Rechnergestützte Messtechnik Messtechnik-Hardware wird programmierbar

Die rechnergestützte Messtechnik hat derzeit wieder einiges zu bieten: Vor allem die Systembus-Messtechnik kann, wie im Folgenden gezeigt, mit mehreren richtungsweisenden Konzepten aufwarten. Darüber hinaus sind es die Applikationen für den USB momentan wieder wert, näher beleuchtet zu werden.

Mobilität, Geschwindigkeit, Höchstfrequenz-Anwendungen, immer höherer Bedienkomfort und noch flexiblere Steuerung von Mess-Algorithmen gehören derzeit zu den wichtigen Schlagworten im Sektor der rechnergestützten Messtechnik. Von vielen Anwendern bezüglich der Tragweite noch gar nicht umfassend durchschaut wurde jedoch eine Neuentwicklung von National Instruments: Es ist ein Vektorsignal-Analyzer, der in wesentlichen Hardware-Funktionen (letztlich eine FPGA-Baugruppe) mit Hilfe von Software ähnlich einem Baukasten funktional zusammengesetzt wird. Interessant daran ist nicht zuletzt Folgendes: Wurde früher aus Gründen der Flexibilität immer mehr Hardware durch Software-Routinen ersetzt, so baut jetzt - ebenfalls aus Flexibilitätsgründen - eine Software die Hardware-Funktionen

zusammen. Erhebliche Geschwindigkeitssteigerungen sind dadurch erreichbar. Man wird in Zukunft noch einiges von diesem völlig neuen Konzept hören, weil es natürlich auch in andere Gerätekategorien übertragbar ist. Doch zunächst einige andere interessante Neuentwicklungen.

Zeit sparen ist angesagt

Die mittlerweile seit 26 Jahren bestehende und permanent weiterentwickelte Universal-Programmierumgebung LabVIEW als Aushängeschild von National Instruments wurde weiter optimiert. Vor allem wurden Software-Strukturen geschaffen, die dem Anwender die Programmierung von mess- und automatisierungstechnischen Anwendungen erleichtern und ihm Zeit sparen helfen.

So sorgt die neue Version vor allem für noch strukturierteren Programmcode, was die eigene Übersicht erhöht und damit zur weiteren Verkürzung der grafischen Programmierung sorgt. Die Entwicklungsumgebung liefert zudem neue Werkzeuge und Ressourcen für die Entwicklung qualitativ hochwertiger Mess-, Steuer- und Regelsysteme, die für zukünftige Anforderungen sehr tief skalierbar sind.

Weitere Neuerungen sind Apps für mobile Geräte. Dies ist insofern ein Meilenstein in den Eigenschaften, als damit auch der Grundstein für eine Programmierung und Bedienung von Tablet-Computern aus gelegt wird. Entwicklungschef und Firmen-Mitbegründer Jeff Kodosky zeigte bereits die ersten vielversprechenden Ansätze zur Programmierung auf Tablets wie dem iPad.

Unterstützung ist nun gegeben für die neuen Stand-alone-Chassis (Bild 1) der NI CompactDAQ-Serie (LabVIEW Real-Time Module), für das LabVIEW RIO-Evaluation Board und für die Module NI 946x der C-Serie für GPS- und Chassis-Synchronisation.

Zusätzliche Analysewerkzeuge in der Software passen sich den Anforderungen von aktuellen High-Speed-Messaufgaben an und sorgen nicht zuletzt für die optimale Einbindung auch anspruchsvoller industrieller Bildverarbeitungsaufgaben, verbunden mit noch höheren Datenanalyse-Durchsatzraten.

Anwendern stehen darüber hinaus einsatzfertige Vorlagen und Beispielprojekte für eine große Bandbreite an LabVIEW-Mess-, Regelungs- und Automatisierungsanwendungen zur Verfügung. Außerdem erhalten die Nutzer Zugriff auf neue Online-Schulungsmöglichkeiten, die sie bei der Verbesserung der Qualität ihrer Applikationen unterstützen sollen.

Zielsetzung bei der neuen Version war vor allem, leistungsstarke sowie hochwertige Systeme in kürzerer Zeit erstellbar zu machen und dabei Entwicklungs- sowie Wartungskosten zu senken. Dazu gehören auch eine verbesserte Datenverwaltung, eine weiter gesteigerte Systemstabilität und praxisnahe Routinen zur Systemsimulation.

Meilenstein: Software baut das Messgerät

So kann eine neue, hochflexible Mess-, Regelungs- und Automatisierungstechnik künftig aussehen: Wesentliche Teile der Hardware werden via Software wie in einem Baukasten individuell konfiguriert. Damit werden völlig neue Gerätekonzepte begründet, in denen nicht nur Auswerteroutinen individuell durch Software festzulegen sind, sondern auch wesentliche Teile der Hardware-Struktur. National Instruments hat dieses auf viele Bereiche übertragbare Konzept unlängst vorgestellt.

Basis der neuen und durchaus einen Meilenstein setzenden Geräte-Architektur sind die Systemdesign-Software LabVIEW in der neuen Version 2012 und komplexe FPGA-Komponenten zusammen mit weiterer Hardware in einem PXI-Systembus-Einschub. Das fast Revolutionäre daran wird ergänzt durch die Tatsache, dass diese Philosophie einer neuen Messgeräte-Architektur in Zukunft auf unterschiedliche Mess- oder Automatisierungs- und Regelungstechnik-Gerätekonzepte leicht übertragbar ist, was sicher von National Instruments auch realisiert werden wird.

Eine Verwirklichung findet die neue Messgeräte-Philosophie allerdings zunächst in einem hochfrequenztechnischen Messgerät, nämlich im neuen „Vector Signal Transceiver“ NI PXIe-5644R (Bild 2). Er vereint einen PXI-Vektor-Signalgenerator mit einem Vektor-Signalanalysator (6 GHz) plus FPGA und Digital-I/O- Baugruppen.
Für wesentliche Aufgaben der HF-Kommmunikations-Messtechnik, beispielsweise bei der Entwicklung von 802.11ac- oder LTE-Wireless-Netzen, reklamiert National Instruments bei Anwendung des neuen VST zusätzlich auch Messzeiten, die radikal kürzer sind als mit einem herkömmlichen Messplatz - entsprechende Benchmarks wurden auch durchaus gezeigt.

Letztlich entsteht mit dem neuen Konzept auch eine neue Philosophie, wie ein Messgerät in Zukunft aufgebaut sein und funktionieren kann: Das Gerät ist nämlich nicht nur in der Software der Auswerte-Algorithmen (wie es bislang möglich war), sondern auch in der verwendeten Hardware völlig flexibel auf die Anforderungen der Messaufgabe vom Anwender zuzuschneiden. Das bedeutet aber auch, dass die gesamte Gerätekonfiguration jederzeit auch wieder änderbar ist. Die Folge: wesentlich effizientere Messsysteme, deutlich kürzere Messzeiten, raschere Modifiziermöglichkeiten und damit Kostenoptimierung sowie kürzere Entwicklungszyklen bei höherer Genauigkeit und Produktivität.

Langsames Aussterben traditioneller Stand-alone-Box-Messgeräte

Eric Starkloff, Vice President Product Marketing System Platforms bei National Instruments, sieht durch den neuen PXI-Geräte-Ansatz sicher das traditionelle Box-Messgerät, so wörtlich, „vor einem langsamen Aussterben, wobei allerdings einschränkend zu berücksichtigen ist, dass für spezielle Anwendungen in Entwicklungslabors nach wie vor herkömmliche High-End-Messgeräte benötigt werden: Das herkömmliche Box-Instrument ist eben ohne von außen kommende Software-Programmierung mit einigen Tastendrücken rasch einstellbar, wenngleich gegenüber unserem neuen Ansatz dadurch aber auch Funktionseinschränkungen zu verzeichnen sind. Letztlich gehört die Zukunft dem Systembus-Messgeräte-Einschub, der für viele Aufgaben eben deutlich flexibler und in den meisten Parametern auch schneller ist.“

Das Tablet als Programmierstation

Tablet-Computer sind auch in der Automatisierungstechnik zu finden: Praktisch schon machbar und auch schon realisiert ist damit die Visualisierung von Sensordaten, Messwerten oder Anlagenkonfigurationen. Doch bald schon werden auch komplexe Programmieraufgaben von diesen kleinen Flach-Computern aus möglich sein.

Einen Einblick in das, was die gesamte Mess-, Regelungs- und Automatisierungstechnik in den nächsten Jahren erwartet, gab der LabVIEW-Erfinder Jeff Kodosky: die Nutzung von Tablet-Computern nicht nur als Display oder Mensch-Maschine-Interface, sondern mittelfristig auch die Anwendung als Programmier- und Eingabestation.

Dass diese Ideen schon einen gewissen Reifegrad erreicht haben, konnte Jeff Kodosky bereits nachweisen. Auf einem Apple iPad zeigte er (Bild 3), wie sich die virtuellen Instrumente auf dem Bildschirm anordnen, verbinden, verschieben, verändern und vergrößern lassen.

Der CEO von National Instruments, Dr. James Truchard, wies in diesem Zusammenhang darauf hin, dass ein Tablet-Computer grundsätzlich ein anderes „Look and Feel“, also auch eine ganz andere Haptik aufweise als der traditionelle Bildschirm. Die gestalterischen und technischen Gegebenheiten des normalen PC-Displays, selbst eines Touchscreens, wären also nicht 1:1 auf ein Tablet übertragbar.

Beispielsweise wäre die Maus hier nicht verwendbar, auch das bloße „mit dem Finger malen“ würde nicht weiterhelfen. Hier ist vielmehr die Software in der Entwicklungsumgebung gefragt, die mithelfen soll, die virtuellen Instrumente auf dem Bildschirm zu positionieren, anstatt diese Aufgabe dem Menschen mit Tastatur und Maus zu überlassen. Auch die Gestaltung von virtuellen Instrumenten und der geometrisch-grafische Aufbau von Diagrammen und Sub-Diagrammen sind anders. Hier muss, wie deutlich wurde, die Entwicklungsumgebung beispielsweise dafür sorgen, dass sich Strukturen repositionieren, ihre Größe selbstständig anpassen und sich, physikalischen Bewegungsgesetzen folgend, gegenseitig anziehen oder abstoßen.

Wie die ersten Programmierbeispiele zeigten, ist es auf diese Weise auch mit einem Tablet-Computer und rein mit Fingerbewegungen möglich, grafische Programmieraufgaben sehr komfortabel und intuitiv zu erledigen. Die Zukunft wird erweisen, in welcher Form diese Aufgaben realisiert werden. National Instruments arbeitet jedenfalls intensiv daran. Diese Konzepte, Überlegungen und praktischen Ansätze sind es jedenfalls wert, aufmerksam weiter verfolgt zu werden.