Endlich einfach, flexibel, leistungsstark

Der Einsatzbereich der Test- lösung reicht vom Labor bis zum Automotive-Umfeld

Ein Gerät eignet sich für die unterschiedlichsten Messtypen

Die beiden Systemvarianten NI CompactDAQ 9174 und 9178

Egal, was zu testen ist – seien es Haushaltsgeräte, Handys, Automobile mit Hybridantrieb oder eine einfache Taschenlampe –, die Nachfrage nach leistungsfähigen multifunktionalen Messsystemen ist stark gestiegen. Denn auch das einfachste Prüfobjekt erfordert unterschiedlichste Tests mit verschiedensten Ein- und Ausgängen. Viele Geräte scheitern hier allerdings, weil sie zu starr und unflexibel, d.h. die I/Os und die Anzahl der Messtypen fix und nur bedingt anpassbar sind. Dies gilt auch für Handhabung, Mobilität und Programmierung der Geräte. National Instruments beschreibt hingegen eine Lösung, die all diesen Anforderungen gerecht wird.

Der grundlegende Ansatz war, ein Gerät zu schaffen, mit dem so schnell wie möglich gemessen, analysiert und visualisiert wer- den kann. Und das sollte sich nicht nur auf verschiedene Messtypen beziehen, sondern auch auf örtliche Gegebenheiten.

Einfach

So ist das Gerät NI CompactDAQ nicht nur im Labormessbereich zuhause, sondern auch für rauere und mobile Einsatzzwecke gerüstet. Beim Design legte man nicht nur großen Wert auf eine einfach zu bedienende Software – umgesetzt durch die Treiberarchitektur NI-DAQmx und die grafische Programmierumgebung Labview –, sondern speziell auch auf die Hardware. So verfügt NI CompactDAQ über einen USB-2.0-Highspeed-Anschluss mit Plug& Play-Technologie zur einfachen Detektion des Geräts am Computer (Desktop-PC, Laptop oder Industrie-PC) und zum schnellen Erkennen und Konfigurieren der über 30 verschiedenen Signalkonditionierungsmodule für unterschiedlichste Messungen, von der einfachen Temperaturerfassung in Temperaturkammern bis zur Schall- und Schwingungsanalyse in Machine-Condition-Monitoring-Systemen. Die Plug&Play-Technologie bietet hier noch einen weiteren Vorteil: die Fähigkeit zum Austausch verschiedener Module während des Betriebs. Es lassen sich sogar neue Module einstecken, während ein Test mit den anderen Modulen durchgeführt wird, ohne dass dieser unterbrochen werden müsste – auch bekannt unter „hot swappable".

Da sich das Gerät auch in rauen Umgebungen wie Industrieanlagen und im mobilen Einsatz zu Wasser, in der Luft und an Land wohl fühlen soll, werden das CompactDAQ und dessen Module aus A380-Aluminiumgussteilen gefertigt, sind für Temperaturen von -20 bis +55 °C geeignet und widerstehen bis zu 30 g Vibration.

Ein von Anwendern oft bemängeltes Manko von USB ist der nicht arretierbare und damit nicht gegen unbeabsichtigtes Entfernen geschützte USB-Stecker. So konnte es passieren, dass bereits aktive Langzeittests unterbrochen wurden und Tests wiederholt werden mussten. Dem entgegen wirken soll ein verschraubbares USB-Kabel, das im Lieferumfang des CompactDAQ enthalten ist.

Flexibel

Ein modernes Mess- und Testsystem muss flexibel genug sein, um den Anforderun- gen möglichst vieler Anwendungsgebiete wie Audiotests, Datenprotokollierung oder Strukturüberwachung nachzukommen. Aus diesem Grund stehen dem Anwender zwei Ausführungen von CompactDAQ zur Verfügung. Eine Variante weist vier Steckplätze für Signalkonditionierungsmodule auf, sodass der Anwender ein kompaktes Mess- system für präzise Messungen auf engstem Raum zur Hand hat. Die zweite Version bietet Steckplätze für die Aufnahme von bis zu acht verschiedenen Signalkonditionierungsmodulen z.B. für hochkanalige Messungen von bis zu 256 Kanälen.

Was aber verbirgt sich genau hinter den 30 verschiedenen Signalkonditionierungsmodulen, den vier bzw. acht Steckplätzen sowie den bis zu 256 Messkanälen und was macht CompactDAQ zu einem besonders flexiblen Messsystem? Das eigentliche Geheimnis seiner Flexibilität liegt im modularen Aufbau, d.h. die Signalkonditionierung ist komplett vom restlichen System getrennt. So besteht das eigentliche CompactDAQ-Gerät aus dem Aluminiumchassis mit der Aufnahme von vier oder acht Signalkonditionierungsmodulen und der Backplane für die Kommunikation, dem Timing und den Triggereingängen. So ist es möglich, für unterschiedlichste Anforderungen wie in der Elektronikindustrie, der Automobilindustrie oder im Bereich der erneuerbaren Energien jeweils ein optimales Gerät zu erstellen.

Damit nun einfach und flexibel erfasst und verarbeitet werden kann, wird das Compact-DAQ wie jedes andere Datenerfassungs- gerät von National Instruments mit einem Treiberkit ausgeliefert, das als Schnittstelle für die unterschiedlichsten Programmiersprachen, beispielsweise Labview, C, C++, C#, Visual Basic oder .Net, dient. Darüber hinaus wird neben hunderten von Programmierbeispielen eine sofort ablauffähige Software zur unmittelbaren Messwerterfassung, Datenanalyse und Datenspeicherung mitgeliefert: Labview SignalExpress LE. Hierbei handelt es sich um eine komplett konfigurationsbasierte Software für den schnellen Einstieg und für rasche Ergebnisse.

Leistungsstark

Die modulare Bauweise und transparente Treiberarchitektur bieten beim CompactDAQ eine sehr einfache Erweiterung durch simples „Hinzustecken" der Module, die dann auch noch automatisch miteinander synchronisiert werden. Die von National Instruments patentierte NI-Signal-Streaming-Technologie ermöglicht dabei eine zuverlässige parallele Verarbeitung von bis zu vier Datenströmen (Analogeingang, Analogausgang, Digitaleingang und Digitalausgang) über eine einzige USB-Datenverbindung.

Wie leistungsstark die über 30 möglichen Module tatsächlich sind, zeigen beispielhaft die nachfolgenden Spezifikationen. So sind in der analogen Spannungserfassung Module mit bis zu 32 Kanälen verfügbar, Auflösungen von bis zu 24 bit bei ±20 mV möglich, Spannungen bis zu 60 V messbar, Abtastraten von bis zu 800 kS/s oder simultane Datenerfassung von 51,2 kS/s/Kanal erreichbar. Bei der analogen Spannungsausgabe sind Update-Raten von 100 kS/s mit bis zu 20 mA oder ±10 V realisierbar. Für digitale Signale werden Module angeboten, die folgende Eigenschaften aufweisen: bis zu 32 Kanäle pro Modul, LVTTL-, TTL-Signale mit Taktraten von bis zu 20 MHz, bis zu 60 V, bidirektional und Strom ziehend oder Strom liefernd.

CompactDAQ selbst zeigt seine Leistungsfähigkeit u.a. in seiner Backplane, die mit dem USB-Kommunikationschip ausgestattet ist, über einen Fifo-Speicher für das Zwischenspeichern der Daten und einen für das Timing zuständigen Chip verfügt. Der genannte Chip mit dem Namen NI STC-3 wird seit 20 Jahren stetig von National Instruments weiterentwickelt. So wird er nicht nur bei CompactDAQ, sondern auch bei der neuesten Generation der Datenerfassungskarten für PCI Express und PXI Express, der X-Serie, eingesetzt. Eine Besonderheit bei der analogen Datenerfassung sind die drei Timing Engines, die es erlauben, synchron Daten mit bis zu drei verschiedenen Abtast-raten abzutasten. Dieser Vorteil wird z.B. dann offensichtlich, wenn neben einem Modul zur präzisen Temperaturerfassung mit sehr wenigen Hertz ein hochdynamisches Signal mit 50 kS/s erfasst und zusätzlich noch einige weitere hochkanalige Module mit 100 kS/s abgetastet werden sollen. Man kann also verschiedene Module mit unterschiedlichen Abtastraten laufen lassen. Für die analoge Datenausgabe sowie die digitale Ein- und Ausgabe steht jeweils auch eine weitere Timing Engine zur Verfügung. Für digitale Signale bietet der NI STC-3 noch weitere Vorzüge: Durch internes Timing erfordern die Digitalein- und -ausgänge keine externen Taktgeber und belegen so keine internen Ressourcen wie die vier bereits integrierten Zähler. Diese voll integrierten 32- bit-Zähler beinhalten einen zusätzlichen eingebetteten Zähler, wodurch hochauflösende Frequenzmessungen und finite Pulsfolgen möglich werden. Da zusätzlich noch der interne Speicher beim NI STC-3 auf 127 Werte erhöht wurde, sind nun auch gepufferte Frequenzmessungen oder gepufferte Pulsfolgen realisierbar.

DER AUTOR Dipl.-Ing. Andreas Scholz, Team Leader Technical Marketing bei NI Central Region; für die National Instruments Germany GmbH in München ( www.ni.com/germany )