介紹

當(dāng)你需要在實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中設(shè)計(jì)分布式I/O時(shí),，你將怎么辦,？首要問題就是如何在添加I/O的同時(shí)，不犧牲現(xiàn)有實(shí)時(shí)系統(tǒng)的確定性,。在沒有實(shí)時(shí)通信協(xié)議的情況下,，你可能需要借助于數(shù)字I/O模塊的共享時(shí)鐘或硬件觸發(fā)器對(duì)多個(gè)實(shí)時(shí)控制器進(jìn)行同步,。但隨著添加的控制器越來越多，同步的復(fù)雜度使工作變得很費(fèi)時(shí)而且很難處理,，特別是需要分布式I/O時(shí),。

圖1 添加確定性分布式I/O的復(fù)雜解決方案

理想的解決方案包含使用高速、確定性的通信協(xié)議,，在分布式I/O節(jié)點(diǎn)間傳遞數(shù)據(jù),，同時(shí)使用相同或相容的NI軟硬件平臺(tái)。

NI 9144擴(kuò)展機(jī)箱

NI 9144擴(kuò)展機(jī)箱為用戶的NI CompactRIO或PAC系統(tǒng)添加了確定性的以太網(wǎng)I/O,。這個(gè)用于C系列模塊的8槽堅(jiān)固機(jī)箱,，利用開放的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)協(xié)議EtherCAT進(jìn)行確定性的通信。NI提供了多種實(shí)時(shí)嵌入式控制器,，例如CompactRIO,、PXI以及工業(yè)控制器，您已經(jīng)用來作為分布式系統(tǒng)的主控制器,。此外,，可以按菊花鏈的方式從主控制器中連接多個(gè)NI 9144從機(jī)箱，從而擴(kuò)展實(shí)時(shí)應(yīng)用,。

圖2. 使用分布式I/O的NI實(shí)時(shí)系統(tǒng)

NI 9144是工業(yè)級(jí)的機(jī)箱,，設(shè)計(jì)擁有極高的堅(jiān)固程度,、可靠性和-40到70°C的工作范圍。為了自定義測(cè)量和控制系統(tǒng),，用戶可以在30余種模擬和數(shù)字C系列模塊間進(jìn)行選擇,。而且，在添加實(shí)時(shí)擴(kuò)展I/O時(shí),，軟件配置和LabVIEW編程也被設(shè)計(jì)成易于使用的形式,。

圖3. 用于C系列模塊的NI 9144擴(kuò)展機(jī)箱

相關(guān)鏈接

NI 9144擴(kuò)展機(jī)箱內(nèi)部原理

C系列I/O模塊的靈活性

由于NI 9144機(jī)箱是模塊化的擴(kuò)展系統(tǒng)，用戶有著插入額外I/O模塊來集成更多測(cè)量類型和通道的靈活性,。同時(shí),，還可以附加另外的擴(kuò)展機(jī)箱，以在系統(tǒng)中加入更多的模塊插槽,。每個(gè)機(jī)箱中所有的I/O模塊都可以自動(dòng)同步,，而且網(wǎng)絡(luò)中的擴(kuò)展機(jī)箱也可以彼此同步。

每個(gè)C系列模塊包含了內(nèi)建的信號(hào)調(diào)理和信號(hào)隔離功能,，對(duì)超越電壓范圍的信號(hào)及工業(yè)信號(hào)類型,，諸如熱電偶、電阻,、電壓,、電流、應(yīng)力和加速度等進(jìn)行處理,。與NI 9144機(jī)箱一樣,，所有的C系列模塊都是經(jīng)過UL測(cè)試的，可以工作在工業(yè)溫度和沖擊的環(huán)境下,。同時(shí),，C系列I/O模塊在其它NI硬件平臺(tái)下是可以重用的，如嵌入式CompactRIO,、USB CompactDAQ和Wi-Fi數(shù)據(jù)采集設(shè)備等,。

美國(guó)國(guó)家儀器公司提供了使用LabVIEW FPGA的基礎(chǔ)I/O功能，對(duì)每個(gè)I/O模塊的輸入/輸出電路進(jìn)行直接硬件訪問,，這為您提供了進(jìn)行板載信號(hào)處理的功能,，例如濾波、快速傅立葉變換（FFT）,、PWM,、波形發(fā)生等等。此外,，對(duì)于單點(diǎn)模擬與數(shù)字I/O,，您可以方便地使用LabVIEW實(shí)時(shí)模塊中的NI掃描模式，對(duì)超過40個(gè)C系列模塊進(jìn)行編程,。要獲取完整的兼容模塊列表,，請(qǐng)查看C系列模塊兼容性圖表,。NI 9144模塊位于確定性分布式I/O分類下。

圖4. 包含了特定傳感器連接頭,、內(nèi)建式信號(hào)調(diào)理及A/D轉(zhuǎn)換器的C系列模塊

?

LabVIEW實(shí)時(shí)模塊的方便擴(kuò)展性

使用LabVIEW軟件,，用戶可以輕易地將確定性擴(kuò)展I/O集成到圖形化編程環(huán)境中。NI 9144的“箱外”經(jīng)驗(yàn)包含了在NI主控器上安裝NI工業(yè)級(jí)通信的EtherCAT驅(qū)動(dòng),，這樣LabVIEW就可以自動(dòng)識(shí)別所有連接的從設(shè)備及設(shè)備模塊,。LabVIEW實(shí)時(shí)模塊還提供了I/O變量，使用戶可以使用簡(jiǎn)單的拖放即可快速訪問物理的I/O值,。使用I/O強(qiáng)制和在線測(cè)試面板,，用戶可以使用I/O變量來監(jiān)測(cè)系統(tǒng)性能并進(jìn)行高級(jí)的故障排除,。

圖5. 將NI 9144 I/O變量拖到LabVIEW VI中

?

LabVIEW FPGA帶來的高性能

除了NI 9144的默認(rèn)“箱外”經(jīng)驗(yàn)可以帶來最佳的使用方便性,，每個(gè)NI 9144還包含了嵌入式Xilinx現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA），您可以使用圖形化LabVIEW FPGA工具進(jìn)行自定義,。由于使用了可重配置的邏輯門電路在硬件中執(zhí)行代碼,，因此FPGA十分快捷、可靠,，是在應(yīng)用中執(zhí)行任何實(shí)時(shí)控制,、采集和定時(shí)功能的理想選擇。此外,，為在多個(gè)分布式NI 9144模塊之間,，提供了FPGA代碼同步的虛擬單點(diǎn)定時(shí)信號(hào)做同步，其抖動(dòng)小于100 ns,。使用在NI 9144中嵌入的FPGA硬件,，用戶能夠?qū)崿F(xiàn)定制觸發(fā)、在線處理以及用于模擬和數(shù)字I/O的控制,。

圖6：LabVIEW FPGA為NI 9144 FPGA芯片提供了簡(jiǎn)便的圖形化編程工具,。