Integration von Dewesoft EtherCAT-Datenerfassungssystemen mit LabVIEW

EtherCAT® verbindet verschiedene Datenerfassungssysteme und Steuerungskomponenten innerhalb des Dewesoft-Ökosystems, darunter die Serien IOLITE, KRYPTON und OBSIDIAN. Es handelt sich um ein robustes Kommunikationsprotokoll, das die Kompatibilität mit verschiedenen Echtzeitsystemen, einschließlich speicherprogrammierbarer Steuerungen (SPS), ermöglicht. EtherCAT-Geräte können über ein einziges Kabel für Datenübertragung, Stromversorgung und Zeitsynchronisation in Reihe geschaltet werden. Die Software DewesoftX ist im Lieferumfang enthalten und funktioniert reibungslos mit jeder Kombination von Dewesoft-Geräten. Es gibt jedoch Fälle, in denen LabVIEW® von National Instruments eingesetzt wird und Dewesoft-Geräte integriert werden müssen. Dieser Artikel zeigt, wie LabVIEW mit EtherCAT-Geräten von Dewesoft verbunden werden kann, um Daten von diesen zu erfassen. Obwohl die Beschreibung grundsätzlich für alle EtherCAT-basierten Systeme von Dewesoft – einschließlich IOLITE, KRYPTON und OBSIDIAN –  gilt, konzentrieren wir uns in diesem Artikel auf das IOLITEi-3xMEMS-ACC-Modul.

IOLITE 3xMEMS-ACC ist ein Datenerfassungsgerät von Dewesoft mit eingebettetem triaxialem MEMS-Beschleunigungssensor, Analog-Digital-Wandler und EtherCAT-Schnittstelle. Mehrere IOLITE-Geräte können mit einem einzigen, kostengünstigen CAT6-Kabel über Entfernungen von bis zu 50 Metern zwischen einzelnen Knoten einfach über große Strukturen verteilt und synchronisiert werden. Optische Konverter, die die Verwendung von Glasfaserkabeln erlauben, ermöglichen sogar Entfernungen von mehr als 20 km zwischen den Geräten bei einer Synchronisationsgenauigkeit von 1 µs. Die präzise Zeitsynchronisation ist von entscheidender Bedeutung bei der Durchführung einer Betriebsmodalanalyse (OMA) zur Bewertung der Strukturdynamik, einschließlich Eigenfrequenzen, Modenformen und Dämpfungsverhältnissen.

Wie bei allen Messsystemen von Dewesoft sind auch bei IOLITE die Datenerfassungssoftware DewesoftX und die Signalaufbereitung enthalten. Die Produktreihe umfasst multifunktionale Hochgeschwindigkeits-Datenlogger für Anwendungen, die eine Automatisierungssteuerung erfordern. Sie sind als ein- oder mehrkanalige Module für Systeme mit geringer oder hoher Kanalanzahl erhältlich. Es handelt sich um standardmäßige EtherCAT-Slave-Geräte, die Daten an beliebige EtherCAT-Master-Steuerungssysteme von Drittanbietern senden können. Bei Verbindung mit der Datenerfassungssoftware DewesoftX sorgt die Neuübertragungsfunktion (Retransmit) dafür, dass während der Messung keine Samples verloren gehen.

Einige IOLITE-Modelle sind für die Montage in 19"-Standard-Racks vorgesehen, während andere auf einer DIN-Hutschiene montiert werden können. Kleine Geräte wie das IOLITE 3xMEMS-ACC können direkt neben der Signalquelle platziert werden. Dies erlaubt es, durch geringere Kabellängen vom Sensor Kosten zu sparen, die Komplexität zu reduzieren und das Signalrauschen zu minimieren.

Einführung in die EtherCAT-Technologie:

What Is EtherCAT Protocol and How Does It Work?Learn what is EtherCAT, how it works, its features, capabilities, applications, and how it is used by Dewesoft data acquisition and control systems.

Erstellen der ENI-Datei

EtherCAT-Geräte können nur in einem entsprechend konfigurierten EtherCAT-Netzwerk verwendet werden, und dafür ist eine ENI- bzw. EtherCAT-Network-Information-Datei erforderlich. Diese Datei enthält die vollständige Konfiguration des EtherCAT-Netzwerks, einschließlich einer Geräteliste, Kommunikationsparametern, Synchronisationsdetails und Informationen zum Datenaustausch. 

In obigem Video werden die Software EtherCAT Studio von Ackermann Automation und ihre Verwendung erläutert. Mit diesem Tool kann das IOLITE -Gerät aus der Bibliothek dem Konfigurationsbaum hinzugefügt werden. Von dort aus lässt sich dann die ENI-Datei (Master Configuration ETG Standard) erstellen.

Datenerfassung

Der erste Schritt zur Datenerfassung besteht darin, den Computer mit der LabVIEW-Software einzurichten. Dieser Computer fungiert als EtherCAT-Master und übernimmt die Kommunikation mit IOLITE und anderen Geräten.

Die LabVIEW-Bibliothek von Ackermann bietet hierfür praktische visuelle Tools. Die folgenden Abbildungen zeigen den Block „Open Master Windows Compact“, der den lokalen EtherCAT-Master startet. Er übernimmt die zuvor erstellte ENI-Datei und Netzwerkparameter wie Buszyklus, Zielport, IP-Adresse usw.

Für die Datenerfassung muss der Master in den Betriebsmodus („Op“) versetzt werden. Dazu können wir den Block „Set Master State“ verwenden.

Nun können wir die Erfassungsschleife programmieren: eine While-Schleife, die bei jeder Iteration nach neuen Daten sucht. Sobald Daten verfügbar sind, werden sie entpackt und verarbeitet. Die Grundstruktur ist wie folgt:

1. Zunächst werden die Slave-Variablen abgefragt. Der Block „Query All Slaves Variables“ gibt ein 1D-Cluster-Array aus, wobei jeder Cluster Informationen zu einer Slave-Variable (z. B. Datentyp, Bitgröße, Bytegröße) enthält. Diese Daten werden später für die numerische Konvertierung während der Erfassung verwendet.

2. Die kontinuierliche Datenerfassung erfolgt innerhalb einer While-Schleife:

3. Der Block „Read Process Data“ gibt den jeweils neu erfassten Frame aus.

4. Eine For-Schleife durchläuft die einzelnen Slave-Variablen und konvertiert den Frame basierend auf der zuvor während der Abfrage der Variablen extrahierten Eigenschaft „Base Data Type“ in besser verarbeitbare numerische Werte.

5. Anschließend stehen die erfassten numerischen Daten zur Weiterverarbeitung zur Verfügung. In der unten stehenden Abbildung wird das dritte Element des Arrays ausgewählt – dieses entspricht der Beschleunigung entlang der Z-Achse (es können auch andere Variablen gewählt werden) – und vor der grafischen Darstellung an ein Datenarray angehängt.

Nach der Erfassung der Daten kann das Programm über das Bedienfeld gestoppt werden. Dadurch wird der letzte Teil des Codes aktiviert, in dem einige Bereinigungen durchgeführt werden. Dabei handelt es sich im Wesentlichen um:

1. Einstellen des Master-Status auf Initialisierung („Init“)

2. Schließen des EtherCAT-Masters

3. Fehlerbehandlung

Gerätekonfiguration

Im vorherigen Abschnitt haben wir uns mit der Datenerfassung mit LabVIEW befasst, aber wie können wir die Abtastrate und den Messbereich unseres Geräts konfigurieren?

Zunächst müssen wir verstehen, wo die Geräteparameter gespeichert sind und wie wir sie ändern können. Bei Beckhoff, den Entwicklern des EtherCAT-Protokolls, heißt es dazu:

Dies gilt auch für IOLITEi 3xMEMS-ACC. Die installierte EtherCAT-Bibliothek enthält ein Beispiel namens „Read Write CoE (SDOs)“ zur Bearbeitung der Gerätekonfiguration.

Die Abbildung oben zeigt die entsprechende Bedienfeld-Schnittstelle. Wichtige Felder sind:

1. Target Type: Definiert den Master-Typ (hier z. B. „Windows“).

2. Für den Windows-EtherCAT-Master werden die Parameter IP-Zieladresse, RPC-Port, Netzwerkadapter-ID, ENI-Dateipfad und Timeout benötigt.

3. Activation Data: Zeigt Informationen zur aktiven Lizenz an.

4. Slave Addr: Adresse des Ziel-Slaves im EtherCAT-Netzwerk. Diese Nummer sollte der Position des Ziel-Slaves im Konfigurationsbaum entsprechen. Die logische Adressierung beginnt bei 0. Gegebenenfalls kann der Block „Query Bus Setup“ verwendet werden, um die Netzwerkstruktur zu ermitteln.

5. Obj Index und Obj Subindex: Definieren die Speicheradresse, wobei jedes Index/Subindex-Paar auf eine bestimmte Einstellung verweist.

6. Data Write und Data Read: Lesen/Schreiben von Daten von bzw. auf die angegebene Adresse. Typischerweise wird pro Vorgang nur ein Parameter bearbeitet, sodass nur das erste Element des Arrays benötigt wird.

Die folgende Tabelle verknüpft die Indizes mit ihren jeweiligen Funktionen:

Fazit

Die Integration von Dewesoft-Datenerfassungssystemen mit LabVIEW per EtherCAT bietet eine robuste und flexible Lösung für die Echtzeit-Datenerfassung und -steuerung. Durch Befolgen des beschriebenen Prozesses (Erstellen einer ENI-Datei, Konfigurieren des EtherCAT-Masters und Verwenden der Ackermann-Bibliothek von LabVIEW) können Benutzer eine reibungslose Verbindung mit Dewesoft-Geräten – darunter auch IOLITEi 3xMEMS-ACC – herstellen und Daten von diesen erfassen. Die Möglichkeit, mehrere Geräte über große Entfernungen hinweg präzise zu synchronisieren, macht diese Integration besonders wertvoll für Anwendungen in der strukturdynamischen Analyse und Automatisierung. Darüber hinaus können Benutzer mithilfe der CoE-Schnittstelle die Geräteparameter feinabstimmen und so die Performance optimieren. Diese Integration ermöglicht es Messtechnikern und Forschern, das Potenzial der Dewesoft-Datenerfassungshardware einerseits und von LabVIEW andererseits in ihren Mess- und Steuerungsabläufen voll auszuschöpfen.

Weitere Informationen

Ein ausführliches technisches Benutzerhandbuch und ein Beispiel für ein LabVIEW-Virtual-Instrument (VI) sind verfügbar. Das Handbuch wird zukünftige Entwicklungen widerspiegeln, einschließlich der Aufnahme weiterer Geräte in die Testtopologie.

• Technisches Handbuch

• Erfahren Sie mehr über IOLITE 3xMEMS

• Erfahren Sie mehr über Ackermann Automation

• Erfahren Sie mehr über National Instruments LabVIEW
  

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