Eine Publikation der Swissprofessionalmedia AG
Ausgabe 10/2013, 08.10.2013

Zukunftssichere Investitionen in die Messtechnik

Messsysteme haben sich im vergangenen Jahrzehnt weiterentwickelt und an Komplexität gewonnen. Die Testsysteme von heute nutzen unterschiedliche Kommunikationsbusse und verschiedene Messgeräte von zahlreichen Herstellern, sodass bisher etliche hybride Testsysteme entstanden sind. Die grösste Herausforderung im Hinblick auf einen langfristigen Betrieb hybrider Testsysteme bleibt die Softwareschicht.

Die Softwarespezifikation für I/O, Virtual Instrument Software Architecture (VISA), wurde mit dem Ziel entwickelt, eine herstellerübergreifende Interoperabilität von Bussystemen und Messgeräten sicherzustellen. VISA kann für die Entwicklung hochwertiger, herstellerunabhängiger Systemsoftwarekomponenten wie Messgerätetreiber, Softfrontpanels und Anwendungssoftware sowie zur Herstellung von Interoperabilität eingesetzt werden.
Die Spezifikation vereinfacht die Kommunikation mit dem Messgerät, ohne dass der Anwender sich mit maschinennahen Details eines Protokolls für die Buskommunikation befassen muss. Durch den VISA-Standard bleibt die Funktionalität auch bei Upgrades und Änderungen des Betriebssystems bestehen. Software wie «LabVIEW» von National Instruments (NI) arbeitet nahtlos mit VISA. So begegnen dem Anwender etliche der Herausforderungen, auf die er normalerweise bei der Umstellung auf ein neues Betriebssystem trifft, nicht.
Messgerätetreiber versetzen Anwendungssoftware in die Lage, mit einem Messgerät zu interagieren. Die Auswahl des passenden Messgerätetreibers ist eine wichtige Entscheidung für jene, die ein hybrides Testsystem entwickeln; besonders dann, wenn eine benutzerdefinierte Hardwareabstraktionsschicht innerhalb dieses Systems implementiert wird.
Bewährte Messgerätetreiber
Plug-and-play-Gerätetreiber können direkt in LabVIEW integ-riert werden, um die langfristige Skalierbarkeit hybrider Testsysteme sicherzustellen. Sie ermöglichen eine Anpassung des Quellcodes, damit spezielle Testanforderungen und Weiterentwicklungen berücksichtigt werden können. Plug-and-play-fähige Messgerätetreiber für LabVIEW beruhen auf VISA und bieten eine zusätzliche Abstraktionsschicht von der Hardware, um auf lange Sicht den Anforderungen an Hardwareinteroperabilität gerecht zu werden. Der Anwender muss sich so nicht mit den Details der Kommunikation über ein bestimmtes Bussystem befassen. Die Plug-and-play-fähigen Messgerätetreiber für LabVIEW sichern die Lebensdauer eines Testsystems, unabhängig von Bus, Plattform oder Betriebssystem.
Die Verfügbarkeit von Messgerätetreibern für LabVIEW auf Basis von VISA nimmt stetig zu. Mittlerweile sind auf der Homepage von NI über 10 000 verschiedene Gerätetreiber von Herstellern wie beispielsweise Tektronix, Rohde & Schwarz oder Agilent verfügbar. Dies bestätigt wiederum, dass LabVIEW sich zu einem Standardwerkzeug bei der Messgerätesteuerung entwickelt hat. Somit ist die Integration neuer Messgeräte in bestehende Systeme langfristig ohne grossen Mehraufwand gesichert.
Für die Zukunft gerüstet
Ein wichtiger Aspekt einer Software ist ihre Erweiterung, um zukünftige Technologien adressieren zu können. Im Bereich der Messtechnik zeigen sich aktuell mehrere Trends, die die zukünftige Hardware und Software beeinflussen. Die vier wichtigsten Faktoren sind Big Analog Data, das Moore’sche Gesetz und sein Einfluss auf das Dataloggen, neu aufkommende Bustechnologien und der Einfluss mobiler Technologien auf Mess- und Prüfsysteme laut DAQ Outlook 2013. (Der Data Acquisition Technology Outlook wird regelmässig von NI erhoben.)
Unter Big Analog Data versteht man erfasste und digitalisierte Daten aus der physikalischen Welt. Dies können beispielsweise Druck, Temperatur, Beschleunigung oder die elektrische Spannung sein. Aufgrund leistungsfähigerer Messhardware erreichen Systeme mittlerweile schnell zig Tera-Byte am Tag. Beispielsweise können in einem Jumbojet bis zu 640 Terabyte an Daten während eines einzigen Fluges über den Atlantik erzeugen werden.
Aber auch die Hardware, welche dieses unglaubliche Datenvolumen erst möglich macht, wird immer leistungsfähiger. Dies beschreibt das Moore’sche Gesetz, nach dem sich die Transis-tordichte in einem Prozessor nahezu alle zwei Jahre verdoppelt. Bedingt durch die wachsende Leistungsfähigkeit sind intelligentere Systeme im Kommen, welche dezentral und nahe am Sensor Daten inline analysieren. Mit diesen Systemen ist auch ein erster Schritt bei der Bewältigung der Datenflut getan. Solche Systeme können beispielsweise in einem Ringpuffer kontinuierlich Daten speichern. Sobald ein bestimmtes Ereignis, ein Trigger, eintritt, loggt das System die eingehenden Daten mit und fügt zusätzlich Werte vor dem Ereignis an. Diese Technik stellt sicher, dass alle für die Messung wichtigen Daten aufgenommen werden. Das Logging-System löscht dabei unwichtige Daten, die bis kurz vor dem Eintreten des Ereignisses entstehen.
Die dezentrale Verteilung der Intelligenz in einem System bedingt, dass die Komponenten miteinander kommunizieren können. Neue Bustechnologien ermöglichen es, diese Datenraten sicher und in Echtzeit über grosse Strecken zu übertragen. Diese Bussysteme übernehmen zum Teil zusätzliche Aufgaben wie die Energieversorgung oder helfen dabei, Systeme durch einen niedrigeren Energieverbrauch effizienter zu gestalten.
Die Anbindung von Messsystemen an Bussysteme wie Ethernet oder die Integration in WLAN-Netze machen den Einsatz mobiler Technologien möglich. Somit haben Anwender von überall her Zugriff auf Systemdaten, können Prozesse teilweise fernsteuern, -überwachen und -warten. Dabei entstehen viele Fragen, wie die richtige Auswahl des Betriebssystems, die passende Hardware und die geeigneten Mechanismen zum Austausch der Daten. Dabei sollte auf die Verfügbarkeit gängiger Schnittstellen wie beispielsweise USB und die Verwendung eines offenen Standards für den Datentransfer geachtet werden.
Der wichtigste Punkt bei der Integration mobiler Technologien ist die Sicherheit. Dazu gibt es zahlreiche Best Practices, um mobile Geräte zu schützen. Darunter fallen zum Beispiel die Einrichtung eines PIN-Codes, der Einsatz von Antiviren-Apps und die dezentrale Löschung der Daten im Falle eines Verlusts des Geräts. Zahlreiche Entwicklungen wie firmeneigene App-Stores, mit denen Mitarbeiter nur zugelassene Apps installieren können, werden helfen, die Sicherheit mobiler Geräte zu gewährleisten.
Trends erkennen und absichern
Was macht nun LabVIEW in Bezug auf diese Trends zukunftssicher? Dank der starken Abstraktionsfähigkeit können so anspruchsvolle Aufgabenstellungen wie die parallele Ausführung von Codes oder die Abläufe in einem grossen Zustandsautomaten auf einen Blick begreifbar gemacht werden. Zusätzlich bietet die Low-Level-API je nach Hardware eine Kontrolle oder einen programmatischen Einfluss auf Komponenten der Mess-, Steuer- und Regelungstechnik bis hin zum Pin.
LabVIEW wird ständig weiterentwickelt, um neue Betriebssysteme, Bussysteme und Technologien zu unterstützen. Wie am Beispiel des VISA-Treibers ersichtlich wird, gestaltet sich die Architektur aller Treiber und API immer gleich, sodass Anwender keine neuen Befehle oder Herangehensweisen erlernen müssen. Dies geht soweit, dass bestimmte API wie beispielsweise VISA und X-NET mit einer API verschiedene Bussysteme ansprechen.
Adri Kruger (LabVIEW Product Manager) und
Lorenz Casper (Regional Product Engineer), National Instruments

National Instruments Switzerland Corp.
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Fax 056 200 51 55
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Ganz gleich, welche technischen Errungenschaften in den nächsten Jahren kommen werden, Software zur Messgerätesteuerung kann dazu dienen, technologische Verbesserungen zu nutzen und Investitionen in bestehende Hard- und Software zu sichern. (Bild: NI)