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MESSTECHNIK
Schweizer Offiziersmesser im Messbereich?
Multichoice PCI Multifunktionsmesskarten
Hans Joachim Goldammer Die Schweizer Offiziersmesser ist bekannt für seine Flexibilität und vielfältigen Einsatzbereiche. Egal was man benötigt, man findet das nötige Werkzeug zum Ausklappen an dem roten Wunderding. Im Bereich
der Messtechnik sind solche Offiziersmesser selten. Jedes eingesetzte Produkt erkauft sich Vorteile in einem Bereich
durch Nachteile in einem anderen. Inzwischen gibt es ein solches Universalprodukt. Die Goldammer Soft- & Hardwareentwicklung, seit 12 Jahren spezialisiert auf die Entwicklung von intelligenten Messkarten, hat mit der Entwicklung der Multichoice PCI-Serie einen großen Schritt zu dem „Schweizer Offiziersmesser“ geleistet.
D
ie Multichoice PCIMesskartenserie hebt
sich durch prägnante
Merkmale hervor, die in
dieser Kombination auf
dem Markt sonst nicht
zu finden sind. So wird
jede dieser Multifunktionskarten mit einem
oder mehreren Signalprozessoren bestückt,
die je nach Programmierung die unterschiedlichsten Aufgaben in Echtzeit lösen
können. Durch hohe
Rechengeschwindigkeiten und die Kombination mit einem updatefähigen FPGA werden nahezu alle Einsatzgebiete der Messtechnik von dieser Kartenserie abgedeckt. Neben einfachen Messwerterfassungen oder
Steuerungen von extern angeschlossenen Geräten durch analoge oder digitale Signale sowie pulsweiten- oder frequenzmodulierte Ausgabe können
noch komplexe Zählersignale erfasst
und verarbeitet werden. Das Spektrum
der Zählarten umfasst Impulszähler, Frequenz-, Perioden- und Pulsweitenmesser, Vorwärts- und Rückwärtszähler und
Inkrementalzähler, welche direkt die Signale eines angeschlossenen Inkrementalgebers mit Interpolation, Resetimpuls
und weiteren Besonderheiten der Signalgeber verarbeiten. Diese Zähler können durch Bestückung der Messkarte
oder Erweiterung über Aufsteckmodule
beliebig kombiniert werden und ermöglichen so, das „Offiziersmesser“ mit
kundenspezifischer Ausrüstung zu bestellen.
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Alle diese Mess- und Ausgabearten würden allerdings auch ohne Signalprozessoren lauffähig sein. Die Steuerung
durch diesen hat jedoch den Vorteil,
dass der Prozessor sich in jede beliebige
Aufgabe einklinken und eine Onlineverarbeitung vornehmen kann. Unter Onlineverarbeitung versteht man beliebige
mathematische oder steuernde Funktionen, die in einem kurzen, vorher definierbaren Zeitfenster ausgeführt werden. Diese Funktionen können durch
Setzen digitaler bzw. analoger Ausgänge externe Prozesse steuern und regeln
oder durch mathematische Verarbeitung der Messdaten den PC von Berechnungen entlasten.
Ein Beispiel für solche Onlineverarbeitungen sind Berechnungen von Fouriertransformationen (FFT), die ein Signal
vom Zeitbereich in den Frequenzbereich transformieren. Diese Berechnungen erfolgen in den Zeitbereichen, in
denen der Prozessor sich im Idle-Status
befindet, also keine anderen Berechnungen durchführt oder auf Fertigmeldungen der Hardware wartet. Dieses Verfahren garantiert eine optimale Ausnutzung der verfügbaren CPU-Rechenzeiten, ohne die Gesamtperformance des
Systems zu beeinflussen. Die FFT-Berechnung liefert dann zusätzlich zu den
Zeitdaten, die weiterhin abgerufen werden können, parallel die zugehörigen
Frequenzspektren. So können während
einer Erfassung ohne Einsatz zusätzlicher Hard- oder Software beide Signalarten betrachtet werden.
elektronik industrie 04-2002
OnlineFunktionen
Die Multichoice PCI-Serie stellt eine
große Anzahl an Online-Funktionen zur Verfügung. So sind verschiedene PID-Regelungen auf
mehreren Kanälen mit einer einzigen Messkarte möglich.
Die Anzahl der Regelungen ist nur durch die Anzahl der verfügbaren D/A-Kanäle auf den Messkarten begrenzt. Diese sehr
schnellen PID-Regelungen werden in Echtzeit auf dem Signalprozessor gerechnet und direkt auf die Ausgabekanäle geschrieben, so dass keine unnötigen Latenzzeiten durch Datentransfer zwischen PC und Messkarte entstehen.
Verschiedene Filter stellen das Paradebeispiel für wertemodifizierende Funktionen dar. Diese digitalen Filteralgorithmen berechnen anhand von frei einstellbaren Parametern die unerwünschten Frequenzanteile eines Signals und entfernen diese
aus dem Signal. Durch die Implementierung der Filter auf dem
Signalprozessor sind beliebige Parameter, Filterarten und Frequenzgänge realisierbar. Die Flankensteilheit kann ebenso gewählt werden wie die Genauigkeit der Cut-Off-Frequenzen. Bei
Filtermechanismen, die auf dem PC in Software realisiert sind,
entstehen oft unnötige Verzögerungen oder Einschränkungen,
da keine Bearbeitung in Echtzeit mehr möglich ist. Eine weitere
Onlinefunktion ist die prozessorinterne Kennlinienskalierung,
welche erfasste Messwerte auf beliebig definierbare Kurven
abbilden oder Online-PWM-Ausgaben, bei denen abhängig
von dem anliegenden analogen Signal das Puls-Pausenverhältnis automatisch variiert wird, um z. B. abhängig vom analog gemessenen Durchfluss die Ventile mittels PWM zu steuern, ohne
den zeitintensiven Weg über PC-Steuerung zu wählen.
Triggerung
Eine wichtige Stelle bei der Messwerterfassung nimmt die
Steuerung der eigentlichen Messung durch Trigger ein.Trigger
definieren Start- oder Stoppbedingungen, bei denen die Messwerterfassung entsprechend gestartet oder angehalten werden soll oder auf die eine Messung synchronisiert werden soll.
Solche Trigger werden normalerweise mit digitalen Signalen
realisiert.
Sind die Voraussetzungen entsprechend ausgelegt, dass logische Verknüpfungen oder mathematische Vergleiche durchgeführt werden müssen, sind digitale Trigger schnell an ihrer
Grenze angelangt. Für solche Anforderungen sind die Messkarten der Multichoice PCI-Karte mit Triggern ausgerüstet, die
durch den Signalprozessor überwacht werden. Werden diese
aktiviert, so wird jeder Messwert direkt nach der Erfassung auf
die vorgegebenen Kriterien geprüft und die programmierte
Aktion bei erfüllter Bedingung sofort eingeleitet. Durch diese
direkte Reaktion bei erfüllten Bedingungen gibt es fast keine
Verzögerung zwischen Eintritt des Ereignisses und Auslösen
der Reaktion. Vordefinierte Triggerarten sind Schwellen- und
Fenstertrigger sowie Schwellwerte der ersten Ableitung (Gradientensteigung oder Gradientenfenster). Diese Triggerbedingungen sind individuell kombinierbar für Start- oder Stoppbedingungen und können Messungen starten und stoppen oder
durch sofortiges Setzen digitaler Ausgänge extern angeschlossene Maschinen anfahren oder -halten.
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GOLDAMMER
Hans-Joachim Goldammer, Goldammer GmbH Soft & Hardware Entwicklung,38440 Wolfsburg
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