Основы LabVIEW: создание простых электрических проектов с уверенностью

Введение в LabVIEW и базовые электрические проекты на LabVIEW

Как проверенный инструмент прототипирования, графическая платформа разработки LabVIEW предоставляет многочисленные решения для широкого круга приложений: приборостроение и управление, встроенные системы мониторинга и контроля, сбор и обработка данных, системы автоматизированного тестирования и валидации и др.

LabVIEW включает сотни предварительно написанных библиотек, помогающих создавать гибкие и масштабируемые системы — от функциональных встроенных систем до высокопроизводительных систем тестирования и измерений.

Что такое LabVIEW?

LabVIEW означает Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench и разработан National Instruments. Мощный программный инструмент, дающий программные решения для научных и инженерных систем. LabVIEW — графический язык программирования, где поток данных определяет выполнение программы, в отличие от текстовых языков, где инструкции (строки кода) определяют выполнение.

LabVIEW позволяет создать пользовательский интерфейс — фронтальную панель (front panel) — с набором инструментов и объектов. Затем добавить код на блок-схеме (block diagram) с графическим представлением функций. Код на блок-схеме управляет объектами фронтальной панели в зависимости от реализованной структуры управления. Таким образом, пользователь может создавать пользовательские решения для сбора данных, тестирования, измерений и управления для разнообразных приложений.

LabVIEW интегрирован для связи с различными устройствами сбора данных: GPIB, PXI, VXI, RS-232, RS-485 и USB. Также поддерживает Интернет вещей через LabVIEW Web Server и стандарты ПО вроде TCP/IP и ActiveX.

Виртуальные приборы (VI)

Программы в LabVIEW называются виртуальными приборами (Virtual Instruments, VI), потому что их работа и внешний вид напоминают физические приборы — мультиметры, осциллографы.

VI состоит из трёх компонентов: фронтальная панель, блок-схема и значок и панель соединителей (icon & connector pane). Фронтальная панель содержит элементы управления (controls) и индикаторы (indicators) — пользовательский интерфейс. Блок-схема — исходный код VI. Значок и панель соединителей — визуальное представление VI с входами и выходами, позволяющее использовать VI как подпрограмму (subVI) в другом VI.

Фронтальная панель:

На рисунке — фронтальная панель VI с элементами управления и индикаторами. Служит пользовательским интерфейсом для интерактивных ввода/вывода. Элементы управления в LabVIEW: ручки, переключатели, кнопки, числовые поля, логические переключатели (Boolean). Управления — входные устройства, передающие данные на блок-схему.

Индикаторы — выходные терминалы VI, отображающие значения. Числовые индикаторы, шкалы, светодиоды, графики и другие дисплеи. Индикаторы — выходные устройства, получающие данные от блок-схемы и отображающие их.

И управления, и индикаторы выбираются из палитры элементов управления, доступной только на фронтальной панели. Правый клик на фронтальной панели вызывает палитру.

Блок-схема

На рисунке — блок-схема, сопровождающая фронтальную панель. Содержит графический исходный код VI с графическими представлениями функций для управления объектами фронтальной панели. Блок-схема состоит из терминалов объектов фронтальной панели и дополнительных функций (числовые, логические, сравнение, массивы, тайминг и др.) и структур (цикл while, цикл for, структура case и др.).

У каждого индикатора или управления на фронтальной панели есть соответствующий терминал на блок-схеме. Они соединяются проводами с функциями для реализации управляющего приложения.

Функции и структуры выбираются из палитры функций, доступной только на блок-схеме. Правый клик на рабочей области блок-схемы вызывает палитру.

На блок-схеме внешний прямоугольник — цикл while, внутренний — структура case. Оранжевые, синие и зелёные линии — провода, передающие данные от управлений к индикаторам. Объекты и структуры на блок-схеме представляют код VI.

VI можно запустить, приостановить или остановить кнопками (стрелка/Run, Pause, Stop) на панели инструментов вверху окна.

Проекты на LabVIEW

LabVIEW — идеальная платформа для прототипирования, проектирования и разработки проектов в широком спектре областей: электротехника, механика, обработка сигналов, электроника, приборостроение и управление, биомедицина, аэрокосмика.

LabVIEW даёт гибкость проектирования решений за минимальное время и усилия благодаря графическому кодированию и продвинутым функциональным блокам. Ниже — некоторые проекты на LabVIEW в электротехнике.

Тепловое реле перегрузки на LabVIEW

Цель — мониторинг и управление работой электрической машины против тепловой перегрузки с LabVIEW и модулем DAQ. В данном VI ввод/вывод DAQ убраны для простоты понимания — разработана только симуляционная модель.

На рисунке — фронтальная панель VI теплового реле: слева — элементы управления, справа — индикаторы. Панель отображает параметры и температуру окружения машины. Даёт индикацию срабатывания реле при превышении безопасного предела (температуры окружения). Срабатывание реле при превышении температуры показано ниже.

Графический код на блок-схеме реализует проект. Повышение температуры рассчитывается на основе температурной константы машины (°C/кВт). На блок-схеме сравниваются реальная и заданная (предел безопасности) температуры. Можно реализовать с датчиками тока и температуры и модулем DAQ для реального времени.

Вольт-амперные характеристики саморазбуженного ШГП генератора в LabVIEW

Базовый электротехнический проект в виртуальной лаборатории электро машин — характеристики при нагрузке. На рисунке — фронтальная панель VI с элементами управления, индикаторами и графиком.

Напряжение на клеммах, ток возбуждения и ток нагрузки (включая активные сопротивления якоря и возбуждения) — входы/управления. Из этих данных вычисляются ток якоря, падение напряжения на якоре и индуцированное ЭДС в генераторе, отображаемые на графике и числовых индикаторах.

Исходный код на блок-схеме: математические функции определяют выходные параметры по входным. Массив данных (толстые оранжевые линии) передаётся разным математическим функциям, определяющим массивы результатов, передаваемых на график и массивные индикаторы.

Симуляция RLC последовательной цепи в LabVIEW

Проект реализует RLC последовательную цепь и определяет её резонансное состояние на LabVIEW. RLC последовательные цепи применяются в настройочных схемах: генераторы, фильтры, радио и ТВ тюнеры.

В RLC последовательной цепи частота, при которой индуктивное сопротивление равно ёмкостному, называется резонансной. На резонансной частоте Х_L и Х_C компенсируют друг друга, полное сопротивление равно активному, ток максимален.

Это доказано проектом LabVIEW ниже. Фронтальная панель с управлениями и индикаторами для ввода и получения данных.

Ниже — графический код последовательной RLC цепи на блок-схеме. Математическими операциями над входами (индуктивность, ёмкость, напряжение) определяются индуктивное и ёмкостное сопротивления, полное сопротивление и ток.Также читайте:

• Что такое Arduino и как его программировать?
• Как спроектировать ПП (пошагово и схематично)
• Как программировать PIC18 микроконтроллер на C. Пошаговое руководство
• Обязательные iOS приложения для электротехника
• 15+ обязательных Android приложений для инженеров/студентов по электротехнике
• 10+ инструментов проектирования и симуляции для инженеров электротехники/электроники онлайн