно снизить затраты ресурсов ПЛИС в многоканальных задачах.

Модуль Statechart для моделирования и создания сложных систем.Диаграмма состояний – это популярное средство при разработке конечных автоматов, предназначенное для моделирования встроенных систем и СРВ, они отражают реакцию и взаимосвязь событий. Конечные автоматы используются для решения задач по созданию цифровых протоколов связи, контроллеров механизмов и защитных систем. Модуль Statechart помогает разработчикам моделировать взаимосвязи событий с помощью высокоуровневого унифицированного языка моделирования (Unified Modeling Language (UML)). Модуль Statechart встроен в среду графического программирования LabVIEW для создания, моделирования систем, совмещающих концепцию диаграмм состояний с обработкой реальных сигналов на детерминированных СРВ.

LabVIEW позволяет вывести промышленную систему на основе ПЛК на новый уровень с помощью программируемых контроллеров автоматизации (ПКА) благодаря высокоскоростному вводу/выводу сигналов и сложной управляющей логике. В LabVIEW 8.5 представлен широкий спектр обновленных средств для решения задач ввода/вывода, измерения и представления результатов при создании промышленных автоматизированных систем на основе ПКА. Новая библиотека драйверов ОРС расширяет возможности взаимодействия и практически удваивает количество поддерживаемых ПЛК и промышленных устройств.

В LabVIEW 8.5 встроены средства для проведения виброизмерений, порядкового анализа и захвата видеоизображения для промышленных систем мониторинга и контроля. Для удобства работы с многоканальными приложениями разработан Редактор множества переменных (multivariable editor), который позволяет быстро и без усилий настраивать и редактировать сотни меток ввода/вывода с помощью гибкого интерфейса. Также в последней версии LabVIEW предлагаются гибкие средства отображения каналов для создания надежных промышленных пользовательских интерфейсов и интерактивный подход drag-and-drop для привязывания меток ввода/вывода напрямую к пользовательскому интерфейсу на промышленных сенсорных панелях и КПК под управлением Windows СЕ.

Ниже перечислены дополнительные возможности LabVIEW 8.5:

- поддержка процессоров Freescale ColdFire и пробный комплект с поддержкой ОС QNX;

- средства управления файлами проекта и слияния графического кода при командной разработке;

- средства низкоуровневого управления памятью для оптимизации производительности;

- новые библиотеки линейной алгебры BLAS;

- улучшенные средства нахождения границ при обработке изображений и обновленные алгоритмы для различных демодуляторов и схем кодирования каналов;

- средства для разработки систем управления и симуляции, например Модель прогнозирующего управления (Model Predictive Control MPC) и аналитическое конструирование ПИД контроллера.