Grenzenlos messen – Datenerfassung über Ethernet

Die Datenerfassungsgeräte der Serie NI ENET-9000 sind für hochwertige Messungen konzipiert und ermöglichen eine einfache Integration über eine Standard-Ethernet-Verbindung. Mehrere Geräte stehen zur Verfügung, um Temperatur (RTDs und Thermoelemente), Spannung, Dehnung (DMS), Strom, Widerstand, Beschleunigung (IEPE), Schall und Kraft messen zu können. Die Installation und Anbindung dieser Geräte gestaltet sich einfach. Die ENET-9000-Geräte (s. Abb. 1) können 24-bit-Daten bei Abtastraten von über 200 kS/s kontinuierlich übertragen (Streaming), so dass auch transiente Signale und Oberwellen mit hohen Geschwindigkeiten erfasst werden können, wie sie oft in akustischen Messungen, Vibrations- oder dynamischen Belastungstests vorkommen. Diese Leistung kann durch einen großen Onboard-Speicher erzielt werden, d. h. die Datenerfassung bleibt konstant und variiert nur aufgrund der Übertragung über das Netzwerk.

Flexible Softwareoptionen, wie das intuitiv bedienbare Softwarepaket NI LabVIEW SignalExpress zur Datenprotokollierung, sowie die volle Unterstützung der Programmiersprachen LabVIEW, ANSI C, C#, Visual Studio und .NET ermöglichen die Integration eines oder mehrerer ENET-9000-Geräte zur Entwicklung dezentraler Überwachungs- oder Prüfanwendungen. 

Abbildung 1: Ethernet-Datenerfassungsgerät der Serie ENET-9000

Über Ethernet dezentral Daten erfassen

Ethernet eignet sich hervorragend für Messungen über Distanzen 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. Diese Möglichkeit der Überwindung großer Distanzen in Verbindung mit der breiten Verfügbarkeit von Netzwerken in Privathaushalten, Laboren, Büros und Produktionsanlagen macht NI ENET-9000 zur ersten Wahl für den Einsatz an dezentralen Standorten. Obwohl die Netzwerkleistung zum großen Teil von der Anzahl der vernetzten Geräte abhängt, kann ein 100-Mbit-Ethernet (heute am gängigsten) mehrere ENET-9000-Geräte anbinden, die bei voller Geschwindigkeit arbeiten. Ein 100-Mbit-Netzwerk hat eine theoretische Bandbreite von 12,5 MB/s. So braucht das  ENET-9234 beispielsweise eine Bandbreite von etwas mehr als 0,6 MB/s, um 24-bit-Daten bei 200 kS/s kontinuierlich über Ethernet übertragen zu können. Für die Verwendung eines ENET-9000-Geräts sind keine speziellen Gateways oder Schnittstellenkarten nötig. Einfache im Elektronikhandel erhältliche Ethernet-Komponenten erfüllen schon den Zweck. Für noch zuverlässigere, robuste Ethernet-Schalter bietet NI eine Reihe von Switches und WAPs (Wireless Access Points). Mehr über diese Geräte erfahren Sie auf der Website über Ethernet-Switches und WAPs.

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 NI ENET-9000-Geräte 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. Jede Technologie hat ihre eigenen Stärken und oftmals ist es sinnvoll, mehrere unterschiedliche Busse in einem Prüfsystem zu kombinieren. PXI Express und PCI Express bieten die höchste Bandbreite, USB die einfachste Installation und Konfiguration, Ethernet ist am besten für dezentrale Systeme und WLAN löst alle Probleme mit Verkabelung. LabVIEW und die NI-DAQmx-API für ENET-9000-Geräte ermöglichen eine komplette Systemintegration, gleichgültig ob die anderen Komponenten von NI oder von Drittanbietern stammen. LabVIEW ist eine Entwicklungsumgebung, die auf einer Benutzeroberfläche Daten von mehreren Geräten, Bussen und Herstellern integriert. Abbildung 2 zeigt ein einzelnes LabVIEW-Programm, genannt virtuelles Instrument (VI), das in der Lage ist, Daten von einem Ethernet-, einem USB- und einem 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 mit ENET-9000

Der Lieferumfang von ENET-9000-Geräten umfasst Prüf- und Konfigurationsanwendungen sowie den Measurement & Automation Explorer (MAX). Dies ist das Programm (s. Abb. 3), das von jeder NI-Hardware genutzt wird, um alle Geräte, unabhängig vom verwendeten Bus, konfigurieren und testen zu können. ENET-9000-Geräte werden genauso konfiguriert wie andere vernetzte Geräte wie etwa Laptops oder Spielkonsolen. ENET-9000 funktioniert entweder mit einer statischen IP-Adresse oder einer, die dynamisch von einem DHCP-Server zugewiesen wird. Sobald das System das Gerät erkennt, können die Konfigurationseinstellungen dezentral verändert, die angeschlossenen Sensoren geprüft werden, und man kann dem NI-DAQmx-Treiber mit der Programmierung des Systems beginnen, so wie auch bei jedem anderen NI-Datenerfassungssystem.

Abbildung 3:MAX-Konfigurationsprogramm mit mehreren Geräten

NI-DAQmx und LabVIEW – Datenerfassung mit National Instruments

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 ENET-9000 und allen anderen NI-Datenerfassungsgeräten enthalten ist. Mit diesem Satz von Treibern kann die Programmierung mit zahlreichen textbasierten Sprachen wie ANSI C, C#, Visual Studio und .NET vorgenommen werden. Wird mit der grafischen Entwicklungsumgebung NI LabVIEW programmiert, besteht Zugriff auf den DAQ-Assistenten (s. Abb. 4), eine grafische Programmierschnittstelle, die Anwender Schritt für Schritt durch die Datenerfassung mit ihrem NI-Gerät führt. Dieser einzelne Knoten, auch als Express-VI bezeichnet, verkürzt die Entwicklung von Datenerfassungscode erheblich, indem er die Konfigurationseinstellung in ablauffähigen Code umwandelt. Neben dem DAQ-Assistenten umfasst LabVIEW hunderte integrierte Funktionen für Analyse, Alarming, Berichterstellung und Datei-I/O, welche die Entwicklungszeit für ein Datenerfassungssystem weiter reduzieren. Wenn mit LabVIEW programmiert wird, ist die Funktionalität des Systems in keiner Weise eingeschränkt. Wird das Projekt umfangreicher oder verändert es sich, kann der Programmcode einfach an die neuen Anforderungen angepasst werden. Auf dem Markt sind Tausende Geräte von Drittherstellern 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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Abbildung 4: Der Konfigurationsbildschirm für Thermoelemente des DAQ-Assistenten

I/O für alle Anwendungen mit der C-Serie von NI

Die ENET-9000-Geräte sind Bestandteil der NI-Hardwarefamilie der C-Serie. Diese umfasst Module, Chassis und einzelne Trägermodule für Hochgeschwindigkeits-Datenerfassung und deterministische Steuerung und Regelung am Prüfplatz, im Außeneinsatz, in der Produktion oder integriert in größeren Maschinen. Für Messungen von Temperatur, Druck, Spannung, Strom, Beschleunigung, Widerstand, Dehnung u. v. m. stehen über 40 Module zur Verfügung. Chassis und Trägermodule sind für die Kommunikation mit dem PC über Ethernet, Wireless und USB erhältlich. Darüber hinaus gibt es Chassis mit Onboard-Controller und -Speicher für Embedded-Maschinendesign oder robuste Datenerfassungssystem mit lokalem Speicher. Abbildung 5 zeigt ein USB-Chassis mit 8 Steckplätzen, ein Chassis mit 8 Steckplätzen, Embedded-Controller und Festplatte sowie ein über den Bus mit Spannung versorgtes USB-Trägermodul für den mobilen Einsatz. Weitere Informationen zur Hardware der C-Serie sowie eine Liste der kompatiblen Module bietet die Kompatibilitätstabelle. 

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

Häufig gestellte Fragen (FAQs)

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

Die Module, die in den ENET-9000-Geräten zum Einsatz kommen, sind genau dieselben wie NI sie schon seit vielen Jahren anbietet. Zum Zeitpunkt der Veröffentlichung dieses Beitrags werden fünf dieser Module auf dem ENET-Trägermodul unterstützt. Besitzen Sie bereits einige dieser Module, können Sie sie in jedem ENET-9163-Trägermodul einsetzen. Für ENET-9000 ist NI-DAQmx in der Version ab 8.8 Voraussetzung.

2. Wie erfahre ich, welche Module von welchen Chassis und Trägermodulen der C-Serie unterstützt werden?

Auf unserer Website steht eine Kompatibilitätstabelle zur Verfügung: Weiter

3. Was ist im Lieferumfang enthalten?

Bestellen Sie ein ENET-9000 als Kit, enthält dieses das Ethernet-Trägermodul ENET-9163, ein Modul der C-Serie sowie folgendes Zubehör:

• für den Desktop-Einsatz
• Treibersoftware NI-DAQmx
• Tutorium "Erste Schritte mit NI-DAQmx"
• Hardware-Benutzerhandbücher für Modulträger und Modul

4. Kann ich ein Trägermodul separat bestellen, wenn ich bereits entsprechende Module besitze?

Ja. Das NI ENET-9163 wird separat verkauft. Bitte sehen Sie im Online-Guide nach, ob Ihre Module mit ENET-9163 kompatibel sind.

5. Wie kann ich ein ENET-9000-Gerät bestellen?

Auf der NI-Website gibt es Seiten zu allen Kits sowie zum Trägermodul ENET-9163. Außerdem gibt es einen Product Advisor, der innerhalb einer Online-Konfiguration direkt Angebote für Module und Trägermodule erstellt.

6. Wie schnell können ENET-9000-Geräte Daten erfassen?

Unter normalen Netzwerkbedingungen übertragen ENET-9000-Geräte alle Daten kontinuierlich an den PC, ohne dass auf Seite der Geräte ein zusätzlicher Puffer nötig ist.

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