將 LabVIEW 新增至 PLC 的 10 個理由

處理與離散製造商，均背負著最大化效能、縮短停機時間，與提升產能的壓力。製造商體認到，能提升這些效能的關鍵，即在於時間與精確的資訊。然而，資訊開發完全取決於現有廠房硬體與軟體的整合，與傳統系統的限制。使用者可整合 LabVIEW 至現有系統，以新增量測與分析至程序中，以收集複雜資料並轉換為有用的資訊。此外，不論該筆資訊是在資料庫中、在網路架構的介面中，或在現有廠房控制硬體中；透過開放的 LabVIEW 系統，即可連結並提供所需的資訊。亦可使用 LabVIEW 關閉反饋 (feedback) 迴圈，並透過現有資訊執行複雜的控制作業。 此白皮書將解釋應新增 LabVIEW 至 PLC 的 10 個必要理由。

相關資源
LabVIEW
可程式化的自動控制器

何謂 LabVIEW？

LabVIEW 為圖形化的開發環境，整合 PC 與嵌入式技術，以建置 IEC 61131-3 架構的 PLC，適用於即時分析、監控、進階控制，與既定的維護作業。將 LabVIEW 新增至現有的 PLC 架構的系統後，使用者可大幅提升傳輸率、產量，與正常的運作時間。新 NI LabVIEW 8.5 具有新設計的進階分析與控制功能，改良的分配系統管理，與新的人機介面 (HMI)，增強了 LabVIEW 的整體工業級量測功能。舉例來說，LabVIEW 的新程式庫，可讓工程師使用最佳化的 FPGA 系統工具，以建置高效能、硬體架構的機器監測與預警系統；新 LabVIEW Touch Panel Module，可協助以相同的軟體建立 Windows CE 架構的 HMI。 LabVIEW 具有減化客制控制器硬體開發的技術，並提供新的顯示系統。透過 LabVIEW，工程師可使用 1 組軟體工具，即可設計並佈署高效能量測的工業級系統、FPGA 架構的進階分析與控制，現有系統之間的通訊，與人機介面。

圖 1：什麼是 LabVIEW？

 

 理由 1：LabVIEW 適用於多種感測器的高速量測

不論是進行電熱偶、應變規、IEPE 加速規、橋接架構感測器或相位差編碼器的量測，LabVIEW 均提供可靠並輕鬆取得資料的平台。有了 NI LabVIEW，可迅速從插卡式面板、USB裝置，與乙太網路架構的系統來擷取並產生訊號。這些 I/O 功能整合了特別資料類型與量測分析功能，可輕鬆又迅速地用實體感測器進行量測。針對影像擷取，LabVIEW 支援上千種相機與軟體程式庫，可即時擷取並分析影像。LabVIEW 亦支援多種硬體，如 NI CompactDAQ 與 NI CompactRIO，適用於既定量測與智慧型量測。

針對振動或功率品質的應用，多種工業級應用需收集高速的量測資料。所收集的資料將用於監測旋轉機器 (rotating machinery) 的狀況、決定維護排程、決定馬達耐久度，並調整控制運算式。LabVIEW 可於每秒數百萬的取樣率，直接進行高精確度的量測，並於立即處理之後，直接傳送至該控制系統。

 另請參閱：以 LabVIEW 進行的資料擷取

 

 理由 2：LabVIEW 適用於振動監控與預測性維護 (Predictive Maintenance)

若要達到最大的正常運作時間，預測性維護與機器狀況監測，則成為自動化系統最重要的部份。LabVIEW 聲音與振動工具組，與 LabVIEW 階次分析工具組，可建置包含分析與呈現的通用 LabVIEW 量測分析功能；適用於振動分析與旋轉機器的應用。透過這些工具組，即可計算整體的振動等級 (RMS、尖波、波峰因數)；整合加速至速度 (Velocity) 或移位 (Displacement)；操作線上的階次分析，如階次追蹤、階次擷取，與階次頻譜計算；處理數位與類比轉速計訊號；套用受限的測試於時間資料或功率頻譜；繪製頻譜映射、色彩映射、Waterfall Plots、重疊圖 (Cascade Plot)、波德圖、極化圖、軌道圖、時基圖、輪軸軸線圖，與 Campbell (密度) 圖。

圖 2：LabVIEW 中的振動監控加速規資料分析

LabVIEW 8.5 FPGA Module 新增機器監控功能，適於建置濾波器、警示，與量測；工程師可建立 FPGA 架構的機器保護系統。在整合了 堅固又CompactRIO、FPGA 架構的可靠度，與簡單易用的 LabVIEW FPGA 之後，工程師可將強大的監測與預警系統，嵌入至所需的工業級機器中。

另請參閱：
以 LabVIEW 進行的機器狀況監測
以 LabVIEW 進行的數學與分析

 

 理由 3：LabVIEW 適用於資料記錄

LabVIEW 具有資料記錄與警示管理的公用程式，亦有即時與歷史記錄追蹤。不論是否以 NI 資料擷取產品收集資料，LabVIEW Real-Time 系統、Compact FieldPoint 或 CompactRIO 模組，或可程式化的邏輯控制器，均可讓使用者快速設定所需的 I/O，並使用 LabVIEW Datalogging and Supervisory Control (DSC) Module 自動記錄資料。過去的歷史資料儲存於 Citadel，為 SQL 92 與 ODBC 2.5 協定的資料庫。因此使用者可使用標準資料擷取工具，以檢索企業其他部門所使用的資訊。由於可使用 LabVIEW DSC Module 以記錄任何網路連線機器的資料，因此可選擇單一機器為所有應用的資料庫主機，或選擇於多個網路連線機器之中分散資料。此外，LabVIEW 中的直覺式精靈，幾乎不需經過程式設計，即可協助開發完整的資料記錄應用。使用 LabVIEW，即可針對離線分析，輕鬆記錄資料為 CSV、Excel，或 XML 格式的檔案。離線階次分析可協助進行預測性維護，如在實際發生問題之前即更改負載量。LabVIEW 亦可視需要將資料記錄至資料庫。

另請參閱：以 LabVIEW 進行資料記錄

 

 理由 4：LabVIEW 適用於統計製程控制 (Statistical Process Control，SPC)

LabVIEW 以柏拉圖 (Pareto chart) 執行即時效能分析，可協助廠房工程師縮短停機時間。此分析可透過 LabVIEW DSC Module 豬的統計製程控制 (SPC) 函式執行之。.不論清單所列是未排序過的因素，或是包含發生次數的因素，柏拉圖計數器 (Pareto Counter)，可列出最大數量的發生原因，並計算每個原因的柏拉圖統計 (Pareto statistics)。只要提供柏拉圖數值 (Pareto Counter VI 的輸出) 與 2 筆柏拉圖 ，則將建立相關說明。其一為每因素發生頻率的柱狀圖。另一為每因素分配百分比的柱狀圖。說明則為包含層級 (Rank) 的因素程式碼列表。舉例來說，如果機器所耗費的最多時間為暫停(HELD) 狀態，則可檢查造成機器暫停狀態的原因。造成此種經常性暫停的原因，即可能是不一致的原料或操作錯誤。若生產中 (PRODUCING) 狀態於總時間中佔有較高比例，則機器較具有效率。

[+] 放大圖

圖 3：LabVIEW 中的柏拉圖 (Pareto Chart)

另請參閱：以 LabVIEW 進行統計製程控制

 

 理由 5：LabVIEW 適於在 PLC 與其他自動化裝置之間共用資料

不論是製程儀器、可程式化邏輯控制器 (PLC)、智慧型感測器，或單迴圈控制器，LabVIEW 具有多種可靠且簡單易用的工具，適用於任何的通訊需要。LabVIEW 支援製程控制的 OLE (OLE for Process Control，OPC)，適於在不同的自動化裝置之間交換資訊。LabVIEW 包含 OPC Data Access 3.0 的相容性；為 OPC 規格的最新附加部分，可提高效能與可靠度，適於存取製程控制硬體與軟體的即時資料。透過 NI LabVIEW 的 Modbus 程式庫，或內建於 DSC Module 中的 Modbus I/O 伺服器，即可使用任何乙太網路或序列埠，作為 Modbus TCP 或 Modbus 序列主機 (master) 或副機 (slave)。Modbus I/O 伺服器搭配使用通訊閘道，即可於任何工業級網路中，輕鬆整合現有設備至 LabVIEW 應用。可支援多種網路的通訊閘道，包含 DeviceNet、ControlNet、EthernetIP、PROFIBUS，與 PROFINET。

另請參閱：以 LabVIEW 進行網路通訊

 

 理由 6：LabVIEW 適於開發圖形化使用者介面

LabVIEW 可輕鬆建立人機介面 (HMI) 應用，適於遠端監控。LabVIEW 具有數百種可開發專業使用者介面的物件：圖案、圖表、旋鈕、刻度盤、溫度計，與更多。僅需從控制面板中拖曳這些物件，即可使用互動式屬性頁面，以客制化該物件的行為與外觀。亦可於 PC、觸控式面板、平板電腦，甚至網路瀏覽器中，佈署自己的使用者介面應用。LabVIEW 可讓多個用戶端同步控制網路公佈的應用或 VI，並可提供多種呈現資料的選擇。透過 LabVIEW 的 3D 圖畫控制 (3D Picture Control)，可輕鬆建立、匯入，並控制實際物件所實際呈現的 3D 圖形。

新的 LabVIEW Touch Panel Module，搭配新的共用變數功能，適於溝通掌上型裝置，讓工程師可迅速將 Windows CE 架構的 HMI 新增至量測與控制系統。透過共用變數 (Shared variable)，可輕鬆將即時控制器程式碼的值，直接顯示在嵌入式機器監控系統的客制操作介面上，並進一步簡化廠房監控應用掌上型裝置的開發。 

[+] 放大圖

圖 4： 以 LabVIEW 進行使用者介面開發

另請參閱：包含 LabVIEW 的圖形化使用者介面

 

 理由 7：LabVIEW 適用於警示、記錄、調整，與報表製作

可圖形化地新增警示、調整，與記錄功能至 LabVIEW 中的應用。使用者可啟動警示，於溫度過高時發出警告；記錄造成失敗條件的資料或事件；並調整實際單位的值，以有效地進行報表製作。亦可於偵測到失敗條件時，透過程式設計讓 PDA 直接撥出電話號碼或傳送 SMS 訊息。針對高通道數的系統，LabVIEW 資料記錄與監控模組 (Datalogging and Supervisory Control，DSC) 可新增程式化的通道設定工具，以協助工程師動態地定義並記錄資料。透過改良的多重變數編輯軟體 (Multiple Variable Editor)，即可迅速建立並整合數千種共用變數。透過類試算表的功能，即可根據變數屬性進行排序並搜尋支；亦可用共享變數去除或擴充欄位，以減少作業所需的時間。

透過適用於 Microsoft Office 的 LabVIEW 報表產生工具組 (Report Generation Toolkit)，即可用 Microsoft Word 與 Excel 的格式，於 LabVIEW 建立並編輯報表。無論是需要製造測試摘要的報表，或編譯製程統計以提升生產量，LabVIEW 報表產生工具組 (Report Generation Toolkit) 將縮短專業客制報表的時間。使用新的 Microsoft Office Report Express VI，可於更短的時間內製作客制報表。

另請參閱：包含 LabVIEW 的 SCADA

 

 理由 8：LabVIEW 適用於企業與資料庫連結

如戴爾 (Dell) 與豐田 (Toyota) 公司，均須確保零件或原料準時抵達生產線。為了建置此項技術，則需緊密整合多樣系統；包含存貨管理系統，與製造生產線最後產品的機器系統。透過結構化查詢語言 (SQL) 溝通如 Oracle 資料庫的功能，則成為機器最重要的必備條件。使用 eXtensible Markup Language (XML) 的現代系統，則適用於 machine-to-enterprise 的通訊。機器亦需要能夠快速反應一般操作所產生的誤差 – 當偵測到錯誤、透過網路瀏覽器進行遠端控制，或需要進行矯正措施 (corrective action) 的 PDA，則發送出電子郵件或 SMS 簡訊。

使用如 C# 的文字架構工具、Java，或圖形化的 LabVIEW，機器對企業連結 (Machine-enterprise connectivity)，可建置為槓桿開放標準 (Leveraging open standard)，如 OPC、ActiveX，與 .NET。LabVIEW 中的類別瀏覽器 (class browser)，可讓使用者選擇可用的物件程式庫，如 ActiveX 與 .NET；並可於所選的物件程式庫中，檢視類別、屬性，與方法。適用於資料庫連結與網路連線的LabVIEW 工具組，可協助使用者連接至廣泛使用的資料庫，如 Oracle、Microsoft Access、Microsoft SQL Server、Dbase，與更多。

另請參閱：包含 LabVIEW 的資料庫連結

 

 理由 9：LabVIEW 適用於進階運算式與客制運動控制

有了 LabVIEW，工程師可開發從簡單 PID 控制，到進階動態控制的控制系統；並且不需變更軟體開發方法，即可協助選擇合適的硬體與控制方法。LabVIEW 程式圖的程式設計方式，可讓使用者自然地設計平行程式。LabVIEW 編譯器可自動將平行程式分割為多個執行緒，並將這些執行緒傳送至作業系統，以指派至多重處理核心。因此，使用者可專心於解決方案，而不需要多費心力在多執行緒的程式設計上；並可從最新的 PC 技術中取得效能優勢。

如果工程師已用其他軟體設計了運算式，則透過模擬介面工具組 (Simulation Interface Toolkit) 3.0，則可將 The MathWorks, Inc Simulink® 環境中的模型整合至 LabVIEW，適用於即時控制原型製作與硬體迴路 (HIL) 應用。同時，有了 LabVIEW 的外部模型介面 (External Model Interface)，即可於 LabVIEW Simulation Module 中使用其他製造商廠房模型的值。亦可使用 LabVIEW 進行進階控制運算式，並套用至 LabVIEW Real-Time 系統，如 PC、PXI，與 CompactRIO；亦可使用 LabVIEW Microprocessor SDK，直接套用至 32 位元微處理器架構的客制機板設計。
使用 LabVIEW 中的 NI SoftMotion 技術，工程師亦可建立客制化的運動控制器，以適用於較佳的效能與彈性。針對如軌道產生與客制運算式的多種運動控制函式，可根據特定應用、價格，或效能的需要，佈署至任何硬體平台。

另請參閱：包含 LabVIEW 的客制運動控制

 

 理由 10：LabVIEW 適用於包含 FPGA 架構控制的高傳輸率與可靠性

工程師可使用 LabVIEW FPGA 建立客制量測與控制運算式。此功能可將極需時效性的函式整合至硬體，如距離感測器 (proximity sensor) 偵測與機器狀況監測。由於控制程式碼直接於晶圓中執行，因此針對整合客制通訊協定或高速控制迴圈，工程師可迅速建立應用：最高 1 MHz 數位控制迴圈，與 200 kHz 類比控制迴圈。

在工業級電腦、FPGA，或客制設計中，LabVIEW 最佳化了控制系統的原型製作與佈署 – 所有均使用相同的 LabVIEW 圖形化程式設計方式。新的 LabVIEW FPGA 精靈，可自動產生 FPGA I/O 與時脈程式碼，以將控制邏輯直接嵌入至 FPGA 硬體，以達高效能與可靠性。透過 LabVIEW FPGA 精靈，工程師可輕鬆使用最新的 FPGA 技術；意謂工程師可更專注於控制系統邏輯之上。新的 LabVIEW FPGA 精靈，可自動產生 I/O 與時脈程式碼，以開發客制量測應用。

圖 5：LabVIEW FPGA 精靈

 

結論

過去 20 年來，NI LabVIEW 掀起了工程師進行量測的革命，並讓使用者使用該資訊提升產品品質、縮短上市時間，更取得更高的設計與製造效率。使用者可透過 LabVIEW 的圖形化程式設計，建置功能強大的即時效能監控與控制系統。透過 LabVIEW 中超過 600 種的分析函式、高速監控的 I/O，與企業層級系統的連結，LabVIEW 完全適於建置廠房自動化的 PLC 系統。

另請參閱：以 LabVIEW 進行 FPGA 程式設計

若要了解更多相關資訊，請至：NI LabVIEW