Grenzenlos messen – Datenerfassung über Ethernet

Grenzenlos messen – Datenerfassung über Ethernet

Bei Ethernet-Datenerfassung handelt es sich um eine Erweiterung der PC-basierten Datenerfassung für Messanwendungen, die über eine große Distanz oder über ein Netzwerk verteilt werden sollen. Die Ethernet-Datenerfassungsgeräte von National Instruments verbinden die Ethernet-basierte Datenübertragung und direkte Sensoranbindung mit der Flexibilität von NI-DAQmx und ermöglichen die Fernüberwachung und -steuerung von elektrischen, physikalischen, mechanischen und akustischen Signalen. Ethernet-Datenerfassungsgeräte von NI sind in der Lage, auf jedem Kanal Daten-Streaming mit einer Rate von 50 kS/s und einer Auflösung von 24 bit durchzuführen. Mithilfe von NI-DAQmx lassen sich die NI-Ethernet-Datenerfassungsgeräte in NI LabVIEW, LabWindows™/CVI, ANSI C/C++, Microsoft C#, Visual Basic oder Visual Basic .NET programmieren. Aufgrund der Flexibilität von NI-DAQmx und der weiten Verbreitung der Ethernet-Netzwerkinfrastruktur lassen sich Fernsteuerungsfunktionen mithilfe von NI-Ethernet-Datenerfassungsgeräten problemlos in neue oder bestehende PC-basierte Mess-, Steuer- und Regelsysteme integrieren.

Abbildung 1: NI-Ethernet-Datenerfassungsgeräte und Module der C-Serie

NI ENET-9163 und Hardware der C-Serie

Jedes NI-Ethernet-Datenerfassungsgerät besteht aus einem Wireless-Gehäuse NI ENET-9163 und einem Messmodul der C-Serie. Das ENET-9163 ermöglicht die IEEE-802.3-Ethernet-Anbindung an den Host-PC. Das Gehäuse kann über zwei integrierte und individuell programmierbare Digitaltriggerkanäle Referenztakte im- und exportieren bzw. Triggersignale mit anderen Modulen austauschen.

Module der C-Serie ermöglichen die direkte Anbindung von Sensoren und umfassen Signalkonditionierung für eine Auswahl an Messungen, u. a. Temperatur, Dehnung, Beschleunigung, Strom und Spannung. Die Module können zudem mit verschiedenen Chassis, u. a. NI CompactDAQ und CompactRIO, sowie mit dem Einmodulgehäuse NI USB-9162 und dem Wireless-Gehäuse NI WLS-9163 eingesetzt werden.

Modul	Signal	Kanäle	Abtastrate	Anbindung
Analogeingang
NI ENET-9211	Thermoelement, 24 bit	4	14 S/s	Schraubklemmen
NI ENET-9215	Simultane Abtastung, 16 bit	4	100 kS/s pro Kanal	Schraubklemmen oder BNC
NI ENET-9219	Universell (11 Modi)	4	100 S/s/Kanal	Steckklemmen
NI ENET-9234	IEPE (Beschleunigungsaufnehmer und Mikrofone), 24 bit	4	51,2 kS/s pro Kanal	BNC
NI ENET-9237	Dehnungsmessstreifen, 24 bit	4	50 kS/s pro Kanal	RJ50
Digital-I/O
NI ENET-9421	Strom ziehendes Digitaleingangsmodul, 11 bis 30 VDC	8	Softwaregetaktet	Schraubklemmen oder D-Sub
NI ENET-9472	Strom lieferndes Digitalausgangsmodul, 6 bis 30 VDC	8	Softwaregetaktet	Schraubklemmen oder D-Sub
NI ENET-9481	Relaisausgangsmodul, 60 VDC, 250 Veff	4	Softwaregetaktet	Schraubklemmen

Tabelle 1: NI-Ethernet-Datenerfassungsgeräte

Das Gehäuse ENET-9163 kann entweder separat oder zusammen mit Modulen der C-Serie als ENET-9xxx-Kit erworben werden. Eine vollständige Auflistung aller Geräte der C-Serie finden Sie auf der Seite Übersicht zur Kompatibilität der Module der C-Serie.

Fernmessungen mit Ethernet-Datenerfassung

Ethernet eignet sich insbesondere für Messungen über Entfernungen von mehr als 5 m. Ein einziges Ethernet-Kabel kann Distanzen bis zu 100 m überbrücken, erst darüber hinaus wird ein Hub, ein Switch oder ein Repeater notwendig. Dieser Umstand sowie die breite Verfügbarkeit von Netzwerken in Privathaushalten, Laboren, Büros und Produktionsanlagen macht NI-Ethernet-Datenerfassungshardware zur ersten Wahl für den Einsatz an dezentralen Standorten. Obwohl die Netzwerkleistung zum großen Teil von der Anzahl der vernetzten Geräte abhängt, kann ein 10/100BASE-T-Ethernet-Netzwerk (100 Mbit/s) mehrere Ethernet-Geräte aufnehmen, die bei voller Geschwindigkeit arbeiten. So benötigt das ENET-9234 beispielsweise eine Bandbreite von etwas mehr als 6,5 MB/s, um 24-bit-Daten bei 200 kS/s kontinuierlich über Ethernet übertragen zu können. Hierfür sind keine speziellen Schnittstellen oder Anbindungsmöglichkeiten erforderlich, es kann jeder standardmäßige IEEE-802.3-Router, -Switch- oder -Hub eingesetzt werden. NI bietet zudem eine Reihe an robusten, industrietauglichen Ethernet-Switches und WAPs an.

Integration von Ethernet-Geräten in ein bestehendes System mit NI LabVIEW

Mess- und Prüfsysteme sind sehr vielfältig – sie können einige wenige, aber auch ein paar Tausend Kanäle umfassen. Dementsprechend können Ethernet-Datenerfassungsgeräte entweder ein gesamtes System bilden oder eine einzelne dezentrale Komponente eines größeren Systems darstellen. Verschiedene Bussysteme, darunter PXI, PCI, USB, Ethernet und WLAN, eignen sich für die Datenerfassung. Häufig bietet es sich an, mehr als ein Bussystem zu verwenden. PXI Express und PCI Express bieten die höchste Bandbreite, USB die einfachste Installation und Konfiguration, Ethernet ist am besten für dezentrale Systeme geeignet und WLAN eliminiert Kabelverbindungen und die daraus resultierenden Probleme.

Da LabVIEW eine offene Entwicklungsumgebung ist, lassen sich in eine Anwendung Daten mehrerer Geräte, Busse und Hersteller integrieren. Abbildung 2 zeigt ein einzelnes LabVIEW-Programm, genannt virtuelles Instrument (VI), das in der Lage ist, Daten von einem Ethernet-, USB- oder PXI-basierten Gerät zu erfassen. Jedes NI-Gerät verfügt über einen DAQ-Assistenten, der die Hardwareunterschiede der Geräte von der Programmierung abstrahiert.

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Abbildung 2: LabVIEW-Code für ein Datenerfassungssystem mit mehreren Bussen

Erkennen, konfigurieren und erfassen in wenigen Minuten

Im Lieferumfang der NI-Ethernet-Datenerfassungsgeräte sind Prüf- und Konfigurationsanwendungen des Measurement & Automation Explorers (MAX) enthalten. Es handelt sich um dasselbe Dienstprogramm (siehe Abb. 3), das von jeder NI-Hardware genutzt wird, um alle Geräte, unabhängig vom verwendeten Bus, konfigurieren und testen zu können. Ethernet-Datenerfassungsgeräte werden genauso konfiguriert wie andere vernetzte Geräte, u. a. Laptops oder Spielekonsolen. Die Geräte nutzen entweder eine statische IP-Adresse oder eine IP-Adresse, die von einem DHCP-Server dynamisch zugewiesen wird. Sobald das System das Gerät erkannt hat, können die Konfigurationseinstellungen dezentral verändert, die angeschlossenen Sensoren überprüft oder die Programmierung des Systems mithilfe von NI-DAQmx vorgenommen werden.

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Abbildung 3: MAX-Konfigurationsprogramm mit mehreren Geräten

NI-DAQmx und LabVIEW

Die Systementwicklung mit LabVIEW und NI-DAQmx bietet zwei wesentliche Vorteile: minimale Entwicklungszeit und maximale Flexibilität. NI-DAQmx ist die API, die im Lieferumfang von NI ENET-9xxx und allen anderen NI-Datenerfassungsgeräten enthalten ist. Mit diesem Treibersatz kann die Programmierung mit zahlreichen textbasierten Sprachen wie ANSI C/C++, C#, Visual Basic und Visual Basic .NET erfolgen. Wird mit LabVIEW, LabWindows/CVI oder Measurement Studio programmiert, haben Anwender Zugriff auf den DAQ-Assistenten (siehe Abb. 4) – eine grafische Benutzeroberfläche, die Anwender schrittweise durch die Programmierung des Datenerfassungsgeräts führt. Der DAQ-Assistent verkürzt die Entwicklung von Datenerfassungscode erheblich, da er die Konfigurationseinstellungen in ablauffähigen Code umwandelt.

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Abbildung 4: Konfigurationsoberfläche des DAQ-Assistenten

Neben dem DAQ-Assistenten umfasst LabVIEW hunderte integrierte Funktionen für Analyse, Alarm-Handling, Berichterstellung und Datei-I/O, welche die Entwicklungszeit für ein Datenerfassungssystem weiter reduzieren. Da mit LabVIEW programmiert wird, ist die Funktionalität des Systems in keiner Weise eingeschränkt. Gestaltet sich das Projekt umfangreicher oder verändert sich, kann der Programmcode einfach an die neuen Anforderungen angepasst werden. Aufgrund von LabVIEW besteht zudem keine Notwendigkeit, für einen einzigen Prozess mehrere Softwareprogramme einzusetzen. Auf dem Markt sind zahlreiche Geräte von Drittanbietern verfügbar, die mit Treibern für LabVIEW ausgestattet sind. Diese Geräte lassen sich einfach in jedes beliebige LabVIEW-Programm integrieren. Besitzt ein Gerät keinen Treiber, kann die neue Hardware mithilfe der Entwicklungs-API in das auf LabVIEW basierende bestehende System integriert werden.

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I/O für alle Anwendungen mit Modulen der C-Serie

NI-Ethernet-Datenerfassungsgeräte sind Teil der Hardwarefamilie der C-Serie. Diese umfasst Module, Chassis und einzelne Gehäuse für Hochgeschwindigkeits-Datenerfassungs- und deterministische Steuer- und Regelanwendungen am Prüfplatz, im Außeneinsatz, in der Produktion oder integriert in größere Maschinen. Für Temperatur-, Druck-, Spannungs-, Strom-, Beschleunigungs-, Widerstands-, Dehnungsmessungen u. v. m. stehen über 40 Module zur Verfügung. Chassis und Gehäuse sind für die Kommunikation mit dem PC über Ethernet, Wireless und USB erhältlich. Darüber stehen Chassis mit Onboard-Controller und -Speicher für Embedded-Maschinendesign oder robuste Datenerfassungssysteme mit lokalem Speicher zur Verfügung. Abbildung 5 zeigt ein USB-Chassis mit 8 Steckplätzen, ein Chassis mit 8 Steckplätzen mit Embedded-Controller und Festplatte sowie ein über den Bus mit Spannung versorgtes USB-Gehäuse für den mobilen Einsatz. Weitere Informationen zur Hardware der C-Serie sowie eine Liste der kompatiblen Module entnehmen Sie bitte der Kompatibilitätsübersicht.

Abbildung 5: Module der C-Serie in verschiedenen Chassis und Gehäusen

Häufig gestellte Fragen (FAQs)

Diese Module sehen genauso aus wie die Modelle für NI CompactDAQ und CompactRIO. Sind sie austauschbar?

Die Module, die in den ENET-9xxx-Kits zum Einsatz kommen, entsprechen genau den Modulen, die NI schon seit vielen Jahren anbietet. Zum Zeitpunkt der Veröffentlichung dieses Beitrags können fünf dieser Module mit dem ENET-9163-Modul eingesetzt werden. Sollten Sie bereits im Besitz dieser Module sein, können Sie sie mit dem ENET-9163-Gehäuse einsetzen. Für ENET-9xxx ist NI-DAQmx 8.8 (oder höher) Voraussetzung.

Wie erfahre ich, welche Module mit welchen Chassis und Gehäusen der C-Serie eingesetzt werden können?

Informieren Sie sich anhand der Übersicht zur Kompatibilität der Module der C-Serie »

Was ist im Lieferumfang enthalten?

Jedes ENET-9xxx-Kit enthält das Ethernet-Gehäuse ENET-9163, ein Modul der C-Serie sowie folgendes Zubehör:

Netzteil 4-Pin-Anschluss für Trigger-Eingänge Gummifüße für den Desktop-Einsatz Treibersoftware NI-DAQmx Erste Schritte mit NI-DAQmx Benutzerhandbücher für Gehäuse und Modul

Kann ich das Gehäuse separat bestellen, wenn ich bereits entsprechende Module besitze?

Ja. Das ENET-9163 wird auch separat angeboten. Bitte informieren Sie sich anhand der Kompatibilitätsübersicht, ob Ihre Module mit ENET-9163 kompatibel sind.

Wie kann ich ein Ethernet-Datenerfassungsgerät bestellen?

Im Online-Katalog auf ni.com finden Sie alle ENET-9xxx-Kits sowie das Gehäuse ENET-9163. Zusätzlich können Sie über den Advisor Angebote für Ihre Konfigurationen einholen.

Wie schnell können ENET-9xxx-Geräte Daten erfassen?

Unter normalen Netzwerkbedingungen übertragen ENET-9xxx-Geräte alle Daten kontinuierlich per Streaming an den PC, ohne dass auf Geräteseite ein zusätzlicher Puffer nötig ist.

 

Die Bezeichnung LabWindows ist lizensiert von der Microsoft Corporation. Windows ist ein in den USA und anderen Ländern eingetragenes Warenzeichen der Microsoft Corporation.