Компания National Instruments является разработчиком и лидером технологии виртуальных приборов - революционной концепции, изменившей подходы и методику проведения измерений и разработки систем автоматизации. Максимально используя возможности компьютеров и современных информационных технологий, виртуальные приборы позволили повысить производительность и снизить стоимость решений за счет применения гибкого и простого в освоении программного обеспечения, такого как среда графического программирования LabVIEW, а также модульного оборудования, такого как, например, модули стандарта PXI, предназначенного для сбора данных и управления приборами. Заказчиками компании являются инженеры, ученые и технические специалисты, работающие в самом широком спектре отраслей и технологий. Штаб-квартира компании National Instruments расположена в г. Остин (Техас, США), число её сотрудников превышает 3100; компания имеет представительства в 41 стране. В течение года компания поставляет свою продукцию более чем в 25 тысяч компаний, расположенных в 90 странах мира. Последние 5 лет журнал FORTUNE называет NI одним из 100 лучших работодателей США. В 2006 году журнал BusinessWeek включил National Instruments под номером 14 в рейтинг компаний, где лучше всего начинать свою карьеру.
National Instruments LabVIEW представляет собой высокоэффективную среду графического программирования, в которой можно создавать гибкие и масштабируемые приложения измерений, управления и тестирования с минимальными временными и денежными затратами. LabVIEW сочетает в себе гибкость традиционного языка программирования с интерактивной технологией Экспресс ВП, которая включает в себя автоматическое создание кода, использование помощников при конфигурировании измерений, шаблоны приложений и настраиваемые Экспресс ВП. Благодаря этим особенностям и новички, и эксперты могут легко и быстро создавать приложения в LabVIEW. Интуитивно понятный процесс графического программирования позволяет уделять больше внимания решению проблем, связанных с измерениями и управлением, а не программированию.
Приложения, написанные в LabVIEW, находят применение во всем мире в разнообразных отраслях промышленности:
Благодаря своей гибкости и масштабируемости, LabVIEW может использоваться на всех этапах технологического процесса: от моделирования и разработки прототипов продуктов до широкомасштабных производственных испытаний. Применение интегрированной среды LabVIEW для измерения сигналов, обработки результатов и обмена данными повысит производительность всего предприятия.
LabVIEW 8.20 - юбилейная версия платформы для графической разработки управляющих, измерительных и встраиваемых систем.
8 августа 2006 г. - Сегодня компания National Instruments, мировой лидер в области технологии виртуальных приборов, объявила о выпуске LabVIEW 8.20, 20-й, юбилейной версии платформы для графической разработки управляющих, измерительных и встраиваемых систем. LabVIEW 8.20 расширяет возможности LabVIEW по созданию промышленных приложений благодаря внедрению новых расширенных алгоритмов анализа и контроля, улучшенному менеджменту распределённых систем и поддержке новых целевых платформ для человеко-машинных интерфейсов (ЧМИ). Примерами новых технологий являются библиотеки LabVIEW, позволяющие инженерам значительно ускорить разработку высокопроизводительных и надёжных систем на базе ПЛИС и модуль LabVIEW Touch Panel Module, предназначенный для разработки ЧМИ на базе Windows CE. Внедряя технологии, упрощающие разработку промышленных систем на аппаратном уровне и поддерживая новые типы дисплеев, LabVIEW 8.20 позволяет инженерам и машиностроителям в рамках одной среды разрабатывать и проводить измерения, анализ и управление на базе ПЛИС, а также программировать взаимодействие с существующими системами и создавать ЧМИ.
Среда LabVIEW всегда была признана одной из самых популярных программ для проведения измерений. LabVIEW 8.20 сохраняет те же лидирующие позиции, но кроме того, расширяет свои возможности на область промышленных приложений. LabVIEW Touch Panel Module и новые возможности разделяемых переменных (shared variables) по работе с наладонными устройствами помогут инженерам быстро разработать ЧМИ на базе Windows CE и добавить его к своей измерительной/управляющей системе. Разделяемые переменные позволяют напрямую отображать данные с контроллера реального времени на интерфейсе оператора, который в промышленных системах часто реализуется на базе наладонных устройств. В модуле LabVIEW 8.20 Datalogging and Supervisory Control Module, предназначенном для разработки систем с большим количество каналов, появились средства программной настройки каналов, что позволяет разработчикам динамически задавать до 2500 каналов. Кроме того, LabVIEW 8.20 увеличивает скорость передачи данных в распределённых системах, созданных на базе Ethernet, в два раза, и обеспечивает взаимодействие с уже присутствующим оборудованием и ПО благодаря встроенной поддержке OPC и Modbus.
<Успех LabVIEW на протяжении более чем 20 лет обусловлен простотой графического программирования, которой может воспользоваться большая аудитория инженеров, работающих в самых разных областях> - сказал Дж. Тручард, президент и один из основателей National Instruments.
С LabVIEW инженеры могут разрабатывать самые разные системы управления, начиная от простого ПИД регулятора, заканчивая сложными динамическими регуляторами. Это позволяет им использовать нужные алгоритмы в зависимости от конкретных условий приложения, не переходя из одной среды разработки в другую. В последней версии LabVIEW скорость выполнения цикла ПИД регулятора увеличена в 14 раз, а производительность функций модуля LabVIEW Simulation Module, предназначенного для разработки сложных алгоритмов управления, - в 9 раз. Теперь можно разрабатывать самые сложные модели управляющих систем, состоящие из более чем 1000 узлов.
Для того, чтобы помочь инженерам в создании на базе ПЛИС систем защиты механизмов, в модуль LabVIEW FPGA 8.20 добавлены новые функции мониторинга и генерации тревог, а также фильтры различных типов. Благодаря сочетанию выносливости и малых размеров систем CompactRIO с надежностью реализации алгоритмов на ПЛИС и простотой программирования на LabVIEW FPGA, теперь возможно внедрение самых мощных систем защиты механизмов.
Если инженер уже имеет алгоритмы управления, разработанные в других программах, он легко сможет интегрировать свои модели в LabVIEW для того, чтоб обеспечить их реализацию в жестком реальном времени и для проведения аппаратно-программного моделирования hardware-in-the-loop. C помощью Simulation Interface Toolkit 3.0 в LabVIEW 8.20 можно внедрять модели, созданные в среде MathWorks, Inc Simulink. А новая утилита Externel Model Interface, появившаяся в LabVIEW 8.20, позволяет модулю LabVIEW Simulation Module обмениваться данными с моделями, разработанными в средах таких производителей, как Dynasim и Plexim GmbH.
LabVIEW 8.20 ускоряет процесс разработки систем управления на базе промышленных компьютеров, ПЛИС и контоллеров автоматизации благодаря подходу графического программирования. Воспользоваться преимуществами ПЛИС - высокой производительностью и надежностью работы - для решения задач управления сейчас очень просто благодаря новой утилите LabVIEW FPGA Wizard, которая автоматически генерирует код для ввода/вывода сигналов в ПЛИС и осуществления тактирования. Теперь инженеры могут сфокусировать своё внимание на разработке алгоритма работы управляющей системы, а не на сложном низкоуровневом программировании.
Код для ПЛИС, разработанный в LabVIEW FPGA 8.20, может быть загружен на PCI плату для осуществления быстрого и недорогого прототипирования контроллеров, или внедрён на платформы PXI и CompactRIO для создания надёжных промышленных систем. Кроме того, с помощью модуля LabVIEW Embedded Development Module инженеры впервые могут загружать сложные алгоритмы управления, разработанные в LabVIEW, на 32-битные микропроцессоры.
Компания National Instruments (www.ni.com) - основоположник и лидер в технологии виртуальных приборов (virtual instrumentation), которая коренным образом изменила подходы к созданию средств измерений и автоматизации для инженеров и ученых. Используя возможности современных компьютеров и информационных технологий, концепция виртуальных приборов позволила увеличить производительность труда при создании аппаратно-программных комплексов и снизить их себестоимость. Это стало возможным благодаря легко интегрируемому программному обеспечению, такому как графическая среда разработки приложений NI LabVIEW, и модульному контрольно-измерительному оборудованию для шин PXI, PCI, PCI Express, USB и Ethernet. Компания National Instruments имеет штаб-квартиру в г.Остин (Техас, США), число её сотрудников составляет более 4000 человек. NI имеет представительства в 40 странах мира. В течение последних семи лет журнал FORTUNE включает компанию National Instruments в сотню лучших компаний США.
Уже почти 20 лет инженеры и ученые используют среду графического программирования National Instruments LabVIEW для создания автоматизированных систем сбора данных и управления приборами, которые нашли применение как в исследовательских и испытательных лабораториях, так и на технологических производственных линиях. Все это время среда LabVIEW постоянно совершенствовалась - благодаря регулярному выходу новых версий, а также выпуску специализированных модулей, библиотек и дополнений, обусловленных пожеланиями пользователей и исследовательской работой коллектива разработчиков LabVIEW, и фактически стала стандартом в ряде областей науки и техники (рис. 1). Согласно своей фундаментальной идее, LabVIEW позволила инженерам, не имеющим глубоких знаний и опыта в традиционном программировании, быстро создавать сложные автоматизированные системы измерений и управления. Но в своем развитии LabVIEW стала больше, чем просто языком программирования. LabVIEW предоставляет пользователю широкую гамму инструментов, которые образуют графическую платформу разработки для моделирования, управления и тестирования. В данной статье кратко рассматриваются инструментальные средства и библиотеки, которые продвигают платформу LabVIEW в новые, все более перспективные отрасли промышленности и на новые сегменты рынка высоких технологий.
В связи с бурным развитием технологий за последние 20 лет, включая увеличение производительности полупроводниковых приборов и уменьшение их размеров в соответствии с законом Мура, повсеместным внедрением компьютеров и микропроцессоров, развитием стандартов связи и сетевых технологий, инженеры были вынуждены в равной степени увеличивать сложность процессов разработки, производства и тестирования новых продуктов.
LabVIEW имеет множество преимуществ в различных областях разработки приложений и отраслях промышленности. Кроме этого, компания National Instruments дополнила среду программирования внедрением целого семейства дополнительных модулей и библиотек для расширения круга решаемых задач. Данная платформа полностью перекрывает потребности трех базовых областей применений:
Для приложений автоматизированного тестирования LabVIEW предоставляет широкий набор средств для ввода и вывода сигналов с различного аппаратного обеспечения, а также функции специализированного анализа, необходимые для проведения измерений в различных областях. Кроме этого, платформа содержит целый спектр инструментов для задач автоматизации и обработки данных:
Для проведения автоматизированных измерений LabVIEW содержит пакеты анализа, оптимизированные для различных измерительных задач:
Для создания приложений управления LabVIEW содержит отдельный набор специализированных библиотек, дополняющих графическую платформу методами управления, функциями распределенного мониторинга и управления, АСУТП, а также возможностями управления в реальном времени.
С помощью LabVIEW вы можете использовать единую платформу для разработки и развертывания собственных концепций управления, применяя различные подходы и технологии, такие как:
Модуль LabVIEW Real-Time для промышленных платформ является идеальным выбором для реализации алгоритмов управления в производственных системах. Тем не менее, ряд пользователей из отраслей проектирования машин и промышленного управления считают, что расширение возможностей LabVIEW для программирования ПЛИСов, интегрированных в узлы ввода/вывода, является ещё более надежным методом внедрения управляющих алгоритмов. Если вы запрограммируете функциональность оборудования через встроенную ПЛИС, то это оборудование оказывается гораздо более защищенным и надежным в производственном процессе. Обеспечение тесной взаимосвязи между программированием встраиваемых ПЛИС и приложениями промышленного управления с помощью интуитивно понятного подхода графического программирования является уникальным преимуществом использования LabVIEW.
Для разработки распределенных систем мониторинга и управления LabVIEW имеет системные возможности более высокого уровня, такие как занесение информации в базу данных, алгоритмы принятия решений, обеспечение безопасности.
Разработчики в основном знакомы с LabVIEW как со средством проведения измерений. Однако LabVIEW продолжает приобретать популярность и как инструмент создания универсальных алгоритмов для инженеров и ученых во многих сферах деятельности. Сочетание развитых библиотек для обработки сигналов и управляющих алгоритмов с готовыми к использованию инструментальными средствами позволяет быстро проектировать, создавать прототипы и разворачивать системы с помощью LabVIEW. Ниже приведены некоторые ключевые свойства платформы LabVIEW, используемые при проектировании систем.
Во многих областях современной промышленности, начиная от исследовательских лабораторий до конструкторских бюро, создающих распределенные и встраиваемые системы, платформа графической разработки LabVIEW увеличивает производительность труда инженеров и ученых. Сочетание интуитивно понятного графического языка программирования, поддержки широкого набора устройств ввода/вывода и растущего сообщества пользователей, участвующих в развитии платформы LabVIEW, делает успешным создание принципиально новых приложений. Переходя на более эффективный графический принцип разработки, однако продолжая использовать открытую среду программирования LabVIEW для воплощения разработанных алгоритмов и обмена данными со средствами моделирования, можно модернизировать средства разработки и сократить временные затраты на всех этапах жизненного цикла изделий.
Что первое приходит Вам на ум, когда Вы слышите о распределенной системе? Многопроцессорная система, параллельно обрабатывающая несколько задач? Или электронная платежная система для работы с заказами со всего мира? Сеть беспроводных датчиков, отслеживающих состояние <умного дома>? Все эти примеры объединяет общая идея - распределение ресурсов системы для решения поставленной задачи. Благодаря повышению производительности современных микроэлектронных устройств при одновременном снижении их стоимости, инженеры и ученые нашли эффективные решения сложнейших задач путем добавления процессоров и <интеллектуальных> микропроцессорных компонентов в свои системы. И, как следствие, современные контрольно-измерительные устройства и системы все больше становятся распределенными.
Тем не менее, разработка измерительных и управляющих систем, включающих несколько вычислительных узлов, не так проста, как может показаться на первый взгляд. При программировании распределенных систем специалисты столкнулись с целым классом новых проблем, к решению которых существующие средства разработки оказались не вполне пригодны. National Instruments LabVIEW 8 представляет новую технологию <распределенного интеллекта>, ориентированную именно на этот класс задач, и включающую в себя следующие средства:
Создание распределенных систем требует новых, оригинальных подходов к программированию. Например, беспроводные датчики (wireless sensors) образуют самоорганизующуюся сеть, узлы которой самостоятельно устанавливают связь друг с другом. Очевидно, что специалисты, работающие с такой технологией, столкнутся с совершенно новыми проблемами в области программного обеспечения. И хотя некоторые проблемы возникают только при реализации конкретных систем, многие инженеры и ученые уже сейчас начинают испытывать схожие трудности при программировании распределенных систем. В качестве примеров можно привести системы испытания автомобильной электроники, смартфоны, комплексы технического зрения и промышленного мониторинга, а также комплексы синхронизированных автоматизированнх тестовых станций.
Вы встретите распределенные системы в самых различных отраслях промышленности, на различных фазах жизненного цикла изделий, тем не менее, всем приложениям, использующим такого рода системы присущи схожие сложности:
Использование новых возможностей NI LabVIEW 8 позволяет разрешить большинство из вышеперечисленных проблем.
Распределенные системы обычно состоят из узлов, выполняющих различные функции - датчиков, приборов, автономных подсистем. Все эти узлы так или иначе взаимодействуют с главной системой, которая осуществляет управление, мониторинг и протоколирование данных. В настоящее время разработчикам распределенных систем приходится пользоваться разными средствами для программирования различных узлов. Более того, доступное на рынке стандартное оборудование не всегда может удовлетворить специфическим требованиям к системе. Поэтому для реализации особых алгоритмов применяется конфигурируемое аппаратное обеспечение, чаще всего на основе ПЛИС, что влечет за собой ощутимое усложнение разработки и требует более высокой квалификации разработчика в области специальных средств и языков программирования.
LabVIEW 8 призвана разрешить данную проблему, предоставляя единую универсальную среду разработки для программирования разнотипных узлов. Используя LabVIEW, Вы создаете код, который может выполняться на таких вычислительных платформах, как персональные компьютеры, устройства реального времени, устройства и подсистемы на базе ПЛИС. В единой оболочке LabVIEW сочетает специфические функции для решения совершенно разнотипных задач, например, функции распознавания образов и классификации объектов для систем автоматизированного видеоконтроля, построение траектории движения для управления электроприводами, измерение аналоговых и цифровых сигналов. Традиционно каждая из этих задач требовала применения отдельных специализированных программных продуктов. LabVIEW также содержит библиотеку расширенного анализа сигналов, а также развитые средства коммуникации с Интернет для удаленного управления и мониторинга.
Способность универсального программного средства преодолеть ограничения стандартной функциональности узла позволяет резко снизить сложность разработки и в той же мере повысить производительность труда инженера-разработчика распределенных систем.
При создании распределенных измерительно-управляющих систем как правило используются различные средства и протоколы обмена данными. Реализация процедур обмена данными между процессорами, особенно работающими в режиме реального времени и во встраиваемых системах, без снижения производительности их работы, часто представляет собой трудную задачу. И хотя существует множество стандартов и протоколов обмена - например, TCP/IP, Modbus, UDP и OPC - ни один из них сам по себе не в состоянии удовлетворить всем требованиям различных задач. Кроме того, программные вызовы функций (API) различных протоколов отличаются между собой. Поэтому разработчики и системные интеграторы при создании комплексной системы автоматизации вынуждены использовать несколько коммуникационных протоколов. Для обеспечения детерминированного обмена данными между узлами системы часто приходится прибегать к таким дорогостоящим решениям, как использование аппаратно-реализованной <зеркальной памяти> (reflective memory). Одним из способов решения данного класса задач является устранение жесткой привязки определенного транспортного уровня и протокола к его программному вызову (API) в среде разработки. В этом случае вы можете использовать множество протоколов в рамках одного и того же программного кода, тем самым значительно сокращая время разработки и отладки приложения.
Технология распределенного интеллекта LabVIEW 8 призвана разрешить эти трудности за счет унификации процедур обмена данными через единый, гибкий и открытый коммуникационный протокол, поддерживающий различные процессоры, устройства реального времени, а также изделия сторонних разработчиков. Новые Переменные Общего Доступа (Shared Variables) в LabVIEW 8 являются уровнем абстракции транспортного протокола, адаптированы к передаче сложных типов данных, характерных для расширенных приложений с распределенных системах, и легко масштабируются до использования в функциях высокого уровня - протоколирования и тревожной сигнализации. Переменные Общего Доступа позволяют обмениваться данными между всеми узлами распределенной системы, включая узлы, работающие под управлением ОС жесткого реального времени, а также предоставляют доступ к историческим базам данных и операторским консолям с Web-интерфейсом. Вы можете легко сконфигурировать переменные при помощи интерактивных диалогов, осуществляя привязку пользовательских элементов управления и индикации к источникам данных в узлах распределенной системы.
Обмен данными и командами между различными узлами - это только одна из трудностей разработки распределенных систем. Управление исходным программным кодом для каждого из узлов и загрузка исполняемого кода на все распределенные узлы также представляет собой серьезную задачу для разработчиков. Только в простейшем случае система состоит из однотипных вычислительных узлов, исходный программный код располагается на центральном компьютере и синхронно переносится на все узлы. В реальном, более сложном случае, в системе присутствуют узлы различного типа (смешанная архитектура), исполняемый код которых различен, причем не все узлы одновременно могут быть доступны для управления и перепрограммирования.
Новая оболочка управления проектами в LabVIEW 8 (LabVIEW 8 Project) хранит исходные коды и настройки всех узлов распределенной системы, включая ПК, контроллеры реального времени, системы на базе ПЛИС, портативные (карманные) компьютеры. Проект также предоставляет множество новых средств для совместной разработки и управления крупным приложением коллективом разработчиков, такие как:
Используя возможности распределенного интеллекта в LabVIEW 8, Вы значительно облегчаете процесс разработки распределенных систем. Все узлы и устройства - процессоры реального времени, ПЛИС, традиционные приборы, программируемые контроллеры автоматизации с OPC, карманные компьютеры - отображаются в окне Проекта LabVIEW, что упрощает конфигурирование и управление системой. Вы можете добавлять в Проект LabVIEW платформы исполнения, даже если они в данный момент времени работают в автономном режиме или недоступны - это также ускоряет проектирование и разработку системы с временно отсутствующими компонентами. Из простой и дружественной оболочки Проекта LabVIEW, Вы можете наблюдать, редактировать, загружать, выполнять и отлаживать программный код, работающий на любом узле системы. Вы можете также в реальном масштабе времени отслеживать взаимодействие между различными узлами системы. Эта возможность позволяет улучшить синхронизацию и коммуникации в системе на всех этапах ее создания - проектирования, разработки и отладки, тем самым значительно сокращая полное время разработки.
Важной составляющей частью разработки распределенной системы является организация совместной работы интеллектуальных узлов - координация и синхронизация их действий. Во многих распределенных системах такое взаимодействие осуществляется через операции ввода-вывода при помощи датчиков, исполнительных устройств и непосредственной генерации специальных сигналов синхронизации. Зачастую инженеры-разработчики прибегают к аппаратной реализации процедур синхронизации и тактирования узлов через ПЛИС и служебные сигнальные линии, интегрированные в системные шины устройств. LabVIEW 8 предлагает новое детерминированное Ethernet-решение для надежной синхронизации узлов в распределенных системах. Новая Переменная Общего Доступа LabVIEW (LabVIEW Shared Variable) может иметь жесткую привязку ко времени ее обновления и поэтому может быть использована для построения сложных распределенных систем управления с коррелированными измерительными и управляющими каналами, раположенными в различных узлах. Вместо применения дорогостоящих карт <зеркальной памяти>, LabVIEW 8 обеспечивает простое, недорогое и стандартизированное решение по тактированию и синхронизации узлов системы в сети с периодом синхронизации 100 мкс и точностью +5 мкс.
Современные тенденции показывают, что разрозненные контрольно-измерительные системы предприятий объединяются в распределенные системы более высокого уровня с полной интеграцией вычислительных и управляющих ресурсов. LabVIEW 8 является высокоэффективной, но простой в использовании оболочкой для проектирования, управления, запуска и синхронизации распределенных систем. Для удовлетворения ваших текущих и перспективных потребностей LabVIEW обеспечивает:
Графическая платформа разработки приложений LabVIEW способствует повышению производительности труда инженеров и ученых - от разработки простых лабораторных стендов до создания сложнейших распределенных систем с интеллектуальными узлами. Уникальное сочетание простых графических средств разработки, поддержки широкого спектра устройств ввода-вывода, возможностей программирования распределенных систем и быстрорастущего сообщества пользователей делает платформу LabVIEW передовым продуктом, используемым для решения задач проектирования, управления и измерений.