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(chǎn)出。制造商們認(rèn)識(shí)到實(shí)現(xiàn)這些改進(jìn)的關(guān)鍵在于及時(shí)而準(zhǔn)確的信息。然而，由于工廠現(xiàn)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(fù)雜。您可以將LabVIEW吸納到您的現(xiàn)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(fù)雜數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)庫，可從基于網(wǎng)頁的儀表板獲取，還是提供給現(xiàn)有的工廠控制硬件的。您甚至可以使用LabVIEW關(guān)閉反饋環(huán)路，并利用所提供的信息執(zhí)行復(fù)雜的控制操作。

該白皮書列舉了在您的PLC中添加LabVIEW的十項(xiàng)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(shí)時(shí)分析、監(jiān)測、高級(jí)控制和前瞻性維護(hù)的PC與嵌入式技術(shù)，與基于IEC 61131-3的PLC相互補(bǔ)。將LabVIEW添加至您現(xiàn)有的基于PLC的系統(tǒng)，您可以顯著地提高吞吐量、產(chǎn)出和正常運(yùn)行時(shí)間。新推出的LabVIEW 8.5，通過專為高級(jí)分析與控制設(shè)計(jì)的新特性、改進(jìn)的分布式系統(tǒng)管理與新的支持人機(jī)界面（HMI）的目標(biāo)平臺(tái)，增強(qiáng)了LabVIEW的工業(yè)測量能力。例如，LabVIEW的新函數(shù)庫支持工程師們使用改進(jìn)的FPGA目標(biāo)工具，以實(shí)現(xiàn)高性能的、基于硬件的機(jī)器監(jiān)測和保護(hù)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(biāo)平臺(tái)的技術(shù)。利用LabVIEW，工程師們與機(jī)器制造者們可以使用相同軟件工具設(shè)計(jì)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(jí)分析與控制、與現(xiàn)有系統(tǒng)的通信和人機(jī)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(jì)、橋接傳感器還是正交編碼裝置進(jìn)行測量，LabVIEW都為您提供了一個(gè)可靠且易于使用的數(shù)據(jù)收集平臺(tái)。利用LabVIEW，您可以快速采集和生成來自插入式板卡、USB設(shè)備和基于以太網(wǎng)的系統(tǒng)的信號(hào)。這些I/O能力以及與之相結(jié)合的特殊數(shù)據(jù)類型和測量分析函數(shù)，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(jié)果而專門設(shè)計(jì)。對(duì)于圖像采集，LabVIEW支持?jǐn)?shù)千只攝像頭，并提供用于實(shí)時(shí)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(jìn)行有條件的智能測量。

許多工業(yè)應(yīng)用需要為振動(dòng)或電能質(zhì)量應(yīng)用收集高速測量結(jié)果。所收集的數(shù)據(jù)被用于監(jiān)測旋轉(zhuǎn)機(jī)械的狀況、確定維護(hù)進(jìn)度安排、識(shí)別馬達(dá)磨損和調(diào)整控制算法。LabVIEW可以直接進(jìn)行每秒數(shù)百萬采樣的高精度測量，然后將這些采樣數(shù)據(jù)直接傳輸至其控制系統(tǒng)供即時(shí)處理。

3. 理由之二：LabVIEW支持振動(dòng)監(jiān)測和前瞻性維護(hù)

對(duì)于任何希望實(shí)現(xiàn)最大正常工作時(shí)間的自動(dòng)化系統(tǒng)，前瞻性維護(hù)與機(jī)器狀況監(jiān)測都是其基本組成部分。LabVIEW聲波與振動(dòng)工具集和LabVIEW階次分析工具集，通過面向涉及振動(dòng)分析和旋轉(zhuǎn)機(jī)械的應(yīng)用的分析與展示，與通用LabVIEW測量分析和確定性函數(shù)相互補(bǔ)。利用這些工具集，您可以計(jì)算整體振動(dòng)水平（RMS、峰值或峰值因子），實(shí)現(xiàn)從加速度到速度或位移的集成，在線進(jìn)行階次跟蹤、階次抽取和階次頻譜計(jì)算等階次分析，處理數(shù)字和模擬轉(zhuǎn)速計(jì)信號(hào)，對(duì)時(shí)域數(shù)據(jù)或功率譜進(jìn)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(shí)基圖、輪軸軸線圖和坎貝爾（強(qiáng)度）圖等。


圖2, 對(duì)LabVIEW中振動(dòng)監(jiān)測的加速計(jì)數(shù)據(jù)的分析

LabVIEW 8.5 FPGA模塊新添了用于實(shí)現(xiàn)濾波器、定點(diǎn)數(shù)學(xué)、報(bào)警和測量的函數(shù)，因而工程師們可以構(gòu)建基于FPGA的機(jī)器保護(hù)系統(tǒng)。現(xiàn)在，通過將CompactRIO的穩(wěn)定緊湊設(shè)設(shè)計(jì)、基于FPGA的實(shí)現(xiàn)的可靠性和LabVIEW FPGA的易用性相結(jié)合，開發(fā)人員可以將強(qiáng)大的保護(hù)監(jiān)測與控制系統(tǒng)嵌入到他們的工業(yè)機(jī)器中。

4. 理由之三：LabVIEW支持?jǐn)?shù)據(jù)錄入

LabVIEW提供用于數(shù)據(jù)錄入和報(bào)警管理的例程，以及實(shí)時(shí)和歷史趨勢分析的例程。無論您是從NI數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品、LabVIEW實(shí)時(shí)目標(biāo)平臺(tái)、Compact FieldPoint或CompactRIO模塊，還是從可編程邏輯控制器收集數(shù)據(jù)，您都可以快速配置您希望的I/O，并利用LabVIEW數(shù)據(jù)錄入和監(jiān)控（DSC）模塊自動(dòng)錄入數(shù)據(jù)。歷史數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)在Citadel（一個(gè)與SQL 92和ODBC 2.5兼容的數(shù)據(jù)庫）中，因而您可以使用標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)錄入到您網(wǎng)絡(luò)中的任一臺(tái)機(jī)器，您可以選擇某一臺(tái)機(jī)器作為您所有應(yīng)用的數(shù)據(jù)庫主機(jī)，或者選擇將數(shù)據(jù)分發(fā)在網(wǎng)絡(luò)中的多臺(tái)機(jī)器中。此外，LabVIEW中的直觀向?qū)椭_發(fā)一個(gè)完整的數(shù)據(jù)錄入應(yīng)用，幾乎不需要任何編程。利用LabVIEW，您可以方便地將數(shù)據(jù)錄入至一個(gè)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(jìn)行前瞻性維護(hù)，如在系統(tǒng)失敗實(shí)際發(fā)生前改變承載。LabVIEW也可以在必要時(shí)將數(shù)據(jù)錄入到數(shù)據(jù)庫。

5. 理由之四：LabVIEW支持統(tǒng)計(jì)過程分析

LabVIEW利用帕累托圖表進(jìn)行實(shí)時(shí)性能分析，幫助現(xiàn)場工程師縮小造成機(jī)器宕機(jī)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(jì)過程控制函數(shù)完成的。無論給定的是未排序的動(dòng)因列表或動(dòng)因列表及其每項(xiàng)動(dòng)因的發(fā)生頻次，帕累托計(jì)數(shù)器將列表中的動(dòng)因按發(fā)生頻次由高到低排列，并為每項(xiàng)動(dòng)因計(jì)算帕累托統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。給定一組帕累托值（帕累托計(jì)數(shù)器VI的輸出），可以創(chuàng)建得到兩張帕累托圖表和相關(guān)的圖例。一個(gè)是每項(xiàng)動(dòng)因發(fā)生頻次的柱狀圖；另一個(gè)則是每項(xiàng)動(dòng)因貢獻(xiàn)的百分比柱狀圖；該相關(guān)圖例是動(dòng)因代碼及其排序的列表。例如，如果機(jī)器的最大一部分時(shí)間處于阻止?fàn)顟B(tài)，您可以檢查何種動(dòng)因?qū)е聶C(jī)器被阻止如此長的時(shí)間。這種故障的動(dòng)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(chǎn)狀態(tài)的時(shí)間占總時(shí)間的百分比越高，您的機(jī)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(dòng)化設(shè)備間的數(shù)據(jù)共享

無論您與之通信的設(shè)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(dòng)化設(shè)備間信息交換的面向過程控制OLE（OPC）。LabVIEW包含對(duì)OPC數(shù)據(jù)訪問3.0——OPC規(guī)范的一次新近擴(kuò)展，它提高了訪問來自過程控制軟硬件的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的性能與可靠性——的兼容性。利用面向NI LabVIEW的Modbus函數(shù)庫或者DSC模塊中內(nèi)置的Modbus I/O服務(wù)器，您可以使用任何以太網(wǎng)或串口作為一臺(tái)Modbus TCP或Modbus串行主設(shè)備或從設(shè)備。利用這一Modbus I/O服務(wù)器與通信網(wǎng)關(guān)，您可以將任意工業(yè)網(wǎng)絡(luò)上的現(xiàn)有設(shè)備方便地吸納至您的LabVIEW應(yīng)用。通信網(wǎng)關(guān)支持各種網(wǎng)絡(luò)，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(yuǎn)程監(jiān)控的人機(jī)界面（HMI）應(yīng)用非常方便。LabVIEW提供了數(shù)百個(gè)用于開發(fā)專業(yè)用戶界面的對(duì)象，包括圖形、圖表、旋鈕、刻度盤、溫度計(jì)以及其它。僅需拖放控件調(diào)色板中的對(duì)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(wǎng)頁瀏覽器布置您的用戶界面。LabVIEW支持多個(gè)客戶同時(shí)控制一項(xiàng)網(wǎng)頁發(fā)布的應(yīng)用或VI，并賦予您更廣泛的展示數(shù)據(jù)的選擇。利用LabVIEW中的3D圖形控件，您現(xiàn)在可以方便地創(chuàng)建、引入和控制3D圖形，以實(shí)時(shí)展示真實(shí)世界的對(duì)象。

新推出的LabVIEW觸摸板模塊，結(jié)合用于實(shí)現(xiàn)與手持設(shè)備通信的新的共享變量功能，使得工程師們?cè)谄錅y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(shí)時(shí)控制器代碼的數(shù)值，而這些界面通常用于嵌入式機(jī)器控制與監(jiān)測系統(tǒng)，從而進(jìn)一步簡化了用于現(xiàn)場監(jiān)測應(yīng)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(bào)警、數(shù)據(jù)錄入、數(shù)值縮放和報(bào)告生成

您可以以圖形的方式在LabVIEW中為您的應(yīng)用添加報(bào)警、數(shù)值縮放和數(shù)據(jù)錄入等功能。您可以支持當(dāng)溫度過高時(shí)發(fā)出報(bào)警警告，錄入數(shù)據(jù)或引發(fā)錯(cuò)誤條件的事件，或者縮放數(shù)值至實(shí)際單位以有效報(bào)告。在檢測到錯(cuò)誤條件時(shí)，您也可以直接通過您的PDA編程撥打電話號(hào)碼或發(fā)送SMS消息。對(duì)于高通道數(shù)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(dòng)態(tài)地定義和錄入數(shù)據(jù)。利用改進(jìn)后的多變量編輯器，您可以在幾分鐘內(nèi)創(chuàng)建并綁定數(shù)千個(gè)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(kuò)展不同的數(shù)據(jù)欄以減少處理共享變量所需的時(shí)間。

利用面向Microsoft Office的LabVIEW報(bào)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(bào)告。無論您是需要生成匯總制造測試結(jié)果的報(bào)告，還是匯編過程統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)以改進(jìn)您的生產(chǎn)產(chǎn)出，LabVIEW報(bào)告生成工具集都加速了定制的專業(yè)報(bào)告的完成。您甚至可以利用新型Microsoft Office快速報(bào)告VI，以更少的時(shí)間創(chuàng)建定制報(bào)告。

9. 理由之八：LabVIEW支持企業(yè)與數(shù)據(jù)庫的連接

Dell與Toyota等公司確保零部件與原材料僅當(dāng)需要時(shí)才運(yùn)達(dá)生產(chǎn)線。為實(shí)現(xiàn)這一技術(shù)，您需要實(shí)現(xiàn)庫存管理系統(tǒng)與生產(chǎn)現(xiàn)場內(nèi)最終產(chǎn)品的制造機(jī)器間的緊密集成。對(duì)于機(jī)器，能夠通過結(jié)構(gòu)化查詢語言（SQL）與Oracle等數(shù)據(jù)庫通信成為一項(xiàng)重要需求。現(xiàn)代系統(tǒng)使用可擴(kuò)展標(biāo)記語言（XML）實(shí)現(xiàn)機(jī)器與企業(yè)間的通信。機(jī)器也需要能夠?qū)θ魏握２僮鞯钠x快速反應(yīng)——無論這意味著當(dāng)檢測到錯(cuò)誤時(shí)發(fā)送電子郵件或SMS消息給關(guān)鍵人員，還是當(dāng)需要采取糾正措施時(shí)通過網(wǎng)頁瀏覽器或PDA進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

機(jī)器與企業(yè)的連接可以利用開放標(biāo)準(zhǔn)（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(shí)現(xiàn)。LabVIEW中的類瀏覽器支持您選擇一個(gè)可用的變量庫，如ActiveX和.NET，并察看所選擇對(duì)象庫中的類、屬性和方法。面向數(shù)據(jù)庫連接和互聯(lián)網(wǎng)連接的LabVIEW工具集，幫助您實(shí)現(xiàn)與如Oracle、Microsoft Access、Microsoft SQL Server和Dbase以及其它常見數(shù)據(jù)庫的連接。

10. 理由之九：LabVIEW支持高級(jí)算法和定制運(yùn)動(dòng)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(jí)的動(dòng)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(xué)家和工程師們自然地設(shè)計(jì)并行程序。LabVIEW編譯器自動(dòng)為用戶將這些并行程序分解成多個(gè)線程，并將這些線程傳遞給OS以便分配給多個(gè)處理核。因而，科學(xué)家和工程師們可以僅需關(guān)注其解決方案，而不必困擾于多線程編程的細(xì)節(jié)，卻仍然可以從最新的PC技術(shù)獲得性能優(yōu)勢。

如果工程師們已經(jīng)在其它軟件中完成其算法的設(shè)計(jì)，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(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制原型構(gòu)造和硬件在環(huán)（HIL）應(yīng)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(shù)值。您可以使用LabVIEW獲得高級(jí)控制算法，并將其不僅運(yùn)用在LabVIEW實(shí)時(shí)目標(biāo)平臺(tái)，如PC、PXI和CompactRIO，還可以直接運(yùn)用在利用LabVIEW微處理器SDK定制設(shè)計(jì)的基于32-位微處理器的板卡上。

利用LabVIEW中的NI軟運(yùn)動(dòng)技術(shù)，工程師們也可以創(chuàng)建定制的運(yùn)動(dòng)控制器，以獲取更好的性能與靈活性。您可以根據(jù)您的特殊應(yīng)用需求和性價(jià)比要求，在任意的硬件平臺(tái)上布置各種運(yùn)動(dòng)控制函數(shù)（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(xiàng)能力支持工程師們?cè)谟布形{時(shí)間關(guān)鍵要求非常高的函數(shù)，如極限與近似傳感器檢測和機(jī)器狀況監(jiān)測。由于控制代碼直接以硅片形式運(yùn)行，使得工程師們快速創(chuàng)建包含定制的通信協(xié)議或高速控制循環(huán)（高達(dá)1 MHz的數(shù)字控制循環(huán)與200 kHz的模擬控制循環(huán)）的應(yīng)用成為可能。

LabVIEW簡化了在工控機(jī)、FPGA和定制設(shè)計(jì)中的原型構(gòu)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?qū)ё詣?dòng)生成FPGA I/O和定時(shí)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?qū)Вこ處焸儞碛辛艘环N使用最新FPGA技術(shù)的簡單方法，這意味著他們可以更多地關(guān)注其控制系統(tǒng)的邏輯。新推出的LabVIEW FPGA向?qū)?，為定制測量應(yīng)用的開發(fā)自動(dòng)生成I/O和定時(shí)代碼。

圖5,LabVIEW FPGA向?qū)?/p>

總結(jié)

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(chǎn)品質(zhì)量、更快速地產(chǎn)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(shí)現(xiàn)一個(gè)強(qiáng)大的實(shí)時(shí)性能監(jiān)控系統(tǒng)。LabVIEW，憑借其超過600個(gè)分析函數(shù)、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(shí)現(xiàn)了與您的面向工廠自動(dòng)化的PLC系統(tǒng)的極佳互補(bǔ)。