LabVIEW Можливості та перспективи розвитку

Бібліотеки та Toolkit для аналізу й обробки даних

Кошти професійної розробки додатків

Розширення можливостей LabVIEW

Кошти обміну даними з продуктами інших виробників

Засоби моделювання та розробки систем управління

Література

Введення

Сучасні засоби розробки прикладного програмного забезпечення надають широкий вибір інструментів, як для досвідчених програмістів, так і для не досвідчених у програмуванні користувачів. Ці засоби дозволяють створювати призначені для користувача програми безпосередньо на стандартних мовах програмування, наприклад, C / C + +, Basic, а також за допомогою спеціальних бібліотек, які є основою ряду інструментальних програмних засобів. Пакети для розробки прикладного програмування для систем автоматизації за своїм основним призначенням поділяються на дві основні групи:

• , Measurement Studio , LabWindows / CVI , Agilent VEE и т.п. пакети програм labview, Measurement Studio, LabWindows / CVI, Agilent VEE і т.п. орієнтовані, в основному, на використання в системах автоматизації лабораторного експерименту і випробувань, хоча можуть застосовуватися і при створенні інших додатків, не пов'язаних із взаємодією з вимірювально-керуючих обладнанням;

• - Supervisory Control And Data Acquisition). пакети LabVIEW / DSC, Lookout, InTouch, «Трейс Моуд» призначені для розробки прикладного програмного забезпечення в автоматизованих системах управління технологічними процесами (АСУТП) і промислової автоматики (системи SCADA - Supervisory Control And Data Acquisition).

За способом програмування ці пакети діляться на наступні:

• , Visual Basic , Visual C / C ++), использующие элементы визуального текстового программирования для создания пользовательского интерфейса приложения и ориентированные в первую очередь на опытных программистов; текстові або текстово-графічні (Pascal, Delphi, LabWindows / CVI, Measurement Studio, Visual Basic, Visual C / C + +), які використовують елементи візуального текстового програмування для створення призначеного для користувача інтерфейсу програми та орієнтовані в першу чергу на досвідчених програмістів;

• графічні об'єктно-орієнтовані (InTouch, «Трейс Моуд»), засновані на застосуванні графічних образів об'єктів АСУТП як елементи програмування;

• графічні функціонально-орієнтовані (LabVIEW, LabVIEW / DSC, Agilent VEE), які використовують функціонально-логічний принцип конструювання (малювання) і графічного подання алгоритмів програм.

Графічні пакети легко освоюються не тільки програмістами - професіоналами, але і користувачами, що не мають досвіду програмування. З одного боку сучасні графічні системи дозволяють створювати програми, практично не поступаються за ефективністю програмам, написаним в текстових пакетах. З іншого боку у більшості випадків графічні програми більш наочні, легше модифікуються і налагоджуються, швидше розробляються. Безсумнівним достоїнством графічних систем програмування є те, що розробником програми може бути сам постановник завдання - інженер, технолог.

( Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench ) позволяет разрабатывать прикладное программное обеспечение для организации взаимодействия с измерительной и управляющей аппаратурой, сбора, обработки и отображения информации и результатов расчетов, а также моделирования как отдельных объектов, так и автоматизированных систем в целом. LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) дозволяє розробляти прикладне програмне забезпечення для організації взаємодії з вимірювальною і керуючої апаратурою, збору, обробки і відображення інформації та результатів розрахунків, а також моделювання як окремих об'єктів, так і автоматизованих систем в цілому. Розробником LabVIEW є американська компанія National Instruments.

На відміну від текстових мов, таких як C, Pascal та інші, де програми складаються у вигляді рядків тексту, в LabVIEW програми створюються у вигляді графічних діаграм, подібних звичайним блок-схемами. Іноді можна створити додаток, взагалі не торкаючись клавіатури комп'ютера.

/С++, Pascal , Basic , FORTRAN . LabVIEW є відкритою системою програмування і має вбудовану підтримку всіх застосовуваних у даний час програмних інтерфейсів, таких як Win32 DLL, COM.NET, DDE, мережевих протоколів на базі IP, DataSocket та ін До складу LabVIEW входять бібліотеки управління різними апаратними засобами і інтерфейсами, такими як PCI, CompactPCI / PXI, VME, VXI, GPIB (КОП), PLC, VISA, системами технічного зору та ін Програмні продукти, створені з використанням LabVIEW, можуть бути доповнені фрагментами, азработаннимі на традиційних мовах програмування, наприклад C / С + +, Pascal, Basic, FORTRAN. І навпаки можна використовувати модулі, розроблені в LabVIEW у проектах, які створюються в інших системах програмування. Таким чином, LabVIEW дозволяє розробляти практично будь-які додатки, які взаємодіють з будь-якими видами апаратних засобів, підтримуваних операційною системою комп'ютера.

Використовуючи технологію віртуальних приладів, розробник може перетворити стандартний персональний комп'ютер та набір довільного контрольно-вимірювального обладнання на багатофункціональний вимірювально-обчислювальний комплекс.

Безсумнівним достоїнством LabVIEW є те, що розробнику і користувачеві доступні функціонально ідентичні системи програмування для різних операційних систем, таких як Microsoft

Например программа разработанная под Windows будет почти без изменений работать на компьютере с Linux1. Windows 95/98/NT/2000/XP, Linux, MacOS. Наприклад програма розроблена під Windows буде майже без змін працювати на комп'ютері з Linux1.

При установці відповідних додаткових модулів можна використовувати LabVIEW як середовище розробки програм для різних цільових систем та операційних систем (ОС):

• системи на базі ОС реального часу (ОСРВ) LabVIEW-RT;

• кишенькові комп'ютери та інші пристрої на базі ОС WindowsCE / PocketPC;

• кишенькові комп'ютери та інші пристрої на базі ОС PalmOS;

• багатофункціональні програмовані пристрої, наприклад FPGA;

• сигнальні процесори (DSP).

В основі технології використання LabVIEW лежить комбіноване моделювання систем на ЕОМ, що включає аналітичне, імітаційне і натурне.

Для аналітичного моделювання характерно те, що алгоритм функціонування системи записується у вигляді деяких аналітичних співвідношень (алгебраїчних, інтегро-диференціальних, звичайно - різницевих тощо) або логічних умов. При імітаційному моделюванні алгоритм функціонування системи відтворюється в часі із збереженням логічної структури та послідовності перебігу елементарних явищ, що складають процес. В даний час імітаційне моделювання - найбільш ефективний метод дослідження систем, а часто і єдиний практично доступний метод отримання інформації про поведінку системи, особливо на етапі її проектування.

Натурним моделюванням називають проведення дослідження на реальному об'єкті з можливістю втручання людини в процес проведення експерименту і подальшої обробки результатів експерименту на обчислювальній техніці.

Відмінність модельного експерименту від реального полягає в тому, що в модельному експерименті можуть бути реалізовані будь-які ситуації, в тому числі «неможливі» і аварійні, що в силу різних причин буває неприпустимо при роботі з реальними об'єктами. Всі представлені види моделювання можуть бути реалізовані з використанням системи програмування LabVIEW. LabVIEW може успішно застосовуватися в освітніх і наукових цілях, при промисловій автоматизації, в проектних та комерційних структурах, пов'язаних з тестуванням і вимірюванням будь-яких параметрів, їх аналізом, візуалізацією результатів, створенням баз даних, використанням комп'ютерних мереж.

Система LabVIEW включає в себе:

• ядро, що забезпечує працездатність програмних процесів, поділ апаратних ресурсів між процесами;

• компілятор графічного мови програмування «G»;

• інтегровану графічну середовище розробки, виконання та налагодження програм;

• набір бібліотек елементів програмування в LabVIEW, в тому числі бібліотеки графічних елементів призначеного для користувача інтерфейсу, бібліотеки функцій і підпрограм, бібліотеки драйверів, бібліотеки програм для організації взаємодії з вимірювально-керуючими апаратними засобами тощо;

• розвинену довідкову систему;

• великий набір програм-прикладів з можливістю як тематичного, так і алфавітного пошуку.

Програмування в системі LabVIEW максимально наближене до поняття алгоритм. Після того, як ви продумаєте алгоритм роботи своєї майбутньої програми, вам залишиться лише намалювати блок-схему цього алгоритму з використанням графічного мови програмування «G». Вам не потрібно думати про осередки пам'яті, адреси, портах введення-виведення, перериваннях та інших атрибутах системного програмування. Дані будуть передаватися від блоку до блоку з «проводів», оброблятися, відображатися, зберігатися у відповідності з вашим алгоритмом. Мало того, сам потік даних буде керувати ходом виконання вашої програми. Ядро LabVIEW може автоматично використовувати ефективні сучасні обчислювальні можливості, такі як багатозадачність, багатопоточність і т.п.

Процес програмування в LabVIEW схожий на збірку будь-якої моделі з конструктора. Програміст формує користувальницький інтерфейс програми - «мишкою» вибирає з наочних палітр-меню потрібні елементи (кнопки, регулятори, графіки.) І поміщає їх на робоче поле програми. Аналогічно «малюється» алгоритм - з палітр-меню вибираються потрібні підпрограми, функції, конструкції програмування (цикли, умовні конструкції та ін.). Потім також мишкою встановлюються зв'язки між елементами - створюються віртуальні дроти, за якими дані будуть слідувати від джерела до приймача. Якщо при програмуванні випадково буде зроблена помилка, наприклад якийсь дріт буде підключений «не туди», то в більшості випадків LabVIEW відразу зверне на це увагу програміста. Після того, як алгоритм - блок-схема намальований, програма готова до роботи.

Крім бібліотек, що входять до складу комплекту поставки системи LabVIEW, існує безліч додатково розроблених програм. Багато хто з них вільно доступні через Internet. Власні розробки користувачів, накопичені в процесі роботи, можуть розміщуватися в нових бібліотеках і можуть бути багаторазово використані надалі.

Система програмування LabVIEW має вбудований механізм налагодження додатків. У процесі налагодження розробник може призначати точки зупинки програми, виконувати програму «по кроках», візуалізувати процес виконання програми і контролювати будь-які дані у будь-якому місці програми.

Система LabVIEW дозволяє захистити програми від несанкціонованого зміни або перегляду їх вихідного коду. При цьому розробник може або використовувати паролі на доступ до додатків, або зовсім видалити вихідний код з працюючого додатку.

Віртуальний прилад

) – концепция, в соответствии с которой организуются программно-управляемые системы сбора данных и управления техническими объектами и технологическими процессами. Віртуальні прилади (англ. Virtual Instrumentation) - концепція, відповідно до якої організуються програмно-керовані системи збору даних і управління технічними об'єктами і технологічними процесами.

Сутність: система організується у вигляді програмної моделі деякого реально існуючого або гіпотетичного приладу, причому програмно реалізуються не тільки засоби управління (рукоятки, кнопки, лампочки і т.п.), але і логіка роботи приладу. Зв'язок програми з технічними об'єктами здійснюється через інтерфейсні вузли, що представляють собою драйвера зовнішніх пристроїв - АЦП, ЦАП, контролерів промислових інтерфейсів і т.п.

в чистом виде). Попередницею концепції віртуальних приладів служила концепція сліпих приладів, що передбачає організацію системи у вигляді фізичного пристрою («ящика», що реалізує логіку роботи приладу, але не має для користувача інтерфейсу), та програмно-реалізованих засобів управління (що становлять HMI в чистому вигляді).

Концепція віртуальних приладів застосовується в якості базової в таких продуктах, як:

• LabVIEW фірми National Instruments (США) (http://www.natinst.com);

• DASYLab фірми DATALOG GmbH (Німеччина) (http://www.dasylab.com);

• фирмы GfS mbH (Германия). DIAdem фірми GfS mbH (Німеччина).

и DiaDem также принадлежит National Instruments . В даний час торгові марки DASYLab і DiaDem також належить National Instruments.

Програмний комплекс LabVIEW

LabVIEW (Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench) - це середовище розробки і платформа для виконання програм, створених на графічній мові програмування «G» фірми National Instruments (США). Перша версія LabVIEW була випущена в 1986 році для Apple Macintosh, в даний існують версії для UNIX, GNU / Linux, Mac OS і пр., а найбільш розвиненими і популярними є версії для Microsoft Windows.

LabVIEW використовується в системах збору й обробки даних, а також для управління технічними об'єктами і технологічними процесами. очень близка к SCADA -системам, но в отличие от них в большей степени ориентирована на решение задач не столько в области АСУ ТП, сколько в области АСНИ. Ідеологічно LabVIEW дуже близька до SCADA-систем, але на відміну від них більшою мірою орієнтована на вирішення завдань не стільки в галузі АСУ ТП, скільки в області АСНИ.

Програмування, засноване на потоках даних

», используемый в LabVIEW , основан на архитектуре потоков данных. Графічний мова програмування «G», використовуваний в LabVIEW, заснований на архітектурі потоків даних. Послідовність виконання операторів у таких мовах визначається не порядком їх проходження (як в імперативних мовах програмування), а наявністю даних на входах цих операторів. Оператори, не пов'язані з даними, виконуються паралельно в довільному порядку.

В основі програмування в LabVIEW лежить поняття Віртуальних приладів (Virtual Instruments, VI). На лицьовій панелі, як і належить, розташовуються елементи управління програмою - кнопки, графіки, вимикачі тощо. Блок-схема - це, по суті, і є сама програма. При написанні (а вірніше створення, тому що писати доводиться не так вже й багато) програми використовується таке поняття, як «потік даних» (Data Flow). Суть його в тому, що всі елементи програми (які представлені графічно) зв'язуються між собою зв'язками (проводами, нитками) по яких і відбувається передача даних. Загалом, описати це досить складно, краще подивитися на картинку, рис. 3.

Рис. 3. Найпростіший прилад.

Цифрами позначені:

• Точки, елементи програми (Nodes)

• Термінали індикаторів (Indicator Terminals)

• Зв'язку (Wires)

• Термінали керуючих елементів (Control Terminals)

Отже, в LabVIEW ви створюєте користувальницький інтерфейс (лицьову панель), з керуючими елементами і індикаторами. Керуючі елементи - це тумблери, кнопки, поля введення та інші пристрої введення. Індикатори - це графіки, шкали, лампочки, текстові поля тощо. Після створення призначеного для користувача інтерфейсу, ви додаєте програмний код, який управляє об'єктами на лицьовій панелі. Цей код міститься у схемі (block diagram). Цей код чимось нагадує собою блок-схему, хоча відмінностей багато.

LabVIEW можна використовувати для того, щоб керувати різним обладнанням, таким, як, пристрої збору даних, різні датчики, пристрої спостереження, рухові пристрої (наприклад, крокові мотори) тощо, а так само GPIB, PXI, VXI, RS-232 b RS-484 пристрою. Також в LabVIEW є вбудовані засоби для підключення створених програм до мережі, використовуючи LabVIEW Web Server і різні стандартні протоколи й засоби, такі як TCP / IP і ActiveX.

Використовуючи LabVIEW, можна створювати додатки для тестування і вимірювань, збору даних, керування різними зовнішніми пристроями, генерації звітів. Так само можна створити незалежні виконувані файли та бібліотеки функцій, такі як DLL, оскільки LabVIEW - це повноцінний 32-бітний компілятор.

Переваги LabVIEW

• Повноцінний мову програмування

• Інтуїтивно зрозумілий процес графічного програмування

• Широкі можливості збору, обробки та аналізу даних, управління приладами, генерації звітів і обміну даних через мережеві інтерфейси

• Драйверне підтримка більше 2000 приладів

• Можливості інтерактивної генерації коду

• Шаблони додатків, тисячі прикладів

• Висока швидкість виконання скомпільованих програм

• Сумісність з операційними системами Windows2000/NT/XP, Mac OS X, Linux і Solaris.

LabVIEW підтримує величезний спектр обладнання різних виробників і має у своєму складі (або дозволяє додавати до базового пакету) численні бібліотеки компонентів:

• для підключення зовнішнього обладнання за найбільш поширеним інтерфейсів і протоколів (RS-232, GPIB 488, TCP / IP та ін);

• для віддаленого управління ходом експерименту;

• для керування роботами і системами машинного зору;

• для генерації та цифрової обробки сигналів;

• для застосування різноманітних математичних методів обробки даних;

• для візуалізації даних і результатів їх обробки (включаючи 3D-моделі);

• для моделювання складних систем;

• для зберігання інформації в базах даних і генерації звітів;

• для взаємодії з іншими додатками в рамках концепції COM / DCOM / OLE і пр.

Разом з тим LabVIEW - дуже проста і інтуїтивно зрозуміла система. Недосвідчений користувач, не будучи програмістом, за порівняно короткий час (від декількох хвилин до декількох годин) здатний створити складну програму для збору даних і управління об'єктами, що володіє красивим і зручним людино-машинним інтерфейсом. Наприклад, засобами LabVIEW можна швидко перетворити старий комп'ютер, обладнаний звуковою картою, на потужну вимірювальну лабораторію.

Спеціальний компонент LabVIEW - Application Builder, дозволяє виконувати LabVIEW-програми на тих комп'ютерах, на яких не встановлена ​​повна середовище розробки.

Широта застосування

еятельности. LabVIEW знаходить застосування в найрізноманітніших сферах людської д еятельность. , Argonne , Batelle , Sandia , Jet Propulsion Laboratory , White Sands и Oak Ridge в США, CERN в Европе), так и в отраслевых промышленных лабораториях. У відповідності зі своєю назвою він спочатку використовувався в дослідницьких лабораторіях, та й у даний час є найбільш популярним програмним пакетом як в лабораторіях фундаментальної науки (наприклад, Lawrence Livermore, Argonne, Batelle, Sandia, Jet Propulsion Laboratory, White Sands і Oak Ridge в США , CERN у Європі), так і в галузевих промислових лабораторіях. Все більш широке застосування LabVIEW знаходить в освіті, в університетських лабораторних практикумах - особливо з предметів електротехніки, механіки та фізики.

Поширення LabVIEW за межами лабораторій пішло по всіх напрямах: вгору (на борту космічних апаратів), вниз (на підводних човнах) і по горизонталі (від бурових установок у Північному морі до промислових підприємств в Новій Зеландії). У зв'язку зі зростанням можливостей Internet сфера застосування LabVIEW стала розширюватися не тільки в географічному, а й у віртуальному просторі (cyberspace). Все більше число розробників створює віртуальні прилади, що допускають віддалене управління і спостереження через Internet. Вимірювальні системи на основі віртуальних приладів відрізняються своєю багатофункціональністю, гнучкістю і низькою вартістю як з точки зору обладнання, так і з точки зору витрат часу на розробку.

широко применяется в следующих сферах: В даний час LabVIEW широко застосовується в наступних сферах:

• Автомобільна промисловість

• Телекомунікації

• Аерокосмічна промисловість

• Напівпровідникова промисловість

• Розробка і виробництво електроніки

• Управління технологічними процесами

• Біомедицина

Завдяки своїй гнучкості і масштабованості, LabVIEW може використовуватися на всіх етапах технологічного процесу: від моделювання і розробки прототипів продуктів до широкомасштабних виробничих випробувань. Застосування інтегрованого середовища LabVIEW для вимірювання сигналів, обробки результатів і обміну даними підвищить продуктивність всього підприємства.

Розширюється світ віртуальних приладів

Мабуть, найкращим способом пояснити причини такого широкого (можна сказати, лавиноподібного) розповсюдження пакету LabVIEW буде узагальнення способів його використання. У всіх видах людської діяльності існують області, де не обійтися без певних видів вимірювань - дуже часто це температурні вимірювання, наприклад, у печах, холодильниках, парниках, технологічних приміщеннях і навіть ... у каструлі з супом. Крім температури, часто вимірюють тиск, силу, просторове зміщення, механічне напруження, рН і т.д. - Список величезний! Зараз персональні комп'ютери проникли практично в усі сфери життєдіяльності. LabVIEW прискорює впровадження комп'ютера в вимірювальні системи - і не тільки тому, що полегшує проведення вимірів, він також дає можливість проаналізувати виміряні величини, відобразити їх на графіках і в звітах і при бажанні опублікувати.

Після вимірювання та аналізу будь-якої величини наступним логічним кроком часто є управління, тобто зміна певних параметрів залежно від отриманих результатів. Наприклад, вимірявши температуру об'єкта, можна включити пристрій для його охолодження або нагрівання. І знову LabVIEW значно полегшує вирішення цього завдання: моніторинг і управління процесами є основними функціями цього програмного продукту. Управління процесами може бути прямим або здійснюється через спеціальні програмовані логічні контролери (programmable logical controllers - PLC), що прийнято називати диспетчерським управлінням і збором даних (supervisory control and data acquisition - SCADA).

Супутні продукти та технології

BridgeVIEW , позиционируемая как полноценная SCADA -система и предназначенная для работы в составе систем промышленной автоматизации (АСУ ТП). - Різновид LabVIEW, що позиціонується як повноцінна SCADA-система і призначена для роботи у складі систем промислової автоматизації (АСУ ТП). Зважаючи на відсутність помітного комерційного успіху, розвиток системи припинено.

LabVIEW – технология фирмы National Instruments , позволяющая создавать средствами LabVIEW системы жесткого реального времени. RT - технологія фірми National Instruments, що дозволяє створювати засобами LabVIEW системи жорсткого реального часу. -программы, работающей на обычном персональном компьютере, и сверхбыстрого и сверхкомпактного приложения, выполняющегося на микроконтроллере, встроенном в специализированное измерительное оборудование фирмы National Instruments . Передбачає взаємодію LabVIEW-програми, що працює на звичайному персональному комп'ютері, і надшвидкого і надкомпактного програми, що виконується на мікроконтролері, вбудованому в спеціалізоване вимірювальне обладнання фірми National Instruments.

– продукт фирмы National Instruments , реализующий концепцию не графического, а визуального программирования. LabWindows - продукт фірми National Instruments, який реалізує концепцію не графічного, а візуального програмування. , а алгоритм работы виртуального прибора программируется на языке Си. LabWindows позволяет создавать автономно выполняющиеся EXE -программы. Лицьова панель віртуального приладу формується так само, як і в LabVIEW, а алгоритм роботи віртуального приладу програмується на мові Сі. LabWindows дозволяє створювати автономно виконуються EXE-програми.

Версії програмного забезпечення