使用分布式I/O构建实时系统

这篇文章讨论了使用分布式I/O进行实时部署系统的设计。美国国家仪器公司推出了NI 9144扩展机箱，用于确定性以太网中的NI CompactRIO和可编程自动化控制器(PAC)系统。用于C系列模块的8插槽机箱，与LabVIEW Real-Time的强大功能相结合，为确定性分布式I/O提供了便捷的解决方案。

介绍

当你需要在实时控制系统中设计分布式I/O时，你将怎么办？首要问题就是如何在添加I/O的同时，不牺牲现有实时系统确定性。在没有实时通信协议的情况下，你可能需要借助于数字I/O模块的共享时钟或硬件触发器对多个实时控制器进行同步。但随着添加的控制器越来越多，同步的复杂度使工作变得很费时而且很笨拙，特别是需要分布式I/O时。

图1 添加确定性分布式I/O的复杂解决方案

理想的解决方案包含使用高速、确定性的通信协议，在分布式I/O节点间传递数据，同时使用相同或相容的NI软硬件平台。

NI 9144扩展机箱

NI 9144扩展机箱为用户的NI CompactRIO或PAC系统添加了确定性的以太网I/O。这个用于C系列模块的8插槽坚固机箱，可以利用开放的实时以太网协议EherCAT进行确定性的通信。用户可以使用现有的NI cRIO-9074或带有NI PXI-8231/8232千兆以太网接口的或PXI系统作为分布式系统的主控制器。然后，可以按菊花链的方式从主控制器中连接多个NI 9144从机箱，来扩展实时应用。

图2. 使用分布式I/O的NI实时系统

NI 9144是工业级的机箱，设计拥有极高的坚固程度、可靠性和-40到70°C的工作范围。为了自定制测量和控制系统，用户可以在30余种模拟和数字C系列模块间进行选择。而且，在添加实时扩展I/O时，软件配置和LabVIEW编程也被设计成易于使用。

图3. 用于C系列模块的NI 9144扩展机箱

相关链接

NI 9144扩展机箱内部原理

C系列I/O模块的灵活性

由于NI 9144机箱是模块化的扩展系统，用户有着插入额外I/O模块来集成更多测量类型和通道的灵活性。同时，还可以附加另外的扩展机箱，以在系统中加入更多的模块插槽。每个机箱中所有的I/O模块都可以自动同步，而且网络中的扩展机箱也可以彼此同步。

所有的用于单点模拟和数字I/O的C系列模块都是受支持的，使得范围广泛的传感器和传动器都可以直接相连。每个模块包含了内建的信号调理和信号隔离功能，对超越电压范围的信号及工业信号类型，诸如热电偶、阻抗、电压、电流、应力和加速度等进行处理。跟9144机箱一样，所有的模块都是经过UL测试的，可以工作在工业温度和冲击的环境下。同时，C系列I/O模块在其它NI硬件平台下是可以重用的，如嵌入式CompactRIO、USB CompactDAQ和Wi-Fi数据采集设备等。

图4. 包含了特定传感器连接头、内建式信号调理及A/D转换器的C系列模块

相关链接：

C系列产品的视频

LabVIEW Real-Time的易用性

随着LabVIEW 8.6 Real-Time的推出，用户可以轻易地将确定性扩展I/O集成到图形化编程环境中。NI 9144的即开即用特性包含了在NI主控器上安装NI工业级通信的EtherCAT驱动，而且LabVIEW可以自动识别所有连接的从设备及设备模块。LabVIEW还提供了I/O变量，使用户可以使用简单的拖放即可快速访问物理的I/O值。使用I/O强制和实时测试面板，用户可以使用I/O变量来监测系统性能并进行高级的故障排除。需要了解I/O变量背后的LabVIEW知识，请访问下面的链接。

图5. 将NI 9144 I/O变量拖到LabVIEW VI中

更多相关资源

技术文档：CompactRIO扫描模式介绍

技术文档：确定性分布式I/O入门

中文网页：分布式I/O全面介绍

在线研讨会: 用于可编程自动化控制器(PAC)的确定性分布式I/O

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