LabVIEW. Возможности и перспективы развития (стр. 2 из 3)

Помимо библиотек, входящих в состав комплекта поставки системы LabVIEW, существует множество дополнительно разработанных программ. Многие из них свободно доступны через Internet. Собственные разработки пользователей, накопленные в процессе работы, могут размещаться в новых библиотеках и могут быть многократно использованы в дальнейшем.

Система программирования LabVIEW имеет встроенный механизм отладки приложений. В процессе отладки разработчик может назначать точки останова программы, выполнять программу «по шагам», визуализировать процесс исполнения программы и контролировать любые данные в любом месте программы.

Система LabVIEW позволяет защитить программы от несанкционированного изменения или просмотра их исходного кода. При этом разработчик может либо использовать пароли на доступ к приложениям, либо вовсе удалить исходный код из работающего приложения.

Виртуальный прибор

Виртуальные приборы (англ. VirtualInstrumentation) – концепция, в соответствии с которой организуются программно-управляемые системы сбора данных и управления техническими объектами и технологическими процессами.

Сущность: система организуется в виде программной модели некоторого реально существующего или гипотетического прибора, причём программно реализуются не только средства управления (рукоятки, кнопки, лампочки и т.п.), но и логика работы прибора. Связь программы с техническими объектами осуществляется через интерфейсные узлы, представляющие собой драйвера внешних устройств – АЦП, ЦАП, контроллеров промышленных интерфейсов и т.п.

Предшественницей концепции виртуальных приборов служила концепция слепых приборов, предусматривающая организацию системы в виде физического устройства («ящика», реализующего логику работы прибора, но не имеющего пользовательского интерфейса), и программно-реализуемых средств управления (представляющих собой HMI в чистом виде).

Концепция виртуальных приборов применяется в качестве базовой в таких продуктах, как:

· LabVIEW фирмы National Instruments (США) (http://www.natinst.com);

· DASYLab фирмы DATALOG GmbH (Германия) (http://www.dasylab.com);

· DIAdem фирмы GfSmbH (Германия).

В настоящее время торговые марки DASYLab и DiaDem также принадлежит NationalInstruments.

Программный комплекс LabVIEW

LabVIEW (Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench) – это среда разработки и платформа для выполнения программ, созданных на графическом языке программирования «G» фирмы National Instruments (США). Первая версия LabVIEW была выпущена в 1986 году для Apple Macintosh, в настоящее существуют версии для UNIX, GNU/Linux, Mac OS и пр., а наиболее развитыми и популярными являются версии для Microsoft Windows.

LabVIEW используется в системах сбора и обработки данных, а также для управления техническими объектами и технологическими процессами. Идеологически LabVIEW очень близка к SCADA-системам, но в отличие от них в большей степени ориентирована на решение задач не столько в области АСУ ТП, сколько в области АСНИ.

Программирование, основанное на потоках данных

Графический язык программирования «G», используемый в LabVIEW, основан на архитектуре потоков данных. Последовательность выполнения операторов в таких языках определяется не порядком их следования (как в императивных языках программирования), а наличием данных на входах этих операторов. Операторы, не связанные по данным, выполняются параллельно в произвольном порядке.

В основе программирования в LabVIEW лежит понятие Виртуальных приборов (Virtual Instruments, VI). На лицевой панели, как и положено, располагаются элементы управления программой – кнопки, графики, выключатели и тому подобное. Блок-схема – это, по сути, и есть сама программа. При написании (а вернее создании, потому что писать приходится не так уж и много) программы используется такое понятие, как «поток данных» (Data Flow). Суть его в том, что все элементы программы (которые представлены графически) связываются между собой связями (проводами, нитками) по которым и происходит передача данных. В общем, описать это довольно сложно, лучше посмотреть на картинку, рис. 3.

Рис. 3. Простейший прибор.

Цифрами обозначены:

· Точки, элементы программы (Nodes)

· Терминалы индикаторов (Indicator Terminals)

· Связи (Wires)

· Терминалы управляющих элементов (Control Terminals)

Итак, в LabVIEW вы создаете пользовательский интерфейс (лицевую панель), с управляющими элементами и индикаторами. Управляющие элементы – это тумблеры, кнопки, поля ввода и прочие устройства ввода. Индикаторы – это графики, шкалы, лампочки, текстовые поля и тому подобное. После создания пользовательского интерфейса, вы добавляете программный код, который управляет объектами на лицевой панели. Этот код содержится в схеме (block diagram). Этот код чем-то напоминает собой блок-схему, хотя отличий много.

LabVIEW можно использовать для того, чтобы управлять различным оборудованием, таким, как, устройства сбора данных, различные датчики, устройства наблюдения, двигательные устройства (например, шаговые моторы) и тому подобное, а так же GPIB, PXI, VXI, RS-232 b RS-484 устройства. Также в LabVIEW имеются встроенные средства для подключения созданных программ к сети, используя LabVIEW Web Server и различные стандартные протоколы и средства, такие как TCP/IP и ActiveX.

Используя LabVIEW, можно создавать приложения для тестирования и измерений, сбора данных, управления различными внешними устройствами, генерации отчетов. Так же можно создать независимые исполняемые файлы и библиотеки функций, такие как DLL, так как LabVIEW – это полноценный 32-битный компилятор.

Достоинства LabVIEW

· Полноценный язык программирования

· Интуитивно понятный процесс графического программирования

· Широкие возможности сбора, обработки и анализа данных, управления приборами, генерации отчетов и обмена данных через сетевые интерфейсы

· Драйверная поддержка более 2000 приборов

· Возможности интерактивной генерации кода

· Шаблоны приложений, тысячи примеров

· Высокая скорость выполнения откомпилированных программ

· Совместимость с операционными системами Windows2000/NT/XP, Mac OS X, Linux и Solaris.

LabVIEW поддерживает огромный спектр оборудования различных производителей и имеет в своём составе (либо позволяет добавлять к базовому пакету) многочисленные библиотеки компонентов:

· для подключения внешнего оборудования по наиболее распространённым интерфейсам и протоколам (RS-232, GPIB 488, TCP/IP и пр.);

· для удалённого управления ходом эксперимента;

· для управления роботами и системами машинного зрения;

· для генерации и цифровой обработки сигналов;

· для применения разнообразных математических методов обработки данных;

· для визуализации данных и результатов их обработки (включая 3D-модели);

· для моделирования сложных систем;

· для хранения информации в базах данных и генерации отчетов;

· для взаимодействия с другими приложениями в рамках концепции COM/DCOM/OLE и пр.

Вместе с тем LabVIEW – очень простая и интуитивно понятная система. Неискушённый пользователь, не являясь программистом, за сравнительно короткое время (от нескольких минут до нескольких часов) способен создать сложную программу для сбора данных и управления объектами, обладающую красивым и удобным человеко-машинным интерфейсом. Например, средствами LabVIEW можно быстро превратить старый компьютер, снабжённый звуковой картой, в мощную измерительную лабораторию.

Специальный компонент LabVIEW – Application Builder, позволяет выполнять LabVIEW-программы на тех компьютерах, на которых не установлена полная среда разработки.

Широта применения

LabVIEW находит применение в самых разнообразных сферах человеческой деятельности. В соответствии со своим названием он первоначально использовался в исследовательских лабораториях, да и в настоящее время является наиболее популярным программным пакетом как в лабораториях фундаментальной науки (например, LawrenceLivermore, Argonne, Batelle, Sandia, JetPropulsionLaboratory, White Sands и Oak Ridge в США, CERN в Европе), так и в отраслевых промышленных лабораториях. Все более широкое применение LabVIEW находит в образовании, в университетских лабораторных практикумах – особенно по предметам электротехники, механики и физики.

Распространение LabVIEW за пределами лабораторий пошло по всем направлениям: вверх (на борту космических аппаратов), вниз (на подводных лодках) и по горизонтали (от буровых установок в Северном море до промышленных предприятий в Новой Зеландии). В связи с ростом возможностей Internet сфера применения LabVIEW стала расширяться не только в географическом, но и в виртуальном пространстве (cyberspace). Все большее число разработчиков создает виртуальные приборы, допускающие удаленное управление и наблюдение через Internet. Измерительные системы на основе виртуальных приборов отличаются своей многофункциональностью, гибкостью и низкой стоимостью как с точки зрения оборудования, так и с точки зрения затрат времени на разработку.

В настоящее время LabVIEW широко применяется в следующих сферах:

· Автомобильная промышленность

· Телекоммуникации

· Аэрокосмическая промышленность

· Полупроводниковая промышленность

· Разработка и производство электроники

· Управленией технологическими процессами

· Биомедицина

Благодаря своей гибкости и масштабируемости, LabVIEW может использоваться на всех этапах технологического процесса: от моделирования и разработки прототипов продуктов до широкомасштабных производственных испытаний. Применение интегрированной среды LabVIEW для измерения сигналов, обработки результатов и обмена данными повысит производительность всего предприятия.