분산 I/O로 리얼타임 시스템 구축하기

본 기술백서는 분산 I/O로 리얼타임 배포 시스템을 설계하는 방법에 대해 살펴봅니다. 내쇼날인스트루먼트는 NI CompactRIO와 프로그래밍 가능한 자동화 컨트롤러 (PAC) 시스템을 위한 결정성있는 이더넷 방식의 NI 9144 확장 섀시를 소개합니다. LabVIEW Real-Time과 결합된 C 시리즈 모듈용 8 슬롯 섀시는 결정성있는 분산 I/O에 편리한 솔루션을 제공합니다.

소개

시간 결정적인(time-critical) 컨트롤 시스템에 분산 I/O를 설계한다고 생각해보겠습니다. 첫 번째 의문은 기존 리얼타임 시스템의 결정성을 잃지 않고 I/O를 어떻게 추가하느냐입니다. 시간 결정적인 통신 프로토콜이 없다면, 공유 클럭이나 디지털 I/O 모듈을 통한 하드웨어 트리거를 사용하여 여러 개의 리얼타임 컨트롤러를 동기화할 수 있을 것입니다. 그러나 더 많은 컨트롤러가 추가되면서 본 동기화 작업의 복합성이 가중되기 때문에 시간 소모적이며 다루기 힘듭니다. 특히 필요한 것이 분산 I/O일 경우 더욱 그렇습니다.

그림 1. 결정성 있는 분산 I/O를 추가하기 위한 복합 솔루션

이상적인 솔루션은 고속의 결정성 있는 통신 프로토콜을 사용하여 분산 I/O 노드에서 데이터를 전달하는 동시에 동일하고 일관적인 NI 하드웨어와 소프트웨어 플랫폼을 사용하는 것입니다.

NI 9144 확장 섀시

NI 9144 확장 섀시는 결정성 있는 이더넷 I/O를 NI CompactRIO나 PAC 시스템에 추가합니다. C 시리즈 모듈용 본 8 슬롯의 견고한 섀시는 EtherCAT®이라고 하는 개방적인 실시간 이더넷 프로토콜을 통해 결정성 있게 통신합니다. NI cRIO-9074 또는 NI PXI-8231/8232 기가비트 이더넷 인터페이스를 갖춘 기존의 NI cRIO-9074나 PXI 시스템을 분산 시스템을 위한 마스터 컨트롤러로 사용할 수 있습니다. 그 후 마스터 컨트롤러에서 여러 개의 NI 9144 슬레이브 섀시를 데이지 체인으로 연결하여 시간 결정적인 어플리케이션을 확장합니다.

그림 2. 분산 I/O를 갖춘 NI 리얼타임 시스템

NI 9144는 극도의 견고함과 안정성을 제공하며 -40 ~ 70 °C의 넓은 온도범위에서 작동하도록 제작된 산업용 섀시입니다. 측정 및 제어 시스템을 원하는데로 구성할 수 있도록 30개가 넘는 아날로그 및 디지털 C 시리즈 모듈 중 선택하여 구성이 가능합니다. 또한 소프트웨어 구성 및 LabVIEW 프로그래밍은 리얼타임 확장 I/O를 추가할때 사용이 편리하도록 제작되었습니다.

그림 3. C 시리즈 모듈용 NI 9144 확장 섀시

관련 링크
NI 9144 확장 섀시 내부 기술

C 시리즈 I/O 모듈의 유연성

NI 9144 섀시는 모듈형 확장 시스템이므로, I/O 모듈을 추가적으로 삽입하여 더 많은 측정 유형 및 채널을 통합하는 유연성을 얻을 수 있습니다. 또한, 다른 확장 섀시를 추가하면 시스템에 더 많은 모듈 슬롯을 추가할 수 있습니다. 모든 I/O 모듈이 각 섀시에서 자동으로 동기화될 뿐 아니라 네트워크의 모든 확장 섀시는 서로 동기화됩니다.

단일 포인트 아날로그 및 디지털 I/O용 모든 C 시리즈 모듈이 지원되므로 광범위한 센서 및 액추에이터와 직접 연결할 수 있습니다. 각 모듈에는 확장 전압 범위 및 산업용 신호 유형 (열전대, 저항, 전압, 전류, 스트레인 및 가속도계 등)에 대한 신호 컨디셔닝과 절연 기능이 내장되어 있습니다. 9144 섀시와 마찬가지로 모든 모듈은 UL 테스트를 받으며 산업용 온도 및 충격 환경에서도 작동합니다. 또한, C 시리즈 I/O 모듈은 임베디드 CompactRIO, USB CompactDAQ 및 Wi-Fi 데이터 수집과 같은 기타 NI 하드웨어 플랫폼에서 재사용할 수 있습니다.

그림 4. 내장된 신호 컨디셔닝과 A/D 컨버터를 갖춘 센서 커넥터가 포함된 C 시리즈 모듈

관련 링크
C 시리즈 제품군 비디오

LabVIEW Real-Time의 편리한 사용

LabVIEW 8.6 Real-Time 출시로 인해 그래픽 기반 프로그래밍 환경에 결정성 있는 확장 I/O를 손쉽게 추가할 수 있게 되었습니다. 제품박스에서NI 9144를 꺼내 NI 마스터 컨트롤러에 EtherCAT 드라이버용 NI-Industrial Communications를 설치하면, LabVIEW는 연결된 모든 슬레이브와 모듈을 자동으로 인식합니다. 또한 LabVIEW는I/O 변수를 제공하므로 간단한 드래그와 드롭만으로 물리적인 I/O 값에 즉시 접근 가능합니다. I/O forcing과 실시간 테스트 패널로, I/O 변수를 사용하여 시스템 성능을 모니터링하고 고급 문제 해결을 수행할 수 있습니다. I/O 변수 배후의 LabVIEW 기술에 대해 알아보려면 아래의 링크를 방문하십시오.

그림 5. LabVIEW VI에 NI 9144 I/O 변수 놓기

관련 링크
CompactRIO 스캔 모드 소개
결정성있는 분산 I/O 시작하기

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