1. 概覽

流程制造商和離散制造商們正面臨著不斷增長的壓力——最大化效率、縮短停工期和提高產出。制造商們認識到實現這些改進的關鍵在于及時而準確的信息。然而，由于工廠現存軟硬件的混雜和傳統(tǒng)系統(tǒng)的局限性，信息的開發(fā)變得極為復雜。您可以將LabVIEW吸納到您的現有系統(tǒng)中，以便在您的過程中添加測量和分析功能，從而收集復雜數據并將其轉換為有用信息。此外，通過LabVIEW的開放性，您可以連接并提供信息至任何需要之處，而不論該信息是存在于數據庫，可從基于網頁的儀表板獲取，還是提供給現有的工廠控制硬件的。您甚至可以使用LabVIEW關閉反饋環(huán)路，并利用所提供的信息執(zhí)行復雜的控制操作。

該白皮書列舉了在您的PLC中添加LabVIEW的十項主要原因。

什么是LabVIEW?

LabVIEW是一種圖形化開發(fā)環(huán)境，它通過吸納用于實時分析、監(jiān)測、高級控制和前瞻性維護的PC與嵌入式技術，與基于IEC 61131-3的PLC相互補。將LabVIEW添加至您現有的基于PLC的系統(tǒng)，您可以顯著地提高吞吐量、產出和正常運行時間。新推出的LabVIEW 8.5，通過專為高級分析與控制設計的新特性、改進的分布式系統(tǒng)管理與新的支持人機界面（HMI）的目標平臺，增強了LabVIEW的工業(yè)測量能力。例如，LabVIEW的新函數庫支持工程師們使用改進的FPGA目標工具，以實現高性能的、基于硬件的機器監(jiān)測和保護系統(tǒng)，以及幫助工程師們使用相同軟件創(chuàng)建基于Windows CE的HMI的新型LabVIEW觸摸屏模塊。LabVIEW引入了簡化定制控制器硬件開發(fā)并提供新型顯示目標平臺的技術。利用LabVIEW，工程師們與機器制造者們可以使用相同軟件工具設計和布置工業(yè)系統(tǒng)，這些系統(tǒng)的功能包括高性能測量、基于FPGA的高級分析與控制、與現有系統(tǒng)的通信和人機界面。

圖1：什么是LabVIEW？

2. 理由之一：LabVIEW支持廣泛范圍的傳感器的高速測量

無論您在使用熱電偶、張力測量裝置、IEPE加速計、橋接傳感器還是正交編碼裝置進行測量，LabVIEW都為您提供了一個可靠且易于使用的數據收集平臺。利用LabVIEW，您可以快速采集和生成來自插入式板卡、USB設備和基于以太網的系統(tǒng)的信號。這些I/O能力以及與之相結合的特殊數據類型和測量分析函數，均為盡可能便捷地從您的物理傳感器獲取您所需的測量結果而專門設計。對于圖像采集，LabVIEW支持數千只攝像頭，并提供用于實時圖像采集和分析的軟件庫。LabVIEW還支持各種硬件（如NI CompactDAQ與NI CompactRIO）進行有條件的智能測量。

許多工業(yè)應用需要為振動或電能質量應用收集高速測量結果。所收集的數據被用于監(jiān)測旋轉機械的狀況、確定維護進度安排、識別馬達磨損和調整控制算法。LabVIEW可以直接進行每秒數百萬采樣的高精度測量，然后將這些采樣數據直接傳輸至其控制系統(tǒng)供即時處理。

3. 理由之二：LabVIEW支持振動監(jiān)測和前瞻性維護

對于任何希望實現最大正常工作時間的自動化系統(tǒng)，前瞻性維護與機器狀況監(jiān)測都是其基本組成部分。LabVIEW聲波與振動工具集和LabVIEW階次分析工具集，通過面向涉及振動分析和旋轉機械的應用的分析與展示，與通用LabVIEW測量分析和確定性函數相互補。利用這些工具集，您可以計算整體振動水平（RMS、峰值或峰值因子），實現從加速度到速度或位移的集成，在線進行階次跟蹤、階次抽取和階次頻譜計算等階次分析，處理數字和模擬轉速計信號，對時域數據或功率譜進行極限測試，并繪制頻譜圖、色圖、瀑布水線圖、重疊圖、波特圖、極化圖、軌道圖、時基圖、輪軸軸線圖和坎貝爾（強度）圖等。


圖2, 對LabVIEW中振動監(jiān)測的加速計數據的分析

LabVIEW 8.5 FPGA模塊新添了用于實現濾波器、定點數學、報警和測量的函數，因而工程師們可以構建基于FPGA的機器保護系統(tǒng)?，F在，通過將CompactRIO的穩(wěn)定緊湊設設計、基于FPGA的實現的可靠性和LabVIEW FPGA的易用性相結合，開發(fā)人員可以將強大的保護監(jiān)測與控制系統(tǒng)嵌入到他們的工業(yè)機器中。

4. 理由之三：LabVIEW支持數據錄入

LabVIEW提供用于數據錄入和報警管理的例程，以及實時和歷史趨勢分析的例程。無論您是從NI數據采集產品、LabVIEW實時目標平臺、Compact FieldPoint或CompactRIO模塊，還是從可編程邏輯控制器收集數據，您都可以快速配置您希望的I/O，并利用LabVIEW數據錄入和監(jiān)控（DSC）模塊自動錄入數據。歷史數據被存儲在Citadel（一個與SQL 92和ODBC 2.5兼容的數據庫）中，因而您可以使用標準的數據抽取工具以獲取在企業(yè)其他部分使用的信息。由于您可以使用LabVIEW DSC模塊將數據錄入到您網絡中的任一臺機器，您可以選擇某一臺機器作為您所有應用的數據庫主機，或者選擇將數據分發(fā)在網絡中的多臺機器中。此外，LabVIEW中的直觀向導幫助您開發(fā)一個完整的數據錄入應用，幾乎不需要任何編程。利用LabVIEW，您可以方便地將數據錄入至一個CSV、Excel或XML格式的文件供離線分析。離線階次分析可以幫助您進行前瞻性維護，如在系統(tǒng)失敗實際發(fā)生前改變承載。LabVIEW也可以在必要時將數據錄入到數據庫。

5. 理由之四：LabVIEW支持統(tǒng)計過程分析

LabVIEW利用帕累托圖表進行實時性能分析，幫助現場工程師縮小造成機器宕機的主要原因的范圍。該分析是通過LabVIEW DSC模塊中提供的統(tǒng)計過程控制函數完成的。無論給定的是未排序的動因列表或動因列表及其每項動因的發(fā)生頻次，帕累托計數器將列表中的動因按發(fā)生頻次由高到低排列，并為每項動因計算帕累托統(tǒng)計數據。給定一組帕累托值（帕累托計數器VI的輸出），可以創(chuàng)建得到兩張帕累托圖表和相關的圖例。一個是每項動因發(fā)生頻次的柱狀圖；另一個則是每項動因貢獻的百分比柱狀圖；該相關圖例是動因代碼及其排序的列表。例如，如果機器的最大一部分時間處于阻止狀態(tài)，您可以檢查何種動因導致機器被阻止如此長的時間。這種故障的動因可能是因原材料不一致或操作者失誤而引起的頻繁阻塞。處于生產狀態(tài)的時間占總時間的百分比越高，您的機器就越有效。

圖3,LabVIEW中的帕勒陀圖表

6. 理由之五：LabVIEW支持PLC與其它自動化設備間的數據共享

無論您與之通信的設備是過程儀器、可編程邏輯控制器（PLC）、智能傳感器還是單循環(huán)控制器，LabVIEW都提供了各種可靠的、易于使用的工具，以幫助您滿足您的任何通信需求。LabVIEW支持用于不同自動化設備間信息交換的面向過程控制OLE（OPC）。LabVIEW包含對OPC數據訪問3.0——OPC規(guī)范的一次新近擴展，它提高了訪問來自過程控制軟硬件的實時數據的性能與可靠性——的兼容性。利用面向NI LabVIEW的Modbus函數庫或者DSC模塊中內置的Modbus I/O服務器，您可以使用任何以太網或串口作為一臺Modbus TCP或Modbus串行主設備或從設備。利用這一Modbus I/O服務器與通信網關，您可以將任意工業(yè)網絡上的現有設備方便地吸納至您的LabVIEW應用。通信網關支持各種網絡，其中包括DeviceNet、ControlNet、EthernetIP、PROFIBUS與PROFINET等。

7. 理由之六：LabVIEW支持圖形化用戶界面的開發(fā)

LabVIEW使得創(chuàng)建用于遠程監(jiān)控的人機界面（HMI）應用非常方便。LabVIEW提供了數百個用于開發(fā)專業(yè)用戶界面的對象，包括圖形、圖表、旋鈕、刻度盤、溫度計以及其它。僅需拖放控件調色板中的對象，然后使用交互式屬性頁定制其行為與外觀。您可以在PC、觸摸板、平板PC甚至網頁瀏覽器布置您的用戶界面。LabVIEW支持多個客戶同時控制一項網頁發(fā)布的應用或VI，并賦予您更廣泛的展示數據的選擇。利用LabVIEW中的3D圖形控件，您現在可以方便地創(chuàng)建、引入和控制3D圖形，以實時展示真實世界的對象。

新推出的LabVIEW觸摸板模塊，結合用于實現與手持設備通信的新的共享變量功能，使得工程師們在其測控系統(tǒng)中快速添加基于Windows CE的HMI成為可能。利用共享變量，您可以方便地直接在定制的操作者界面上顯示來自該實時控制器代碼的數值，而這些界面通常用于嵌入式機器控制與監(jiān)測系統(tǒng)，從而進一步簡化了用于現場監(jiān)測應用的手持系統(tǒng)的開發(fā)。

圖4,使用LabVIEW開發(fā)用戶界面

8. 理由之七：LabVIEW支持報警、數據錄入、數值縮放和報告生成

您可以以圖形的方式在LabVIEW中為您的應用添加報警、數值縮放和數據錄入等功能。您可以支持當溫度過高時發(fā)出報警警告，錄入數據或引發(fā)錯誤條件的事件，或者縮放數值至實際單位以有效報告。在檢測到錯誤條件時，您也可以直接通過您的PDA編程撥打電話號碼或發(fā)送SMS消息。對于高通道數系統(tǒng)，LabVIEWDSC模塊增加了編程通道配置工具，以幫助開發(fā)人員動態(tài)地定義和錄入數據。利用改進后的多變量編輯器，您可以在幾分鐘內創(chuàng)建并綁定數千個共享變量。通過類似電子表格的特性，您可以按變量的屬性排序或檢索，您也可以折疊和擴展不同的數據欄以減少處理共享變量所需的時間。

利用面向Microsoft Office的LabVIEW報告生成工具集，您可以創(chuàng)建和編輯LabVIEW生成的Microsoft Word與Excel格式的報告。無論您是需要生成匯總制造測試結果的報告，還是匯編過程統(tǒng)計數據以改進您的生產產出，LabVIEW報告生成工具集都加速了定制的專業(yè)報告的完成。您甚至可以利用新型Microsoft Office快速報告VI，以更少的時間創(chuàng)建定制報告。

9. 理由之八：LabVIEW支持企業(yè)與數據庫的連接

Dell與Toyota等公司確保零部件與原材料僅當需要時才運達生產線。為實現這一技術，您需要實現庫存管理系統(tǒng)與生產現場內最終產品的制造機器間的緊密集成。對于機器，能夠通過結構化查詢語言（SQL）與Oracle等數據庫通信成為一項重要需求。現代系統(tǒng)使用可擴展標記語言（XML）實現機器與企業(yè)間的通信。機器也需要能夠對任何正常操作的偏離快速反應——無論這意味著當檢測到錯誤時發(fā)送電子郵件或SMS消息給關鍵人員，還是當需要采取糾正措施時通過網頁瀏覽器或PDA進行遠程控制。

機器與企業(yè)的連接可以利用開放標準（如OPC、ActiveX和.NET等），使用基于文本的工具（如C#或Java）或LabVIEW的圖形化方式實現。LabVIEW中的類瀏覽器支持您選擇一個可用的變量庫，如ActiveX和.NET，并察看所選擇對象庫中的類、屬性和方法。面向數據庫連接和互聯網連接的LabVIEW工具集，幫助您實現與如Oracle、Microsoft Access、Microsoft SQL Server和Dbase以及其它常見數據庫的連接。

10. 理由之九：LabVIEW支持高級算法和定制運動控制

工程師們可以利用LabVIEW開發(fā)控制系統(tǒng)，從簡單的PID控制到高級的動態(tài)控制系統(tǒng)，這幫助他們選擇合適的硬件與控制方法，而不必改變其軟件開發(fā)方法。LabVIEW這種模塊框圖的編程方式，支持科學家和工程師們自然地設計并行程序。LabVIEW編譯器自動為用戶將這些并行程序分解成多個線程，并將這些線程傳遞給OS以便分配給多個處理核。因而，科學家和工程師們可以僅需關注其解決方案，而不必困擾于多線程編程的細節(jié)，卻仍然可以從最新的PC技術獲得性能優(yōu)勢。

如果工程師們已經在其它軟件中完成其算法的設計，利用仿真接口工具集3.0，他們可以將其在MathWorks公司的Simulink®環(huán)境開發(fā)的模型集成到LabVIEW中，以實現實時控制原型構造和硬件在環(huán)（HIL）應用。而且，利用LabVIEW中的外部模型接口，您可以在LabVIEW仿真模塊中使用來自第三方的工廠模型的數值。您可以使用LabVIEW獲得高級控制算法，并將其不僅運用在LabVIEW實時目標平臺，如PC、PXI和CompactRIO，還可以直接運用在利用LabVIEW微處理器SDK定制設計的基于32-位微處理器的板卡上。

利用LabVIEW中的NI軟運動技術，工程師們也可以創(chuàng)建定制的運動控制器，以獲取更好的性能與靈活性。您可以根據您的特殊應用需求和性價比要求，在任意的硬件平臺上布置各種運動控制函數（如彈道生成）和定制算法。

11. 理由之十：LabVIEW利用基于FPGA的控制支持快速吞吐量和可靠性

工程師們可以利用LabVIEW FPGA創(chuàng)建定制的測量與控制算法。該項能力支持工程師們在硬件中吸納時間關鍵要求非常高的函數，如極限與近似傳感器檢測和機器狀況監(jiān)測。由于控制代碼直接以硅片形式運行，使得工程師們快速創(chuàng)建包含定制的通信協議或高速控制循環(huán)（高達1 MHz的數字控制循環(huán)與200 kHz的模擬控制循環(huán)）的應用成為可能。

LabVIEW簡化了在工控機、FPGA和定制設計中的原型構造和控制算法布置，所有這些使用相同的LabVIEW圖形化編程方法。新推出的LabVIEW FPGA向導自動生成FPGA I/O和定時代碼，以將控制邏輯直接嵌入到FPGA硬件，從而獲取高性能與可靠性。利用LabVIEW FPGA向導，工程師們擁有了一種使用最新FPGA技術的簡單方法，這意味著他們可以更多地關注其控制系統(tǒng)的邏輯。新推出的LabVIEW FPGA向導，為定制測量應用的開發(fā)自動生成I/O和定時代碼。

圖5,LabVIEW FPGA向導

總結

在過去的20多年中，NI LabVIEW革命性地改變了工程師們測量并利用其改善產品質量、更快速地產品上市和提高工程與制造的效率的方式。您可以利用LabVIEW所具有的圖形化編程功能，實現一個強大的實時性能監(jiān)控系統(tǒng)。LabVIEW，憑借其超過600個分析函數、廣泛的面向高速監(jiān)測的I/O和與企業(yè)層次系統(tǒng)的連接，實現了與您的面向工廠自動化的PLC系統(tǒng)的極佳互補。