Modulare Testsysteme
Effiziente Validierung mittels PCI-eXtensions
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Digitale Kanäle
Digitale Kanäle umfassen sowohl Ein- als auch Ausgangsfunktionen zur Erfassung oder Erzeugung digitaler Signale auf einer gemeinsamen Leitung (Bild 6). Die P0.x-Leitungen arbeiten mit statischen oder High-Speed-Digitalleitungen als Ein- oder Ausgänge. Die Module der Serie PXIe-63xx verfügen außerdem über 16 PFI-Leitungen (Programmable Function-Interface), die der Benutzer als PFI-Schnittstelle oder als digitaler I/O-Kanal konfigurieren kann. Als Eingang kann der PFI-Kanal eine externe Quelle für analoge oder digitale Ein- und Ausgänge oder Zähler-/Zeitgeberfunktionen weiterleiten, als Ausgang lassen sich viele der analogen oder digitalen Ein- und Ausgänge sowie Zähler-/Zeitgeberfunktionen zu jeder PFI-Klemme leiten.
Alle diese Leitungen akzeptieren logische High-Pegel zwischen 2,2 und 5,25 V und logische Low-Pegel von 0 bis 0,8 V. Die digitalen Leitungen werden mit bis zu 10 MHz getaktet. Auf jeder digitalen Leitung befindet sich ein digitales Filter, das zur Entprellung der digitalen Eingangssignale dient. Es gibt drei Filtereinstellungen, die auf der verwendeten Filtertaktfrequenz basieren: kurz, mittel oder hoch. Die kurze Einstellung garantiert, dass eine Impulsbreite von mehr als 160 ns durchgelassen wird, die mittlere Einstellung lässt Impulsbreiten von 10,24 μs oder mehr durch, und die hohe Einstellung lässt Impulsbreiten von 5,12 ms oder mehr durch. Impulse, die schmaler sind als die Hälfte der durchgelassenen Impulsbreite, werden garantiert unterdrückt.
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Um auf das Beispiel des VSD-Motors zurückzukommen, können die digitalen Eingänge zur Dekodierung der Wellenposition verwendet werden. Die Wellenposition lässt sich an den digitalen Ausgängen eines optischen Encoders ablesen. Der optische Encoder wiederum hat drei digitale Ausgänge: einen Indeximpuls pro Umdrehung und zwei Rechteckwellen mit einer Phasendifferenz von 90°, die sogenannten Quadraturausgänge. Diese Quadraturausgänge heißen im Allgemeinen »A« und »B«. Durch Kombination des Indeximpulses mit den Quadraturausgängen lässt sich die absolute Orientierung der Welle berechnen.
Zähler/Timer
Beide PXIe-Module enthalten vier universelle 32-bit-Zähler/Timer-Stufen und eine Frequenzgeneratorstufe. Es gibt acht Signaleingangswege zu jeder Zähler/Timer-Stufe, und der Eingang des Zählers/Timers kann eines von vierzehn verfügbaren Signalen sein. Das gewählte Signal muss an den Taktgeber angelegt werden; es ist nicht vorgesehen, den Zähler/Timer-Eingang herunterzuzählen. Die Zähler/Timer eignen sich zum Zählen von Flanken, zum Messen von Frequenz oder Periode oder zum Messen von Impulsen wie Breite, Tastverhältnis oder der Zeit zwischen zwei Flanken.
Ein Beispiel für eine Zähler/Timer-Anwendung ist die Messung der Frequenz des Indeximpulses des optischen Encoders im Bild des VSD-Motors. Die Frequenz ist skalierbar, um die Motordrehzahl in Umdrehungen pro Minute abzulesen. Der Frequenzgenerator- oder Zählerausgang kann einen einfachen Impuls, eine Impulsfolge, eine konstante Frequenz, eine Frequenzteilung oder einen äquivalenten Zeitabtastimpulsstrom (ETS) erzeugen. Der ETS-Impulsstrom wiederum erzeugt einen Impulsausgang mit einer zunehmenden Verzögerung vom Zählertorimpuls. Dies kann das Abtast-Timing für sich wiederholende Wellenformen liefern, mit einer höheren Abtastrate für analoge Eingänge mit Frequenzen, die höher sind als die Nyquist-Frequenz des Digitalisierers.
Software-Unterstützung
Mehrere Softwarepakete unterstützen die I/O-Multifunktionsmodule. LabView von NI bietet eine grafische Programmierumgebung, die die Datenerfassung, -verarbeitung und -analyse vereinfacht. LabView ermöglicht auch die Erstellung interaktiver Benutzeroberflächen für Tests, Überwachung, Steuerung und Datenarchivierung. Für Teams, die ihren eigenen Code generieren möchten, bietet NI Treiber an, die die Programmiersprache ihrer Wahl unterstützen, darunter Python, C, C++, C#, .NET und Matlab. Das FlexLogger-Paket von NI kommt sogar ohne Code aus. Mit FlexLogger lassen sich Testdaten mit integrierten Funktionen und anpassbaren Dashboards anzeigen, speichern und analysieren. Es bietet die Möglichkeit, Grenzwerte für Messwerte festzulegen und bei Überschreitung der Grenzwerte Alarm zu geben. FlexLogger ermöglicht es auch, die Visualisierungstools der Benutzeroberfläche durch Hinzufügen von Diagrammen, numerischen Anzeigen und Messgeräten anzupassen.
Der Bildschirm zeigt im oberen Diagramm den skalierten Schwingungspegel in g über der Zeit an. Die Tachometeranzeige, die die Drehzahl in RPM (Umdrehungen pro Minute) misst, wird als Messuhr in der unteren rechten Ecke angezeigt. Die schnelle Fourier-Transformation (FFT) (eines der verfügbaren Signalverarbeitungstools) der Schwingungsdaten zeigt im unteren Diagramm den Schwingungspegel im Vergleich zur Frequenz.
Fazit
Testsysteme müssen sich an die wechselnden Anforderungen und Anwendungen anpassen, die viele I/Os benötigen. Das multifunktionale I/O-Bundle von NI kann die Grundlage für ein automatisiertes Mehrkanal-Testsystem bilden, das eine Kombination aus analogen und digitalen Ein- und Ausgangskanälen sowie mehreren Zählern/Timern bietet. In einem PXIe-Chassis mit zusätzlichen Steckplätzen für andere modulare Test- und Messinstrumente bietet es die nötige Skalierbarkeit für kostengünstige Tests.
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