リモートI/Oを備えたリアルタイムシステムの構築
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概要
このドキュメントでは、リモートI/Oを備えたリアルタイム実装システムの設計について解説します。ナショナルインスツルメンツは、NI CompactRIOおよびプログラマブルオートメーションコントローラ（PAC）システム用の確定性に優れたEthernet対応NI 9144拡張シャーシをリリースします。LabVIEW Real-Timeと併せて使用することで、このCシリーズモジュール用8スロットシャーシは確定性リモートI/Oに適したソリューションとなります。
はじめに
タイムクリティカルな制御システムにリモートI/Oを組み込むには、どうしたらよいのでしょうか。まず直面するのが、既存のリアルタイムシステムの確定性を損なわずに、どのようにしてI/Oを組み込むのかという問題です。タイムクリティカルな通信プロトコルがない場合、デジタルI/Oモジュールで共有クロックやハードウェアトリガを使って、複数のリアルタイムコントローラを同期させようとするかもしれません。リモートI/Oを組み込むことだけが目的の場合、コントローラの数が増えると、このような応急措置的作業は複雑すぎて手に負えなくなります。
図1．確定性リモートI/Oを組み込む複雑な方法
この場合の理想的な解決法は、同じNIソフトウェア/ハードウェアプラットフォームで、高速の確定性通信プロトコルを使ってリモートI/Oノードからのデータを渡すという方法です。
NI 9144拡張シャーシ
NI 9144拡張シャーシを使用すると、NI CompactRIOまたはPACシステムに確定性の高いEthernet I/Oを追加することができます。この堅牢なCシリーズモジュール用8スロットシャーシは、EtherCAT®と呼ばれるオープン規格のリアルタイムEthernetプロトコルを使って、確定的な通信を行います。既存のNI cRIO-9074またはPXIシステムの全てに対応し、分散システムのマスタコントローラにはNI PXI-8231/8232 Gigabit Ethernetインタフェースを使用することができます。そして複数のNI 9144スレーブシャーシをマスタコントローラにデイジーチェーン接続することで、タイムクリティカルアプリケーションを拡張することができます。
図2．リモートI/Oを備えたNIリアルタイムシステム
NI 9144は、過酷な環境にも耐えうる堅牢性と信頼性を持ち、-40～70℃という広い動作温度範囲に対応する工業用のシャーシです。計測・制御システムをカスタマイズする場合、30種類以上のアナログ/デジタルCシリーズモジュールから選ぶことができます。さらに、ソフトウェア構成とLabVIEWプログラミングの経験があると、リアルタイムI/Oの拡張がより楽になります。
図3．Cシリーズモジュール用NI 9144拡張シャーシ
関連リンク
NI 9144拡張シャーシの内部
CシリーズI/Oモジュールで実現する柔軟性
NI 9144シャーシはモジュール式の拡張システムなので、追加のI/Oモジュールを挿入するだけで、計測の種類とチャンネル数の増加を実現できます。また、拡張シャーシを追加すれば、システムのモジュールスロットをさらに増やすことができます。全てのI/Oモジュールが各シャーシ内で自動的に同期されるだけでなく、ネットワーク上の全ての拡張シャーシを互いに同期することができます。
シングルポイントアナログ/デジタルI/O用のCシリーズモジュールは全てサポートされていますので、様々なセンサやアクチュエータと直接接続することができます。各モジュールには信号調節機能と絶縁機能が内蔵されていますので、熱電対、抵抗、電圧、電流、歪み、加速度など、あらゆる工業信号タイプに対応できます。9144シャーシと同様、全てのモジュールはULテスト済みで、工業レベルの温度・衝撃環境に適応することができます。またCシリーズI/Oモジュールは、組込みCompactRIO、USB CompactDAQ、Wi-Fiデータ集録など、他のNIハードウェアプラットフォームでも利用可能です。
図4. 信号調節機能、A/Dコンバータ付きのセンサ別コネクタを搭載したCシリーズモジュール
関連リンク
ビデオ：Cシリーズ製品
LabVIEW Real-Timeで簡単にプログラミング
LabVIEW 8.6 Real-Timeの登場により、グラフィカルプログラミング環境に確定性拡張I/Oを簡単に組み込むことが可能になりました。NI 9144を購入したら、まずNIマスタコントローラにNI-Industrial Communications for EtherCATドライバをインストールします。するとLabVIEWが接続されている全てのスレーブとモジュールを自動で認識します。また、LabVIEWではI/O変数を使用して、簡単なドラッグアンドドロップにより物理的なI/O値に即時にアクセスすることもできます。I/O ForcingとLive Test Panelの機能を用いれば、システム性能の監視や高度なトラブルシューティングが可能です。LabVIEWでのI/O変数の使用に関する詳細については、下記リンク先を参照してください。
図5．NI 9144 I/O変数をLabVIEW VIにドロップ
関連リンク
CompactRIOスキャンモードの概要
確定的リモートI/Oシステム入門
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