Приглашаем на IV международную конференцию
«Современные проблемы теплофизики и энергетики«» (СПТЭ-2024)

Направления работы конференции:
• Гидродинамика и тепломассообмен,
• Физика плазмы и плазменные технологии,
• Свойства рабочих тел в энергетике,
• Повышение эффективности, надежности и безопасности работы теплоэнергетического оборудования ТЭС и АЭС, цифровизация энергетики

Срок подачи расширенных тезисов докладов - до 15 мая 2024 года.
Конференция пройдёт в октябре 2024 года в Московском Энергетическом институте
Подробная информация на официальном сайте - spte.mpei.ru

Стандарт LXI поможет разработчикам АИС преодолеть недостатки шин GPIB, PXI и VXI

КОНЦЕПЦИЯ AGILENT OPEN: CТАНДАРТ lXI

Обзор проблем разработки АИС

Руководители подразделений, занимающихся созданием автоматизированных испытательных систем (АИС) во многих отраслях промышленности, встречаются с одинаковыми проблемами: уменьшение сроков ввода систем в эксплуатацию, ухудшение компетентности в области программного обеспечения, урезание средств, выделяемых на разработку, и передача большей части функций по производству сторонним организациям. Поэтому большинство руководителей приходят к одному и тому же решению: необходим более экономичный способ создания АИС.

Более широкий взгляд

Экономичность подразумевает больше, чем только низкую стоимость выполнения измерений. Даже если бы измерительные приборы с интерфейсами GPIB, PXI и VXI были бесплатными, разработчики АИС все равно столкнулись бы с проблемами, которые ограничивают экономичность создания систем: повторное использование аппаратных и программных средств; время настройки системы; производительность системы; размер системы; возможность модернизации в будущем.

Повторное использование. Разработчики редко могут позволить себе использовать при создании АИС только новое оборудование и программное обеспечение. В результате многие системы содержат в своем составе измерительные приборы, которые используют разные интерфейсы вводавывода и наборы команд. Поэтому может оказаться непросто повторно использовать имеющиеся измерительные приборы и прикладное программное обеспечение АИС без средств, облегчающих подключение приборов и управление ими в среде ПК.

Время настройки системы. Настройка системы может потребовать много времени, особенно когда разработчик пытается установить связь ПК с приборами или наладить взаимодействие приборов с программным обеспечением системы. Значительно больше времени потребуется, если система включает несколько интерфейсов: GPIB, RS-232C, VXI, PXI, MXI, Firewire, USB или LAN. Это означает, что разработчику придется иметь дело с несколькими библиотеками ввода-вывода и драйверами приборов от нескольких изготовителей. В результате потребуется много дней и недель для того, чтобы отладить систему и заставить ее работать в соответствии с заданными требованиями.

Производительность системы. В прикладных задачах, в которых важно время отклика, каждая миллисекунда имеет значение. Однако увеличение производительности системы в целом требует большего, чем только наличие быстрой системной шины. Узкими местами в системе могут быть подпрограммы испытаний, измерительные алгоритмы, пересылки данных, последовательность исполнения системных задач и другие.

Размер системы. При перемещении системы в другое место, либо развертывании ее там, где имеется дефицит свободных площадей, размер системы становится важным. К сожалению, сокращение размеров системы может привести к ухудшению ее функциональности, производительности и точности.

Возможность модернизации в будущем. Ограниченная универсальность архитектур имеющихся АИС усложняет их использование и модернизацию (расширение частотного диапазона, улучшение точности, увеличение производительности) в будущем. Чем больше таких систем будет развернуто в удаленных местах, тем более сложно будет их обслуживать без присутствия на месте квалифицированного персонала.

Критика текущих подходов

Разработчики сталкиваются еще с четырьмя особыми проблемами, которые ограничивают их возможности создания, управления и поддержки испытательных систем экономичным способом.

• Накладные расходы. Используемые в настоящее время модульные системы с базовыми блоками, контроллерами гнезда 0 и собственными интерфейсами  сокращают средства, остающиеся для разработки существенно важного измерительного оборудования. Кроме того, как только базовый блок будет заполнен модулями, добавление всего лишь одного дополнительного устройства потребует дополнительного базового блока.

• Ввод-вывод. Поскольку большинство современных ПК включают интерфейсы LAN и USB, кажется расточительным требовать дополнительных средств на создание интерфейсов, определяемых выполняемыми измерительными функциями.

• Программное обеспечение. Поддержка в течение жизненного цикла изделия является трудной задачей при использовании разных типов измерительных приборов; например, если при разработке в АИС закладывались настольные приборы, а в процессе производства их заменили модульными системами.

• Совместимость. В системах, в которых требуются различные возможности (генерация и измерение НЧ и ВЧ/СВЧ сигналов), разработчики вынуждены использовать два или более стандартов системных архитектур.

Кроме того, имеется несколько проблем, специфических для каждой из трех основных современных архитектур испытательных систем.

• GPIB. Хотя эта шина остается стандартом измерительных систем, она обеспечивает значительно более медленные скорости передачи данных, чем другие архитектуры, заставляет разработчика устанавливать в ПК дополнительную интерфейсную плату, требует приобретения дорогих кабелей и позволяет подключать не более 14 устройств.

• VXI. Эта архитектура требует использования дорогих базовых блоков, контроллеров гнезда 0 и дорогого специализированного интерфейса MXI.

• PXI. Кроме издержек, характерных для VXI, которые указаны выше, шина PXI имеет проблемы, связанные с размерами, мощностью и электромагнитными помехами, которые ограничивают область ее применения техническими решениями, обычно реализуемыми с помощью сменных плат для ПК.

Все вышеуказанные проблемы были по отдельности проанализированы в процессе разработки стандарта шины LXI.

Решение проблем в стандарте LXI

Определяя взаимодействие испытанных, широко распространенных стандартов, таких как: Ethernet, Web-браузеры и IVI-драйверы, стандарт LXI обеспечивает быстрое, эффективное и экономичное создание и реконфигурирование АИС. Хотя многие измерительные приборы текущего поколения имеют порты LAN, именно стандарт LXI явился следующим логичным шагом в эволюции построения АИС на базе локальной сети (LAN).

Cтандарт LXI охватывает классические измерительные приборы, модульные измерительные приборы без передней панели, а также функциональные унифицированные модули (стандартные блоки, из которых строится система), получившие название синтетических приборов.

Даже когда свободное пространство ограничено, стандарт LXI не заставляет разработчиков жертвовать функциональностью, точностью или производительностью системы. Они могут также использовать те же самые измерительные приборы (и за счет этого поддерживать программное обеспечение АИС) как на этапе разработки системы, так и в процессе ее аттестации, производства и обслуживания.

Обещание длительного срока службы подкрепляется участием в консорциуме LXI (www.lxistandard.org) более 40 всемирно известных компаний - производителей измерительного и испытательного обрудования. Компания Agilent и ряд других компаний представили свои первые изделия , соответствующие стандарту LXI, в сентябре 2005 года. Поскольку число доступных устройств стандарта LXI непрерывно возрастает, разработчики АИС скоро будут хорошо оснащены, чтобы предпринять следующий шаг по созданию АИС, в которых преодолены недостатки шин GPIB, PXI и VXI.

Введение в стандарт LXI

Сердцем шины LXI является локальная шина (LAN). Но вместо модификации существующих стандартов стандарт LXI четко определяет их взаимодействие в пяти областях: физический интерфейс, интерфейс Ethernet, программный интерфейс, страницы измерительного прибора и синхронизация.

Физический интерфейс

Для обеспечения физической совместимости стандарт LXI начинается с физических размеров стойки, определенных в стандартах IEC. Для упрощения интеграции и разработки АИС он рекомендует также размещение конкретных соединений на передней и задней панелях. Например, приборы, соответствующие страндарту, используют переднюю панель для размещения входных и выходных соединителей сигналов, а также индикаторов LAN, сети питания и IEEE 1588 (синхронизация). Задняя панель используется для размещения соединителей аппаратного запуска, сети питания и Ethernet. Каждый модуль LXI должен соответствовать стандартным требованиям по экранированию от электромагнитных помех и охлаждению, которые используются во всем мире.

Конструктивное исполнение. Для удовлетворения широкого круга требований устройства LXI могут быть выполнены в различных конструктивных исполнениях. Сейчас наиболее распространенной конструкцией будут классические настольные приборы, которые включают дисплей передней панели и интерфейс пользователя.

Для АИС в производстве, аэрокосмической или оборонной промышленности, предлагается компактный корпус без передней панели, который позволяет создавать небольшие экономичные системы, которые лучше всего подходят для местного или удаленного размещения. Модули могут иметь высоту от 1U (4,45 см) до 4U (17,78 см), а по ширине соответствуют половине/ полной ширине стойки.

Стандарт LXI предусматривает также компактные корпуса для датчиков, усилителей, фильтров и аттенюаторов, которые могут размещаться внутри устройств подключения и в удаленных местах.

Средство перехода на новый уровень. Стандарт LXI позволяет перейти от классических измерительных приборов к беспанельным модульным приборам и синтетическим приборам. Компания Agilent уже работает в этом направлении, предлагая синтетические приборы на базе популярных настольных ВЧ/СВЧ приборов. Используя одно и то же измерительное оборудование в классических и модульных приборах, компания Agilent усиливает возможности перевода программного обеспечения на новый уровень с развитием системы.

Ethernet

Стандарт LXI использует стандарт IEEE 802.3 для определения соответствующих соединений, протоколов, скоростей, адресов, конфигураций и других условий, устанавливаемых по умолчанию, которые следует реализовать для обеспечения совместимости в системе.

• Соединения. Устройства LXI используют стандартные соединители RJ45 и поддерживают функция Auto MDIX для автоматического распознавания полярности подключения сетевого кабеля.

• Протоколы. Устройства, соответствующие стандарту, должны поддерживать протоколы TCP, (протокол управления передачей данных), UDP (протокол дейтаграм пользователя) и IPv4 (межсетевой протокол, версия 4). TCP  это стандартный межсетевой протокол, который наиболее часто используется при пересылке сообщений между равноправными узлами, а UDP  протокол с минимальным количеством параметров, который обычно используется для многоабонентской доставки сообщений, когда важна высокая скорость доставки.

• Скорости. Стандарт рекомендует использовать интерфейс Ethernet со скоростью 1 Гбит/с (разрешается также 100 Мбит/с) и функцией автоматической настройки, обеспечивающей работу устройств на оптимальной скорости. • Адреса. Устройства LXI должны поддерживать IP-адреса (назначенные сервером), MAC-адреса (назначенные производителем) и имена хост-системы (назначенные пользователем).

• Конфигурация. Устройства, соответствующие стандарту, должны поддерживать протокол ICMP (межсетевой протокол управляющих сообщений), назначение IP-адресов на основе протокола DHCP, ручной DNS (cервер имен доменов) и динамический DNS. Поскольку DNS может транслировать имена доменов в IP-адреса, он может внести свой вклад в увеличение срока службы программного обеспечения: IP-адреса могут изменяться, а имена доменов -нет.

• Условия по умолчанию. В качестве защитной меры стандарт LXI определяет набор установок LAN по умолчанию и требует наличия переключателя LCI, который при его нажатии сбрасывает устройство в состояние этих известных установок.

Программируемый интерфейс

Поскольку стандарт LXI требует, чтобы все устройства имели драйвер IVI, это позволяет пользователю использовать тот язык программирования или среду разработки, которую он предпочитает. IVI-COM и IVI-C являются признанными стандартными драйверами, которые производители измерительных приборов поставляют со своими продуктами.

LAN discovery. Устройства, соответствующие стандарту, должны также реализовывать функцию LAN discovery, позволяющую главному компьютеру идентифицировать подсоединенные к локальной сети измерительные приборы. В настоящее время стандарт LXI требует использовать протокол VXI-11, который определяет способность подключения к LAN для всех типов испытательного оборудования, кроме VXI. Со временем будущие редакции стандарта LXI могут включать другие механизмы обнаружения, такие как протокол Universal Plug&Play (UPnP).

Web-страницы прибора

Каждое устройство, соответствующее стандарту LXI, должно быть способно обслуживать свою собственную web-страницу. Эта страница содержит ключевую информацию об устройстве, включая производителя устройства, номер модели, серийный номер, описание, имя хост-системы, MAC-адрес и IP-адрес. Стандарт также требует обеспечения доступа к странице конфигурации с помощью web-браузера. Это позволяет пользователю изменять такие параметры, как имя хостсистемы, описание, IP-адрес, маску подсети и режим конфигурации TCP/IP. Доступ к web-страницам должен быть таким же простым, как ввод IP-адреса в строке адреса любого браузера, соответствующего стандартам W3C.

Многие измерительные приборы компании Agilent, соответствующие стандарту LXI, помимо требований стандарта обеспечивают также возможности контроля и управления. Например пользователь может настроить мультиметр, скомандовать ему начать измерения и затем считать результаты. Некоторые устройства компании Agilent позволяют даже загрузить полностью специализированные измерительные программы (CDMA, GSM, WiFi) и выполнить конкретные измерения одной командой. Возможность управления прибором через его интерфейс web-браузера открывает область новых возможностей для инженеров, которым необходим простой способ доступа к АИС из любой точки мира.

Синхронизация

Возможности запуска и синхронизации являются наиболее интересными аспектами шины LXI. Совместно используя возможности LAN и протокола временной синхронизации IEEE 1588, стандарт LXI определяет режимы запуска, отсутствующие в GPIB, PXI или VXI.

Три класса устройств LXI — C, B и A — реализуют эти возможности в возрастающей степени.

• Класс C является базовым классом и он включает все требования, касающиеся интерфейса LAN и протоколов, функции LAN discovery, интерфейса драйвера IVI и web-страниц прибора, плюс рекомендации, относящиеся к питанию, охладению, размерам, индикаторами клавише Reset (сброс). Все измерительные приборы LXI должны придерживаться требований класса С.

• Класс B включает все требования класса C и добавляет протокол временной синхронизации стандарта IEEE 1588. Это делает возможным достижение субмикросекундной синхронизации устройств LXI, расположенных в любых точках локальной сети или удаленных местах. Класс B добавляет также протоколы сообщений одноранговой сети и многоадресной передачи сообщений (требуется в классах В и А, разрешается в классе С).

• Класс A включает требования классов C и B и добавляет аппаратную шину запуска, которая обеспечивает запуск приборов LXI, находящихся в непосредственной близости. Шина запуска подобна шине объединительной платы VXI: она состоит из восьми линий, использует дифференциальные сигналы и обеспечивает задержку не более 5 нс/м для приборов, расположенных по соседству.

Ожидается, что синтетические приборы будут соответствовать требованиям класса А. В качестве примера отметим, что все измерительные приборы LXI, относящиеся к классам B и A (а также приборы класса С, в которых это дополнительно реализовано) могут использовать запуски, встроенные в пакеты локальной сети, которые могут исходить от любого устройства в сети (от ПК или любого прибора). Одно устройство может послать многоадресное сообщение, которое запустит все устройства в сети. Следует отметить, что в этом случае не требуется компьютер, работающий в режиме реального времени. Одноранговые сообщения могут запускать сценарии измерений или пересылку данных от одного устройства LXI к другому, не задействуя для этого главный компьютер системы (потенциально узкое место коммуникаций).

Упрощение создания систем при использовании шины LXI

По сравнению с другими архитектурами больше всего способствует снижению стоимости и усилий, требуемых для создания экономичных АИС. Это достигается решением всех основных проблем, указанных выше.

Сокращение накладных расходов. Независимо от выбранного конструктивного исполнения, приборы LXI способствуют снижению стоимости системы. Модульные устройства (безпанельные или синтетические приборы) не требуют базовых блоков, контроллеров гнезда 0 или специализированных интерфейсов. Модули синтетических приборов можно настроить с помощью программ для эмуляции широкого круга измерительных приборов. Дистанционные устройства на базе LXI обеспечивают экономичный способ размещения датчиков, камер, микрофонов и других устройств. Настольное исполнение обеспечивает создание точных экономичных приборов с возможностью подключения к LAN.

Повторное использование существующих приборов и программного обеспечения. В некоторых случаях классические измерительные приборы могут использоваться на столе или в стойке для разработки и отладки программ испытаний, которые затем могут использоваться в испытательной системе, построенной с использованием устройств LXI. Кроме того, при использовании необходимых программных модулей синтетических приборов новые функциональные блоки могут выполнять работу нескольких ВЧ/СВЧ приборов. Компания Agilent предлагает также набор шлюзов и конверторов, которые позволяют создавать гибридные системы, которые включают и существующее оборудование.

Сокращение времени настройки. Благодаря использованию испытанных стандартов, таких как Ethernet и драйверы IVI, обеспечивается совместимость всех компонентов, и настройка системы займет меньше времени. При наличии web-страниц, встроенных в каждый прибор LXI, с помощью стандартного web- браузера можно просматривать всю информацию об устройстве, изменять его конфигурацию и даже управлять измерениями и просматривать их результаты.

Увеличение производительности системы. Стандарт LXI позволяет создавать высокоскоростные распределенные системы, состоящие из интеллектуальных приборов, которые взаимодействуют друг с другом (без вмешательства ПК) и работают параллельно. Синхронизация устройств обеспечивается способами запуска, предусмотренными стандартами IEEE 1588 и локальной сети, одноранговыми и многоадресными сообщениями, а также сигналами аппаратной шины запуска.

Сокращение размеров системы. Модульные приборы LXI и синтетические приборы позволяют снизить массу и габариты системы и требования к помещению для ее размещения без ухудшения качества измерений.

Решение проблем модернизации системы. В основе увеличения срока службы систем на базе LXI заложены две основные идеи: возможность загрузки новых функций или специализированных измерительных программ, а также возможность привнесения обновленных или более совершенных технологий в системы на базе синтетичесикх приборов. Эти возможности упрощают задачу (и сокращают стоимость) поддержания системы на уровне разрабатываемых стандартов и ужесточающихся требований по более широким диапазонам частот и более высокой точности измерений.

Исключительная простота и легкость подключения

• Автоматическая идентификация измерительных приборов, подключенных к ПК пользователя, и конфигурирование интерфейсов

• Совместимость с измерительными приборами, имеющими интерфейсы GPIB, USB, Ethernet/LAN, RS"232 и VXI, от различных производителей

• Возможность работы в предпочтительной для пользователя среде разработки (Agilent VEE Pro, NI LabVIEW, Microsoft Visual Studio® и другие

• Надежное управление измерительными приборами, сочетающееся с высокой производительностью

• Данная реализация библиотек ввода"вывода позволяет платам и конверторам GPIB компании Agilent работать с прикладными программами и оборудованием, которые выбрал пользователь.

Концепция Agilent Open

Преимущества стандарта LXI позволяют рассматривать его как привлекательную архитектуру для современных и будущих АИС. Чтобы помочь разработчикам АИС максимально использовать эти преимущества, компания Agilent включила LXI в качестве составной части концепции Agilent Open. Сила концепции Agilent Open заключается не только в измерительных приборах: она заключается еще и в способе, который позволяет упростить весь процесс испытаний с использованием стандартных интерфейсов ПК и открытых прогаммных средств.

Компания Agilent также упрощает встраивание измерительных приборов с интерфейсом GPIB в системы, созданные на основе LAN или USB, предлагая разнообразные интерфейсные шлюзы и конверторы. Объединив возможности концепции Agilent Open и стандарта LXI компания, Agilent может предложить разработчикам АИС упрощенный способ создания систем, который позволяет преодолеть недостатки, свойственные шинам GPIB, PXI и VXI.

Набор библиотек ввода-вывода Agilent E2094P IO Libraries Suite 14.2

Набор библиотек ввода-вывода Agilent E2094P IO Libraries Suite позволяет избежать длительных усилий и бесконечных уточнений, связанных с установкой, подсоединением и конфигурированием измерительных систем, управляемых от ПК. Используя данный набор программных средств обеспечения интеграции систем, пользователь получает возможность подключить измерительные приборы к ПК так же просто, как если бы он подключал принтер, даже если в системе объединены измерительные приборы от разных производителей.

Для этого пользователь должен установить IO Libraries Suite на своем ПК. Затем нужно соединить кабелями USB, Ethernet/LAN, RS-232 или GPIB измерительные приборы и ПК. В результате менее чем за 15 минут пользователь получает безошибочное срединение, которое просто работает. При установке IO Libraries Suite 14.2 на ПК пользователя компьютер динамически определяет наиболее эффективные установки для системы на базе конфигурации аппаратных средств и ранее установленного программного обеспечения. Конечно, пользователь всегда может изменить эти установки, если необходимо. По завершении установки программа автоматически обнаруживает измерительные приборы, подключенные к ПК, конфигурирует и проверяет интерфейсы.

Объединение в одной системе измерительных приборов разных производителей

Agilent IO Libraries Suite исключает также проблемы, связанные с попытками объединить аппаратные и программные средства разных производителей, поскольку оно совместимо со всеми измерительными приборами, имеющими интерфейсы GPIB, USB, LAN и RS-232, независимо от того, кто их изготовил. IO Libraries Suite проверяет наличие в компьютере программного обеспечения ввода-вывода других компаний. Если будут обнаружены библиотеки VISA другого производителя (например, National Instruments), то IO Libraries Suite будет направлять пользователя в процессе установки, чтобы позволить использовать вместе как существующее программное обеспечение вводавывода, так и программное обеспечение компании Agilent в одной системе.

Возможность работы в выбранной среде разработки

Как только пользователь установит соединение между ПК и измерительными приборами и выберет предпочтительную среду разработки, программа Connection Expert может помочь пользователю найти нужную информацию по работе с подключенными измерительными приборами в нескольких популярных средах разработки:
• VB6 - VISA COM, VISA, SICL, Agilent 488
• C/C++, Managed C++ - VISA, SICL, Agilent 488
• .NET (VB.NET, C#) - VISA COM, VISA, Agilent 488
• LabVIEW - VISA, Agilent 488, VISA COM

Connection Expert укажет также на большое число примеров программ на разных языках. Пользователь может использовать их в качестве отправной точки, либо скопировать и вставить код непосредственно в свою программу для экономии времени.

Совместимые универсальные соединения

Начиная с 2005 года, программное обеспечение IO Libraries Suite компании Agilent продается с большинством новых измерительных приборов компании Agilent и многими популярными старыми приборами. Это означает, что пользователь сможет использовать один и тот же удобный программный интерфейс для подключения измерительных приборов компании Agilent, избегая потерь времени и проблем, связанных с изучением новых интерфейсов для подключения различных приборов (прикладное программное обеспечение для отдельных приборов все же будет отличаться).

Возможность работы с миллионами существующих измерительных приборов сотен производителей

Пользователь получает самую проверенную и надежную технологию для выполнения соединений. Программное обеспечение IO Libraries Suite поставляется со многими измерительными приборами компании Agilent Technologies и других производителей. Оно работает с миллионами существующих измерительных приборов, позволяя пользователю минимизировать число необходимых программных пакетов. Пользователю не потребуется в будущем переключаться между разными пакетами, когда он будет использовать смесь существующих и новых приборов.

Состав IO Libraries Suite 14.2

E2094N IO Libraries Suite 14.2 состоит из четырех компонентов: библиотек ввода-вывода, Agilent Connection Expert, служебных программ ввода-вывода и примеров программ. В состав библиотек ввода-вывода включены: Agilent VISA (Virtual Instrument Software Architecture), Agilent VISA COM (реализация стандарта VISA COM от IVI Foundation), Agilent SICL (Standard Instrument Control Library).

Connection Expert помогает быстро подключить измерительные приборы к ПК и решить проблемы интеграции системы. Connection Expert одновременно управляет как всеми стандартными интерфейсами, используемыми в испытательных и измерительных системах (GPIB, RS232 и VXI), так и стандартными компьютерными интерфейсами, применяемыми в приборах (USB and LAN).

IO Libraries Suite содержит множество служебных инструментальных средств, которые помогают пользователю при выполнении задач отладки. IO Libraries Suite содержит примеры программ на многих языках программирования.

Статья в формате pdf - скачать/загрузить, pdf, 108 Kб.

Следующая страница: LXI помогает инженерам через земной шар … … буквально!