LabVIEW Laboratorieøvelse, DAO /9. Version 1.0 (original) 2004 Forfatter: Carsten Riis Version Revideret v.

Transkript

1 LabVIEW Laboratorieøvelse, DAO /9 ØVELSESVEJLEDNING TIL DAO LABORATORIEØVELSER 2005 Version 1.0 (original) 2004 Forfatter: Carsten Riis Version Revideret v. Peter Johansen Indhold Forord...1 LabVIEW på IHA...1 Simuleret dataopsamling eller Dataopsamling i LabVIEW...3 Kontinuert Dataopsamling...3 Opgaveformulering:...4 Trin 1 (Dataopsamling)...4 Trin 2 (Frekvensanalyse og filter)...5 Trin 3 (Vibrationsovervågning)...6 Test og optimering...6 Intro-øvelser...7 Forord Formålet med denne øvelse er at blive fortrolig med dataopsamling og analyse med LabVIEW og med grafisk dataflow-orienteret programmering. Selvom LabVIEW er et velstruktureret og dedikeret værktøj til dataoopsamling og analyse, skal man ikke forvente at nå enormt langt på de få øvelsestimer der er afsat til øvelserne i DAO, og desværre er der heller ikke mulighed for at alle kan sidde ved en computer der er forsynet med et dataopsamlingskort. Derfor er øvelsen delt op i en række mindre øvelser eller trin, som alle stiler imod et større færdigt program. Start derfor fra begyndelsen og byg programmet op efterhånden som fortroligheden melder sig. Til de der aldrig har forsøgt sig med LabVIEW er der sidst i noten angivet nogle enkle begynderøvelser, hvor man bliver lidt fortrolig med basale LabVIEW-begreber som Wiring-teknik, kontroller og indikatorer, arrays, grafer og opbygning af subrutiner. LabVIEW begreber skrevet i kursiv kan slås op i online-hjælpen. LabVIEW på IHA EIT-afdelingen på Ingeniørhøjskolen har erhvervet institutlicens til LabVIEW 7.1, med stort set alle tilføjelsespakker og fuld funktionalitet. Til øvelsen er dog kun basispakken med DAQ-mx nødvendig. Som studerende må man installere programmet på sin private maskine dette kan gøres fra nettet under apps-drevet (W:\EIT\LabView71). Erfaringsmæssigt skal LabVIEW være installeret på harddisken for at fungere optimalt. Instruktion og serienummer findes i en textfil i samme folder som installationsbibliotekerne. Sørg ligeledes for at der på PC en udover LabVIEW er installeret NI-DAQ 8.00 (W:\EIT\NIDAQ800). Dette installerer programmet Measurement and explorer der indeholder hardware drivers til NI-dataopsamlingskort der kan bruges sammen med LabVIEW. Skolen har desværre ikke dataopsamlingshardware til øvelses-pc erne, men i den ny NI-DAQ er det muligt at installere en simuleret driver til et fiktivt dataopsamlingskort. Der findes en vejledning under ITafdelingens web-helpdesk\programmer der instruerer i hvorledes dette gøres. Dette anbefales gjort før øvelsen udføres.

2 LabVIEW Laboratorieøvelse, DAO /9 Simuleret dataopsamling eller... Selvom det er muligt at anvende en NI simuleret driver, vil der til øvelsen blive behov for at bruge en dedikeret simulater der er blevet udviklet med flere muligheder. Kort fortalt fungerer den på følgende måde: Man kan indstille to eller flere simulerede kanaler som sinus eller firkant. Man kan mixe sinus-signaler med 3 forskellige frekvenser og amplituder pr. kanal (kun én ved firkant) Støj kan tilføjes for at simulere realisme. Det fiktive kort har et input range på +/- 5V Ved tryk på knappen øverst til venstre simuleres signal fra maskinovervågning. Instrumentet har samme parameter-konfiguration som DAQmx Read.vi og kan således blot erstattes med denne for at køre simuleret. Sidder man med et DAQ-kort, bør man jo bruge den rigtige Read-funktion. Data kommer ud som en Waveform data-type. Denne type indeholder information om tid og samplerate (via t 0 og dt) samt data organiseret som et 1D Array. Waveforms er en del af det nye LabVIEW, og mange funktioner understøtter datatypen. De enkelte data i en waveform kan pilles ud, hvis man har instrumenter der ikke understøtter waveforms: For at simulere korrekt skal instrumentet dog wires med information om sample-rate. Error informationer fra forudgående instrumenter negligeres, og instrumentet returnerer altid no error. Prøv jer frem med forskellige indstillinger af simulatoren, og se for eksempel hvad der går galt når f s <2f ø.

3 LabVIEW Laboratorieøvelse, DAO /9 Dataopsamling i LabVIEW Man husker selvfølgelig til enhver tid, at man ved dataopsamling er bundet af Nyquists samplingsteorem. (f s > ½f max ) Det er altså ikke gjort ved blot at placere et digitalt filter på indgangen, hvis signalets frekvensindhold er højere end halvdelen end samplingsfrekvensen. Udover at tage stilling til samplingsfrekvens, gain, bufferstørrelser etc. er der grundlæggende to måder at opsamle data, - i blokke eller kontinuert. I den stillede opgave er der lagt op til at anvende kontinuert dataopsamling, da dette giver en større indsigt i hvad der foregår under programafviklingen. Man kunne f.eks. forestille sig at man skulle gemme de opsamlede data til harddisken, og her er det vigtigt at der er kontinuitet mellem blokkene: Kontinuert Dataopsamling Når man laver kontinuert dataopsamling i LabVIEW er der en række VI s man slipper bedst af sted med at anvende. Man skal nemlig her sikre at ingen data går tabt, dvs. dataopsamlingen skal sættes i gang, og fortsætte selvom man bruger processortid på beregninger analyse og opdatering af skærm. Start derfor med at blive fortrolige med disse. Her er eksemplet Cont Acq&Graph Voltage Ext Clk.vi DAQmx Create Channel Her initieres opsamling med kanal, max og min og andre kanalparametre. DAQmx Timing og Start Her times og startes opsamling. Herefter kommer data væltende, og skal læses fra buffer. DAQmx Read Her læses data fra bufferen med parameteren: Samples to read. Denne kan erstattes med simulator. DAQmx Clear Task Her afsluttes opsamlingen, og ressourcer frigives.

4 LabVIEW Laboratorieøvelse, DAO /9 Opgaveformulering: Der ønskes opbygget et dataopsamlingssystem (program) med følgende funktion (brug eventuelt det nævnte eksempel som skelet): Trin 1 (Dataopsamling) Kontinuerlig dataopsamling og monitorering i to kanaler. Kontrol af størrelsen af det monitorerede tidsvindue (samples to read). Fastlæggelse af samplingsfrekvensen (strukturering) Bestemmelse og monitorering af signalets peakværdi og RMS-værdi i tidsområdet 1 Kanalvælger : for hvilken fysisk kanal gælder målingen. Eksempel på præsentation på skærmen: Stopknappen skal afbryde eksekveringen af den kontinuerte opsamling. Optimering: Brug en rulleskakt (menu-ring) som kanalvælger. Prøv at lave og anvende et SubVI (subrutine) som modtager en Waveform, og returnerer parametrene RMS, peak-værdi, pp-værdi og middelværdi af blokkens data. Et sub-vi kreeres ved at Wire frontpanelets kontroller (indparametre) og indikatorer (udparametre) til instrumentets connectorblok i øverste højre hjørne. Her refereres til introøvelsen bagerst i noten. 1 Husk på at ved kontinuert dataopsamling vil man have behov for at fastlægge en periode i tidsområdet, eller et antal samples, for bestemmelse af disse parametre. Dette kunne for eksempel være antallet af samples man læser af gangen og opdaterer sin graf med på skærmen.

5 LabVIEW Laboratorieøvelse, DAO /9 Trin 2 (Frekvensanalyse og filter) Systemet udbygges med følgende funktioner: Digital filtrering af det indkomne signal: Båndpas-filter med specificeret low- og high cut-off Filter skal kunne enables/disables Monitorering af Power Spectrum for det viste tidssignal. Desuden gælder: Filteret skal gælde for den kanal der er valgt i skakten Monitor-tidsvinduet skal kun vise den valgte kanal (efter evt. filtrering) Til filter og power-spektrum kan anvendes disse djævelske og nymodens ekspress-vi s. Her kan man dog ikke i samme grad vælge filtertype og orden fra panelet Optimering Grafen for frekvensspektrum bør kunne vælges mellem lineær og logaritmisk akse. Prøv evt. At lave et stav-plot

6 LabVIEW Laboratorieøvelse, DAO /9 Trin 3 (Vibrationsovervågning) Systemet tænkes nu anvendt til at overvåge vibrationer fra en roterende motor. En vibrationstransducer (f.eks. et piezoelektrisk accellerometer) er fastgjort til maskinen, og en signaltilpasningsenhed omdanner dette signal til et spændingssignal proportionalt med vibrations-hastigheden. Ved full scale (±5V) er peak-vibrationen ±10-1 m/s. (svarende til 160 db med reference i 10-9 m/s)? : Hvad er det mindste accellerationsniveau I vil være i stand til at detektere med dette system (forudsat der anvendes en 12 bit konverter, og signaltilpasningen tænkes lineær og støjfri) Foretag følgende ændringer / tilføjelser: Få y-aksen til at vise vibrationen i [m/s] i stedet for [V] Tilføj 2 indikatorer (søjle-barer) der monitorerer målt RMS og peak-værdi i [db] med reference i 10-9 m/s Tilføj 2 kontroller, hvor der er mulighed for at sætte et alarmniveau for RMS og peak i [db] Ved overskridelse af et alarmniveau skal brugeren gøres opmærksom på dette ved hjælp af en standard dialogbox med passende tekst. Overvej hvad der skal ske med den fortsatte dataopsamling når en sådan hændelse indtræffer... Test og optimering Når man har opbygget sit instrument bør man naturligvis teste det på en maskine med et dataopsamlingskort, og input fra en ekstern signalgenerator. Vær her opmærksom på følgende: Man bør absolut holde sig indenfor det spændingsområde som kortet er konfigureret til. For LAB-PC+ kortet er dette oftest +5V til 5V. Kortet er som udgangspunkt konfigureret til NRSE (non referenced singled end) hvilket betyder at alle input deler stel med kabinettet. Vælger man en samplingsfrekvens højere end kortet tolererer, melder kortet fejl, og dataopsamling terminerer. Samplingsfrekvensen gælder for sampling i én kanal, - ved flere kanaler må båndbredden deles mellem disse. Forsøger man at eksekvere sit dataopsamlingsprogram på en maskine uden AD-kort, vil programmet melde fejl, også selvom run-knappen antyder at systemet fungerer. LabVIEW har også ganske glimrende Debug-faciliteter i menuen for diagram Highlight execution kan anvendes til at gennemskue forløbet af eksekveringen, og man kan også single-steppe eller sætte breakpoints. En Profiler er også nyttig til at optimere programmet. Prober kan (bør) anvendes i flæng: Man placerer en probe ved at højreklikke på wiren hvor proben ønskes.

7 LabVIEW Laboratorieøvelse, DAO /9 Intro-øvelser Start her hvis du ikke har prøvet LabVIEW før, eller ikke føler dig fortrolig nok med programmet til at starte på den egentlige øvelse. Husk at dele af koden kan anvendes i koden til selve øvelsen. Dette er således et 'Hello World' til LabVIEW programmering. En god start er også at dykke nede i programmets Tutorial, eller i en af de hands on-courses der forefindes på NI's hjemmesider, eller Campusnettet. De fundamentale ting der indlæres ved disse små øvelser omhandler kontrolstrukturer (for-løkke) arrays, kontroller og indikatorer, samt opbygning og opsætning af en lille subrutine. Nogle meget brugte genveje : Tab-tast : skift mellem værktøjer (wire, pil, pensel mm.) Ctr-E : Toggle mellem diagram og panel Ctr-B : Fjern 'Bad wires' Herudover gælder gængse Windowsgenveje med cut, paste, gem, åben etc. Højre museknap er også en stor hjælp. Intro 1 Lav en sinusgenerator - der returnerer et 1D array med punkter på en sinuskurve: Kontroller : antal punkter, antal perioder og amplitude. Afbild de genererede data i en graf. Intro 2 Udbygning : addér en konstant hvidstøj (random) til kurven, samt et variabelt offset, og se resultatet.

8 LabVIEW Laboratorieøvelse, DAO /9 Intro 3 Lav et sub-vi til bestemmelse af følgende beskrivende parametre : Indikatorer RMS-værdi Middelværdi Peak-værdi Peak to peak værdi Kontroller Input : array af real. Connector Pane Intro 4 Test dit VI ved at bruge det i generatoren fra punkt 1 Passer sammenhængene f.eks. imellem RMS og peak?

9 LabVIEW Laboratorieøvelse, DAO /9 Intro 5 Lav en frekvensanalyse (f.eks. Auto Power Spektrum) af signalet. Antag en samplerate på 1kHz. Hvad sker der hvis antallet af perioder i signalet ikke er et heltal. Intro 6 Gem : gem instrumentet, med subrutiner, til et.llb (link library) : brug save special -> development distribution. Dokumentation : udskriv til en.rtf fil og se på denne. Test instrumentet.