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NI CompactRIO – 控制监测平台硬件架构

发布时间:2021-12-09 点击数:760

  NI CompactRIO控制和监测平台——使用一个基于FPGA的背板和-个实时控制器,CompactRIO是一个工业标准的平台,提供控制算法的确定性执行性能。它可以通过添加各种模块进行扩展,其中包括与Quanser设备直接连接的Quanser Q1-cRIO,它被广泛用于控制和机电一体化教学和科研。

  NI CompactRIO – 控制监测平台硬件架构

  NI CompactRIO 嵌入式开发系统硬件部分包括实时控制器(Real-Time, RT)、机箱板载FPGA以及可热插拔的C系列模块。

  (1)处理器用于部署代码,以实现与FPGA等其它处理单元的通信、连接外围设备、记录数据以及运行应用程序。 NI提供各种组成结构的RIO硬件系统,包括基于Microsoft Windows操作系统且具有对称多处理(SMP)的高性能多核系统以及NI Single-Board RIO和CompactRIO等紧凑型实时嵌入式系统。

  (2)FPGA是RIO硬件系统架构的核心。它用于帮助处理器分担密集型任务,具有极高的吞吐量,提供了确定性执行。 FPGA直接连接至I/ O模块,可实现每个模块I/O电路的高性能访问、无限制定时、触发和同步灵活性。 由于每个模块而没有通过总线而是直接连接到FPGA,因而相比其他工业控制器,该架构几乎不会有任何系统响应控制延迟。FPGA的高速特性,RIO硬件经常用于搭建集成了高速缓冲I / O、超快速控制循环或自定义信号滤波的控制器系统。 例如,借助FPGA, CompactRIO机箱能够以100 kHz的速率同时执行超过20个模拟PID控制循环。 此外,由于FPGA在硬件上运行所有代码,因此它提供了高可靠性和确定性,非常适合用于基于硬件的互锁、自定义定时和触发以及无需定制电路的传感器自定义。

  (3)C系列模块主要用于数据采集与驱动外围设备,以及信号调理等。NI C系列I/ O模块包含隔离、转换电路、信号调理以及可与工业传感器/执行器直接连接的内置连接口。 通过提供各种连线选项和将连接器接线盒集成到模块内,RIO系统显著降低了对空间的需求和现场连线成本。

  NI CompactRIO – 控制监测平台系统软件架构

 

  NI RIO是一种LabVIEW驱动的开发平台。NI cRIO软件开发架构包括三部分,上位机Labview、机箱RT实时控制器Labview Real-Time、机箱背板FPGA的Labview FPGA。下位机实时控制Labview RT程序运行于实时操作系统平台,与FPGA端程序进行内部数据交互,LabVIEW FPGA模块对采集到的数据进行简单操作后,通过FIFO将采集到的数据传输至LabVIEW RT模块,然后对采集到的实时数据进行浮点运算操作等,例如快速傅立叶转换,或者一些基于模型的控制与仿真,实现实时控制、数据采集、控制监控等功能。控制器通过以太网与PC机连接,用共享变量传送数据信息,将RT程序界面在PC上动态显示。

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