Aktuální vydání

celé číslo

07

2019

Řízení dopravy a budov

celé číslo

Grafické programovací prostředí LabView zkrátilo vývoj z roků na měsíce

V několika posledních desetiletích se díky pokroku a dostupnosti komerční výpočetní techniky stal z osobního počítače výkonný nástroj pro budování zákaznických měřicích a automatizačních systémů. Zákaznické systémy na bázi PC jsou navíc výrazně levnější než tradiční systémy vymezené výrobcem. Naproti tomu však systémy určené pro různé zákazníky vyžadují poradit si do jisté míry i s vývojem softwaru. Pro techniky odpovědné za testování a automatizaci není v současné době snadné vybrat správné sběrnice, procesory, komunikační protokoly a operační systémy z ohromné nabídky na trhu, protože jejich oborem obvykle není výpočetní technika. Tyto úlohy pomůže řešit vývojové prostředí LabView společnosti National Instruments (NI LabView).
 

NI LabView při pokročilém monitorování

Grafické vývojové prostředí NI LabView umožňuje technikům konfigurovat a vyvíjet měřicí, řídicí a automatizační systémy a používat při tvorbě aplikačního programu ikony namísto řádků textu. Na rozdíl od textových jazyků se v prostředí NI LabView využívá programování na principu datového toku, kde tok dat procházející uzly v blokovém diagramu určuje posloupnost provádění funkcí (data flow model). Program LabView byl vyvinut pro techniky a vědce tak, aby ho bylo možné hladce integrovat s nejrůznějšími měřicími I/O a zároveň aby poskytoval vědecké knihovny pro testování, měření a řízení. Prostředí LabView se v současnosti využívá v operačních systémech MacOS, Windows, Linux, Solaris, ve vestavných (embedded) systémech a v hradlových polích (FPGA).
 
Statisíce techniků a vědců po celém světě se s nadšením připojili ke komunitě programátorů v prostředí LabView. Oceňují přímou a vizuální prezentaci svých myšlenek. Schopnosti rychlého vývoje prototypů a přístup k velkému množství oborových knihoven vedly k výraznému nárůstu produktivity. Dobrým příkladem je společnost Supreme Electrical Services, Inc., integrátor špičkových řídicích prvků a přístrojové techniky v nepříznivém prostředí. Tato společnost stála před úkolem vybudovat dostatečně odolný pokročilý monitorovací systém, aby mohl být namontován přímo na čerpadlo v drsných podmínkách ropného vrtu a zároveň prováděl pokročilou analýzu údajů získaných ze senzorů. Robert Stewart, senior viceprezident firmy Supreme Electrical Services říká, že hardware a software LabView společnosti National Instruments (NI) poskytly optimální řešení pro jejich projekt a staly se páteří celého řídicího systému. Vysvětluje:  Prostředí LabView velmi výrazně urychlilo vývoj softwaru oproti našim dřívějším zkušenostem s programováním na bázi jazyka C. To, co většině programátorů v jazyce C trvalo dva roky, jsme dokázali za několik měsíců. Tuto časovou úsporu můžeme využít pro rychlejší vstup na trh a vytvořit si náskok před konkurencí.“
 
Systém monitorování ropného vrtu je určen ke sledování funkcí životně důležitých prvků čerpadla za provozu. První systém je zaměřen na monitorování vysokotlakých štěpicích čerpadel použitých na vrtech. Každá štěpicí jednotka má dieselový motor o vysokém výkonu a převodovku napojenou na tří- nebo pětiplunžové čerpadlo. Motor i převodovka jsou vybaveny elektronickým rozhraním, které monitoruje kritické funkce a poskytuje diagnostické informace za chodu jednotky. Motor a převodovka odesílají monitorované údaje prostřednictvím komunikačního protokolu SAE J1939.
 
V současnosti jsou čerpadla pro toto odvětví vybavena pouze několika diskrétními senzory ke sledování jejich kritických provozních parametrů. Obvykle je monitorován výstupní tlak, počet otáček za minutu a tlak a teplota mazacího oleje. Každý z těchto parametrů je měřen samostatným senzorem a naměřená hodnota přenášena signálním kabelem napojeným na hlavní řídicí jednotku.
 
Úkolem vyvinutého systému je monitorovat již zmíněné parametry a další funkce a naměřené údaje přenášet zpět do hlavní řídicí jednotky prostřednictvím stejného protokolu SAE J1939 sítě CAN. Systém musí hlídat, zda sledované parametry nepřekračují mezní hodnoty pro normální provoz a nevznikají chybové stavy. Na základě těchto provozních údajů přicházejících z čerpadla v reálném čase se mohou operátoři rozhodnout, zda mají zastavit provoz nebo v něm pokračovat. Tento systém by měl v konečném důsledku zmenšit počet výpadků čerpadel a omezit celkové náklady na jejich údržbu.
 

NI CompactRIO a LabView v nepříznivém prostředí

Pro uvedený případ neexistuje vhodnější hardwarová sada než NI CompactRIO. Velkou výhodou bylo, že LabView umožňuje vyvíjet software rychleji než většina jiných programovacích prostředí. Softwarová platforma LabView byla využita k programování procesorů reálného času, hradlových polí (FPGA) a I/O se systémem a rozhraním CompactRIO pro řízení a monitorování každého aspektu obslužného a stimulačního zařízení vrtu, které je v tomto oboru obvyklé. Modulární I/O a odolný systém CompactRIO (obr. 1) jsou v tomto případě velmi vhodnou volbou, protože vydrží nárazy, vibrace a teploty v extrémně širokém rozsahu. Těmto podmínkám jsou vystaveny přístroje zabudované do mobilního zařízení, které je převáženo po ropných polích na celém světě. Otevřenost prostředí LabView a hardwaru společnosti National Instruments usnadňuje komunikaci s nejrůznějšími senzory, softwarem a protokoly, mezi něž patří:
  • snímače tlaku, magnetické snímače otáček, digitální enkodéry, teplotní senzory, nukleární měřiče optické hustoty, magnetické průtokoměry, Coriolisovy průtokoměry apod.,
  • software pro simulaci únavy spirálových potrubí, software pro simulaci vrtů,
  • operační systémy Windows XP Embedded, Windows CE, Linux®,
  • specifické průmyslové protokoly – SAE J1939, J1587, J1708; Modbus; Ethernet, 802.11; Profibus.

Zákaznické použití NI Single-Board RIO

Malé rozměry a nízká cena zařízení NI Single-Board RIO předurčují použít tento hardware v klientských řešeních potřeb zákazníků společnosti National Instruments. Díky zařízení CompactRIO a NI Single-Board RIO mohou být monitorovací systémy nabízeny v různých velikostech a cenách.
 
Thorsten Mayer, Éva Porganszki, National Instruments,
Robert Stewart, Supreme Electrical Services, Inc.
 
Obr. 1. Odolný systém CompactRIO pro použití v ropných vrtech