SIGNALVERARBEITUNG mit ICONNECT

ICONNECT ist ein Entwicklungs- und Laufzeitsystem für Signalverarbeitungs- Aufgaben der Automatisierungs-, Mess- und Prüftechnik, sowie für Prozessüberwachung und -steuerung. In einer grafischen Oberfläche entwirft man einen Signalgraphen, der den Datenfluss eines komplexen Ablaufs beschreibt. Das Programm stellt in einer Bibliothek Algorithmen (Module) zur Verfügung, die man am Monitor mit der Maus „ verdrahtet“. Typische Einsatzgebiete sind die Steuerung und Überwachung von Wasserwerken, chemischen Produktionsanlagen oder experimentellen Messaufbauten.

Die Zusammenarbeit der Firmen Modul-Bus und Micro-Epsilon (www.micro-epsilon.de) hat für die Anwender der Serai-Interface einen großen Vorteil. Sie können nun das professionelle Programm ICONNECT in einer Demoversion für ihre Aufgaben nutzen. Mikro-Epsilon bietet ein Starterkit mit dem DataGate 10.6 an. Das verwendete Interface ist baugleich mit dem Serai-6/10 von Modul-Bus. Zugleich wird aber auch das Serai-1/8 und das Serai-8/12 unterstützt. Die Software kann bei Modul-Bus angefordert werden und wird allen neu ausgelieferten Serai-Interfaces beigelegt. Eine Anpassung des Programms für die Verwendung des SIOS-Interface ist in Arbeit.

ICONNECT ist ein Programm für die Industrie. Wer die Software als „normaler“ Anwender zum ersten mal startet, wird fast erschlagen von der Vielfalt und den Möglichkeiten. Daher ist auch die erste Orientierung nicht einfach. Dieser Aufsatz will helfen, die Startschwierigkeiten zu überwinden. Es werden daher nur einfache Beispiele vorgestellt. Allein schon die Grundfunktionen des Programms lösen schon viele Probleme, die sich im alltäglichen Umgang mit der Messtechnik ergeben.

Darstellung von Messwerten

Als erste Aufgabe soll sein, einen Messwert des DataGate 10.6 (Serai-6/10) am Bildschirm darzustellen. Gewünscht wird eine analoge Großanzeige für den Einsatz als Demonstrationsinstrument im Unterricht:

• Mit Datei/Neu öffnet man einen neuen Signalgraphen, also ein Arbeitsblatt, auf dem eine virtuelle Schaltung aufgebaut werden soll.
• Nun soll der AD-Wandler eingefügt werden. Unter Ansicht/Modulfenster wählt man unter HardwareIO/DataAcquisitin das Modul MMICRO. Es erscheint als grafisches Element mit dem Namen AI 1 im Arbeitsfenster.

• Doppelklicken auf das AD-Wandler-Modul öffnet ein Fenster „Hardware-Setup“ (vgl. Abb. Mitte). Hier kann nun das Interface ausgewählt werden. Es stehen unter „Karte“ drei Interfaces zur Verfügung. Es wird das Datagate 10.6 ausgewählt. In der Vollversion unterstützt ICONNECT übrigens hauptsächlich Industrie-Einsteckkarten.

• Die „Konfiguration“ betrifft die verwendete serielle Schnittstelle. Die Voreinstellung 2F8 Hex steht für COM2. Für COM1 müsste man 3F8 Hex auswählen.
• Ganz wichtig ist es, wenigstens einen der sechs möglichen Eingänge zu aktivieren (vgl. Abb. rechts) Unter „Eigenschaften“ aktiviert man für einen markierten Kanal das Kontrollfeld „Kanal nutzen“. Hier soll der „1.Kanal“ mit einem Messbereich von 0 bis 10 V gewählt werden. Alle anderen Eigenschaften dieses Fensters können zunächst bleiben wie sie sind.

Nun muss eine Messwert-Ausgabe definiert werden.

• Unter Display/Scalar wählt man das Modul „AnalogDisp“.
• Der Ausgang des AD-Wandlers wird mit dem Eingang der Anzeige verbunden.
• Die Messung kann nun gestartet werden. Er erscheint ein aktives Zeigerinstrument mit einigen zusätzlichen Informationen.

Die analoge Anzeige passt sich automatisch dem Messbereich des Eingangs an und zeigt den aktuellen Eingangszustand als Zeigerstellung und als numerischen Wert (7,209 V). Außerdem gibt es Anzeigen für das verwendete Interface (DataGate 10.6), die insgesamt verstrichene Zeit seit dem Start der Messung (335872 ms), sowie für Minimum, Maximum und Mittelwert der Messwerte im Messzeitraum. Man sieht also, schon dieser ganz einfache Signalgraph liefert eine vollwertig einsetzbare Anwendung.

Zusätzliche Einstellungen und Veränderungen sind möglich. Als erstes bietet sich dazu die Größe des Messgeräts an. Ziel sollte ja eine Großanzeige für Demonstrationszwecke sein. Es genügt ein Doppelklick auf das Anzeigemodul, um seine Eigenschaften sichtbar zu machen.

• Breite und Höhe lassen sich leicht verändern, um eine bildschirmfüllende Anzeige zu erhalten.
• Statt einem Zeigerinstrument kann auch ein Bargraph mit vertikaler oder horizontaler Ausrichtung gewählt werden.
• Die Einstellung „intern“ bedeutet, dass das Modul von sich aus dargestellt wird. Mit „extern“ erhält die Anzeige einen Ausgang, der mit einem weiteren Eingang, z.B. mit einem komplexen Ausgabebildschirm mit mehreren Displays, verbunden werden muss.
• „TypeInfo“ bedeutet für den Messbereich, dass eine Einstellung vom AD-Wandler-Modul automatisch an das Display weitergereicht wird. Man kann dieses Kontrollfeld deaktivieren und eigene Messbereichsgrenzen Max und Min eintragen. Schon ist eine Spreizung des Messbereichs fertig! Das Gerät zeigt nun z.B. den Bereich zwischen 8 V und 10 V vergrößert an.

Auch der AD-Wandler hat noch einige interessante Einstellungen. Ein Doppelklick auf den Wandler erlaubt die Veränderung der „Karten-Konfiguratioen“ Abb. 7 zeigt die Standard-Einstellungen. Polarität, Messtakt und Betriebsmodus können bei dieser Karte nicht verändert werden. Man kann aber eine neue Initialisierung vor jedem Start einschalten, um mögliche Störungen des Wandlers zu beheben. Eine solche Störung kann auftreten, wenn jemand im laufenden Betrieb den Wandler von der Schnittstelle entfernt und wieder anfügt.

Was hier sofort ins Auge springt, ist die enorme Abtastrate von 1000 Messungen pro Sekunde. Mancher, der sich bereits mit eigenen Programmierversuchen geplagt hat, wird sich fragen: Wie ist das unter Windows überhaupt möglich? Schließlich ist das Interface mit einem seriell getakteten Wandler und ohne eigenen Prozessor auf die direkte Steuerung durch den PC angewiesen. Die Lösung liegt in einem speziellen Treiber für die Hardware, der ohne die Beeinträchtigung von Windows die volle Kontrolle des Timings übernimmt.

Man kann natürlich eine kleinere Abtastrate einstellen, um z.B. eine ruhigere Anzeige zu erhalten. Interessant ist auch die Wahl der Blockgröße. Der Wandler, oder besser gesagt sein Treiber, übergibt per Default die Daten in Blöcken von 512 Messwerten. Hier kann man andere Blockgrößen wählen. Diese Einstellung ist besonders wichtig, wenn man eine Fourier-Analyse durchführen will.

Messung von Störsignalen

Das zweites Beispiel soll eine etwas komplexere Möglichkeiten aufzeigen. Hier wird das 12-Bit-Interface DataGarte 12.8 (Serai-8/12) wegen seiner extrem hochohmigen Eingänge eingesetzt. Es soll das Störsignal auf einer längeren, ungeschirmten Leitung unter typischen Laborbedingungen untersucht werden. Nur einer der möglichen acht Eingänge des Wandlers wird aktiviert. Das Signal soll einmal wie mit einem Oszilloskop direkt dargestellt werden. Daneben soll aber auch eine Fourier-Analyse durchgeführt werden.

Das Oszillogramm zeigt ein stark gestörtes und unten abgeschnittenes 50-Hz-Signal mit einer Spitzenamplitude von ca. 2 V. Das Signal ist abgeschnitten, weil der Wandler keine negativen Spannungen verarbeitet. Die nachfolgende Abbildung zeigt die Fourier-Analye. Man erkennt eine starke Grundfrequenz von 50 Hz. Außerdem ist eine starke Komponente bei 100 Hz vorhanden, wie es bei einer unsymmetrischen Signalform zu erwarten war. Weitere Obertöne sind im allgemeinen Rauschen nicht mehr eindeutig zu erkennen.

Die hier verwendete FFT (Fast-Fourier-Transformation) ist auf eine Blocklänge mit einer Zweierpotenz angewiesen. Standardmäßig liefert der Treiber des AD-Wandlers Blöcke mit 512 Messwerten. Man kann jedoch die Linienschärfe verbessern, indem man AD-Wandler und FFT auf eine Blocklänge von 1024 oder 2048 einstellt. Hier bietet sich ein weites Feld interessanter Experimente. Auch die Darstellung der Messergebnisse kann in mancher Hinsicht den persönlichen Bedürfnissen angepasst werden.

Nachtrag: Die Arbeit mit ICONNECT und mit den verwendeten Analog-Interfaces wird in dem folgenden Buch behandelt: B.Kainka, Handbuch der PC-Mess- ind Steuertechnik, Franzis-Verlag 2001. Ein eigenes Kapitel beleuchtet auch die Verwendung der Treiber aus ICONNECT in eigenen Projekten.

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