Erste Schritte mit deterministischen verteilten I/O-Systemen

Dieses Tutorium dient als Schritt-für-Schritt-Anleitung zur Inbetriebnahme eines dezentralen I/O-Systems in Form des Chassis NI 9144 mit acht Steckplätzen für Module der C-Serie von NI. Diese Hinweise umfassen das Auspacken der Hardware bis hin zum Zugriff auf I/O in der Software NI LabVIEW.

Nähere Informationen zur Installation und Nutzung des NI 9144 finden Sie im offiziellen Erste-Schritte-Handbuch für NI 9144.

Systemvoraussetzungen

Hardware

• LabVIEW-Real-Time-Controller mit zwei Ethernet-Anschlüssen, wie z. B. CompactRIO
• Erweiterungschassis NI 9144
• I/O-Module der C-Serie
• Ethernet-Kabel

Software

Software	Version für die Programmierung in LabVIEW Real-Time	Version für die Programmierung in LabVIEW Real-Time und LabVIEW FPGA
LabVIEW	ab Version 8.6	ab Version 2009
LabVIEW Real-Time Module	ab Version 8.6	ab Version 2009
LabVIEW FPGA Module	–	ab Version 2009
NI-RIO-Treiber	ab 3.0.1	ab 3.2
Treiber NI-Industrial Communications for EtherCAT	ab 1.0	ab 1.1

Hardwareinstallation

In diesem Tutorium kommt der Controller NI cRIO-9074 als LabVIEW-Real-Time-Controller zum Einsatz. So wird das Hardwaresystem installiert:

1. Platzieren Sie die I/O-Module der C-Serie im entsprechenden Chassis (entweder im lokalen CompactRIO- und/oder NI-9144-Chassis).
2. Verbinden Sie den Ethernet-Anschluss 2 des cRIO-9074 über ein Standard-CAT-5-Ethernet-Kabel mit dem Ethernet-Anschluss 1 des NI 9144. Es ist möglich, mehrere NI-9144-Chassis auf diese Weise hintereinander in Serie zu schalten.

Hinweis: Am Controller cRIO-9074 befindet sich der Anschluss 1 unten, während sich der Anschluss 1 am Chassis NI 9144 oben befindet.

Abb. 1: Verbindung des Ethernet-Anschlusses mit dem Master-Controller und NI 9144

3. Schließen Sie an jedem Chassis ein externes Netzteil an, so dass für die Stromversorgung der Hardware gesorgt ist.

Links auf thematisch verwandte Seiten
Erste Schritte mit CompactRIO und LabVIEW

Konfiguration des Master-Controllers

1. Nachdem die Hardware verbunden ist, installieren Sie die erforderliche Software auf dem Host-Computer.
2. Verwenden Sie ein Ethernet-Kabel, um den Ethernet-Anschluss 1 des cRIO-9074 mit demselben Netzwerk zu verbinden, an das auch Ihr Host angeschlossen ist.
3. Starten Sie den NI Measurement & Automation Explorer (MAX) über Start » Programme » National Instruments » Measurement & Automation. Doppelklicken Sie auf Netzwerkumgebung und wählen Sie den CompactRIO-Controller aus.
4. Benennen Sie den Controller um und wählen Sie unter IP-Einstellungen IP-Adresse von einem DHCP-Server beziehen. Klicken Sie anschließend auf Übernehmen. Damit die Einstellungen übernommen werden können, muss der Controller neu gestartet werden. (Informationen zur Verwendung einer statischen IP-Adresse entnehmen Sie bitte den Links am Ende des Dokuments.)

Abb. 2: Einrichten der IP-Adresse für den Echtzeit-Controller

5. Um Software auf dem Echtzeit-Controller zu installieren, erweitern Sie die Ansicht des cRIO-9074 unter Netzwerkumgebung. Über einen Rechtsklick auf Software wählen Sie Software hinzufügen/entfernen.

Abb. 3: Installation der Software auf dem Echtzeit-Controller

6. Installieren Sie die empfohlene Software auf dem CompactRIO-Controller (Treiber NI-RIO mit der NI Scan Engine und den Treiber NI-Industrial Communications for EtherCAT).
7. Sobald der Controller neu gestartet wurde, befindet er sich wieder unter Netzwerkumgebungen. Klicken Sie auf Erweiterte Ethernet-Einstellungen in der unteren rechten Ecke.
8. Wählen Sie den Ethernet-Anschluss 2 des cRIO-9074 aus (nicht die primäre MAC-Adresse). Wählen Sie dann im Drop-down-Menü unter Modus die Option EtherCAT aus und bestätigen Sie mit OK.

Abb. 4: Auswahl des EtherCAT-Modus für den Ethernet-Anschluss des Echtzeit-Controllers

Hinweis: Befindet sich der Ethernet-Anschluss 2 des Controllers im EtherCAT-Modus, kann er nicht in einem Ethernet-Netzwerk verwendet werden.

Links auf thematisch verwandte Seiten:
Fehlerbehebung bei CompactRIO-Controllern im Measurement & Automation Explorer

Netzwerkkonfiguration in LabVIEW

1. Starten Sie LabVIEW über Start » Programme » National Instruments » LabVIEW X.X » LabVIEW. Klicken Sie auf Leeres Projekt.
2. Über einen Rechtsklick auf Projekt wählen Sie Neu » Ziele und Geräte aus.
3. Im Dialogfenster Ziele und Geräte hinzufügen wählen Sie Bestehendes Ziel oder Gerät und erweitern Sie die Kategorie Real-Time CompactRIO, so dass LabVIEW den Controller im Subnetz des Host-PCs automatisch anzeigen kann. Wählen Sie cRIO-9074 aus und bestätigen Sie mit OK.
4. Über einen Klick mit der rechten Maustaste auf den cRIO-9074 im Projektfenster wählen Sie Neu » Ziele und Geräte.

Abb. 5: LabVIEW für das Erkennen von Controllern im Netzwerk

5. Im Dialogfenster Ziele und Geräte hinzufügen wählen Sie Bestehendes Ziel oder Gerät und erweitern Sie die Kategorie EtherCAT Master Device, damit LabVIEW den EtherCAT-Anschluss am Controller automatisch anzeigen kann.

Abb. 6: Auswahl des EtherCAT-Master-Anschlusses des Echtzeit-Controllers

6. Wählen Sie den verfügbaren EtherCAT-Master-Anschluss aus und bestätigen Sie mit OK. Es erscheint das Dialogfenster "Scan Slaves". Über die erste Option "Scan Interface" werden alle an den Controller angeschlossenen Slaves automatisch erkannt. Bestätigen Sie mit OK. Im LabVIEW-Projekt werden jetzt alle Slave-Geräte und die dazugehörigen I/O-Module sowie die physikalischen I/Os jedes Moduls (genannt I/O-Variablen) angezeigt.
7. Sobald alle Slaves automatisch erkannt wurden, können Sie auf dem CompactRIO-Controller ein VI erstellen. Um das NI 9144 in LabVIEW Real-Time zu programmieren, klicken Sie auf die I/O-Variablen und ziehen Sie sie vom LabVIEW-Projekt auf das Blockdiagramm. Mithilfe dieser I/O-Variablen können Sie auf die physikalisch vorhandenen Kanäle des Chassis NI 9144 schreibend und lesend zugreifen.

Abb. 7: Verschieben von I/O-Variablen vom LabVIEW-Projekt auf das Blockdiagramm

Werden die I/O-Variablen in einer zeitgesteuerten Schleife verwendet, können Sie den Takt der Schleife mit der NI Scan Engine synchronisieren. Sobald Sie das VI ausführen, wird das Programm automatisch auf den CompactRIO-Controller übertragen. Weitere Informationen zu den I/O-Variablen in LabVIEW und dem CompactRIO Scan Mode entnehmen Sie bitte den nachfolgenden Ressourcen.

Links zu thematisch verwandten Seiten:
Einführung in den CompactRIO Scan Mode
Hinzufügen von Drittanbieter-EtherCAT-Slaves in LabVIEW

Programmierung des NI 9144 FPGA in LabVIEW FPGA

Das in LabVIEW Real-Time geschriebene Programm wird auf dem Master-Controller eingesetzt, der für die Erfassung, Verarbeitung und Steuerung der I/O im EtherCAT-Netzwerk zuständig ist. Zusätzlich beinhaltet jedes NI-9144-Chassis einen eingebetteten FPGA (Field-Programmable Gate Array), der benutzerdefiniertes Timing und Signalverarbeitung ausführen kann, damit Sie intelligente verteilte Geräte erstellen können, die innerhalb von 100 ns synchronisiert werden. Um von den programmierbaren FPGA-Funktionen profitieren zu können, müssen Sie LabVIEW 2009, LabVIEW Real-Time 2009 und LabVIEW FPGA 2009 oder höher verwenden.

1. Wenn Sie das EtherCAT Master Device zum LabVIEW-Projekt (siehe Schritt 5 im vorherigen Abschnitt) hinzufügen, können Sie das Chassis NI 9144 so einrichten, dass es entweder in der NI Scan Interface oder in der LabVIEW FPGA Interface programmiert. Nutzen Sie die NI Scan Interface, können Sie dennoch in LabVIEW FPGA programmieren, wenn Sie im LabVIEW-Projekt-Fenster einen Klick mit der rechten Maustaste auf Gerät (Adresse 0, NI 9144) ausführen und Neu» FPGA-Zielsystem auswählen.

Abb. 8: Erkennen des FPGA-Zielsystems auf dem NI 9144

2. Im LabVIEW-Projekt umfasst das Chassis NI 9144 mehrere FPGA-Signale. So sind beispielsweise Input Virtual Point und Output Virtual Point digitale Zeitgebersignale, die für die Synchronisation von FPGA-Code zwischen unterschiedlichen NI-9144-Chassis verwendet werden. Um ein Modul in LabVIEW FPGA zu programmieren, verschieben Sie das Modul von Gerät (Adresse 0, NI 9144) auf das FPGA-Zielsystem (NI 9144).

Abb. 9: Unter dem FPGA-Zielsystem aufgeführte Chassis-I/O und Modul-I/O

3. Um ein FPGA-VI zu erstellen, klicken Sie im LabVIEW-Projekt mit der rechten Maustaste auf FPGA-Zielsystem und wählen Sie Neu» VI aus.
4. Programmieren Sie das FPGA-VI durch Auswahl der FPGA-I/O-Knoten aus dem LabVIEW-Projekt und Verschieben auf das FPGA-Blockdiagramm. In diesem Beispiel wurde eine PID-Funktion zur Regelung der Analog-I/O des NI 9144 verwendet.

Abb. 10: FPGA-Beispielcode auf dem NI 9144

5. Beachten Sie die boolesche Variable "FPGA PID zurücksetzen". Dabei handelt es sich um eine benutzerdefinierte I/O-Variable, die es dem Echtzeit-VI auf dem Master-Controller ermöglicht, mit dem FPGA-VI auf dem NI 9144 zu kommunizieren. Klicken Sie zur Erstellung einer solchen Variablen im LabVIEW-Projekt mit der rechten Maustaste auf Gerät (Adresse 0, NI 9144) und wählen Sie Neu» Benutzerdefinierte Variable. Legen Sie Bezeichnung, Datentyp und Richtung der Variablen fest. In diesem Fall schickt der Controller Informationen an das Chassis NI 9144, daher ist die Richtung Host an FPGA.

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Abb. 11: Dialogfenster für das Erstellen einer benutzerdefinierten I/O-Variablen

Die benutzerdefinierte I/O-Variable kann jetzt im Echtzeit-VI programmiert werden, das in diesem Beispiel zum Zurücksetzen der PID-Funktion genutzt wurde, die im FPGA-VI abläuft.

Hinweis: Benutzerdefinierte I/O-Variablen werden zur Kommunikation zwischen dem FPGA-VI und dem Echtzeit-VI genutzt, da das FPGA-Zielsystem am Chassis NI 9144 keine interaktive Ausführung oder programmatische FPGA-Kommunikation unterstützt. Standardmäßig ist die Anzahl benutzerdefinierter I/O-Variablen auf ein Maximum von 64 Eingangs- und 64 Ausgangsvariablen mit bis zu 64 bit Daten pro Variable beschränkt. Nähere Informationen zu benutzerdefinierten I/O-Variablen finden Sie in der Hilfe-Datei zum Treiber NI-Industrial Communications for EtherCAT.

6. Klicken Sie zur Ausführung des FPGA-VI mit der rechten Maustaste auf cRIO-9074 im LabVIEW-Projekt und wählen Sie Alle verteilen, um das Chassis NI 9144 zu verwenden. Falls sich das EtherCAT-Netzwerk nicht im Konfigurationsmodus befindet, klicken Sie mit der rechten Maustaste auf cRIO-9074 und wählen Sie Dienstprogramme» Scan-Engine-Modus» Zu Konfiguration wechseln. Klicken Sie zum Abschluss auf die Schaltfläche Ausführen im FPGA-VI. LabVIEW kompiliert den Code und lädt automatisch die erstellte Bitdatei auf das FPGA-Zielsystem herunter, nachdem die Kompilierung abgeschlossen ist. Wurde die Bitdatei erfolgreich auf das Chassis NI 9144 heruntergeladen, beginnt das FPGA-VI sofort mit der Ausführung.

Ein detailliertes Handbuch zur Konfiguration und Inbetriebnahme des NI 9144 finden Sie im Erste-Schritte-Handbuch für NI 9144.

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CompactRIO Advisor
Erste-Schritte-Handbuch für NI 9144