Messwerterfassung unter Windows

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1 Messwerterfassung unter Windows Ein Vergleich messtechnischer Programmpakete Von Josef Häuser (MJH-Software) Zweifler, die noch vor nicht allzu langer Zeit glaubten, dass sich Windows als grafische Programmieroberfläche in der Messtechnik nicht durchsetzen könne, sind mittlerweile eines Besseren belehrt. Der Windows-Zug ist am Rollen und im Messtechnik-Bereich gibt es interessante Programmpakete, die in diesem Beitrag vorgestellt werden sollen. Grafisch programmierbare Messsysteme auf PC-Basis erfreuen sich aufgrund der einfachen Bedienung und der damit verbundenen Produktivitätssteigerungen zunehmender Beliebtheit. Dementsprechend vielfältig, damit aber auch schwierig, ist die Auswahl der geeigneten Software. Der Artikel stellt eine Reihe von Produkten (BEAM, DASYLab, DIAdem, IC.ONNECT, LabVIEW) vor und versucht mit einer umfangreichen Tabelle durch Vergleich verschiedener Kriterien bei der Wahl des richtigen Produktes behilflich zu sein. Grafische Module Hinsichtlich der Art der Bedienung und Applikationserstellung lassen sich die Programmpakete in zwei große Gruppen einteilen. Mess-, Steuer- und Simulationsaufgaben lassen sich mit den Softwarepaketen DASY- Lab, DIAdem, ICONNECT und LabVIEW auf einfache Art und Weise nach dem Baukasten- Prinzip direkt am Bildschirm lösen. Hierzu werden Funktionsblöcke auf einem Arbeitsblatt (Schaltbild) entsprechend der Aufgabe platziert und durch Signalflusslinien miteinander verbunden. Jedem Funktionsblock kann zu Dokumentationszwecken ein eigener Bild 1. Applikation in Symbolen: Beispiele für Datenerfassung und Verarbeitung. (A, C, E: DASYLab, B: ICONNECT, D: DIAdem) 30 Elektor 1/2001

2 Name zugeordnet werden. Der Vorteil dieses Verfahrens liegt in der grafischen Abbildung der Logik des Messablaufs. Durch die starke Verwandtschaft zu technischen Blockdiagrammen ist diese Art der Aufgabendefinition für den Benutzer je nach Produkt mehr oder weniger schnell erlernbar. Die einzelnen Blöcke, auch als Module bezeichnet, enthalten Funktionen zur Datenerfassung, Messdatenanalyse, Ablaufsteuerung und zur Visualisierung. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit des Datenaustausches mit anderen Windows-Programmen über Messdatendateien, die in unterschiedlichen Formaten angelegt werden können. Die Kombination der funktionellen Module ermöglicht die konkrete Aufgabendefinition. Beispielsweise erfordert eine Visualisierung analoger Eingangssignale im einfachsten Fall wie in Bild 1a nur eine zweistufige Modulkette. Die Skalierung bei der Aufnahme von Größen über Sensoren kann mittels weniger Module umgesetzt werden (Bild 1b). Zusätzliche Bearbeitungsmodule hinter den Erfassungsmodulen ermöglichen die Kompensation von Problemen im betreffenden Messaufbau. Beispiele wären etwa das Eliminieren des 50-Hz-Rauschanteils eines netzgebundenen Analogsignals durch mehrere aufeinander folgende Filterglieder. Bild 1c zeigt einen Signalgraphen, der nach der Rauscheliminierung mit einem Tiefpassfilter das Messsignal auf Schwellwertüberschreitung prüft und ein externes Gerät schaltet. Ebenso einfach kann man zum Beispiel mit drei Modulen einen Frequenz-Analysator realisieren (Bild 1d) oder die Messwerte mit Datenreduktion in einer Datei auf der Festplatte speichern (Bild 1e). Auch ein Softwarepaket (BEAM), das ohne umständliche, grafische Programmierung auskommt, haben wir in den Vergleich einbezogen. Eine sehr übersichtliche menügeführte Bedienung bei dieser Software ermöglicht es, dass man bereits nach wenigen Mausklicks die Messkurven auf dem Bildschirm betrachten kann. Auch hier gibt es Einstelldialoge für die Eigenschaften der unterschiedlichen Module. Der Unterschied besteht darin, dass die Bild 2. Umsetzung der Beispielapplikation unter BEAM. Verknüpfung der Module im Einstelldialog durch die Auswahl der Eingangsgröße geschieht. Dadurch entfällt eine Benutzerebene, was zu einer übersichtlicheren und schnelleren Bedienung führt. Alle Programmpakete werden mit ihren markanten Themenschwerpunkten kurz vorgestellt. Weiterhin wird die Umsetzung eines kleinen Applikationsbeispiels - ein Funktionsgenerator erzeugt ein Sinus-Signal, dieses Signal wird über der Zeit grafisch dargestellt - bei der jeweiligen Produktvorstellung gezeigt. BEAM Die messtechnische Standardsoftware BEAM, ein Produkt der AMS Gesellschaft für angewandte Mess- und Systemtechnik, wurde mit der Zielstellung entwickelt, Messtechnikern ein Hilfsmittel an die Hand zu geben, das trotz seiner Komplexität und Leistungsfähigkeit ohne Programmieren einfach und übersichtlich zu bedienen ist. Spezielle Softwareversionen unterstützen Hardware-Funktionen anspruchsvoller Messgeräte sehr übersichtlich und kompakt. Die einzelnen Bedienschritte zur Durchführung einer Messung sind der praktischen Arbeit des Messtechnikers nachempfunden. Über 500 mathematische Funktionen stehen zur Analyse der Messdaten zur Verfügung. Drei frei gestaltbare Grafikfenster erlauben eine optimale Visualisierung der Messwerte. Die aktuellen Messdaten werden als Echtzeitgrafik auf dem Bildschirm dargestellt. Zur Prozessvisualisierung können Grafiken und Bilder importiert werden. Die ermittelten Messgrößen können automatisch in einem frei zu gestaltenden Messprotokoll ausgegeben werden. Eine tabellarische Darstellung der Messwerte sowie aller definierten Berechnungen einschließlich deren Parameter sorgt für eine große Übersichtlichkeit. BEAM verfügt über einen Simulationsmodus. Alle Einstellungen sowie die Vor- und Nachbereitung der Messung (Auswertung) können daher auch bequem am Schreibtisch erledigt werden. Seit Frühjahr 1999 bietet AMS mit jbeam - Messtechnik nutzt das Internet ein weiteres interessantes Produkt auf dem Markt an. Das Internet oder ein firmeninternes Intranet ermöglichen als Transportmedium einen globalen Zugriff. Ob eine Verbindung innerhalb eines Zimmers oder quer über den Atlantik aufgebaut wird, macht keinen Unterschied. Der globale Einsatz erfordert aber eine universelle Software-Lösung, die weder prozessor- noch betriebssystemabhängig ist. Java macht dies möglich. Auf der Anwenderseite (Frontend) können Windowsrechner, Apple Macintosh, UNIX-Systeme oder Java-Konsolen genutzt werden. Mit jbeam stellt AMS eine messtechnische Software vor, die diesen Kriterien entspricht. Die Funktionalität wird sowohl als Java-Applet als auch als lokales Java-Programm (Application) realisiert. Der Java-Kode des Applets befindet sich auf dem zentralen Server und wird nur zur Benutzung heruntergeladen. Dieses Verfahren vermeidet auch Versionskonflikte auf Client-Seite. Das Java-Applet ist in eine normale HTML-Seite integriert und wird per Mausklick aufgerufen. 1/2001 Elektor 31

3 Als Java-Programm arbeitet jbeam auf dem lokalen Rechner wie ein ganz normales Programm. Die Installation erfolgt automatisch auf Rechnern mit den Betriebssystemen Windows 95/98/NT/2000, Mac oder UNIX. Aus einer Vielzahl messtechnischer Berechnungen kann der Anwender seine benötigten Analysefunktionen auswählen. Die Berechnungen werden lokal ausgeführt, keine weiteren Downloads sind erforderlich. Die Ausführungsgeschwindigkeit ist deshalb sehr hoch. Mit lokal erzeugten Grafikelementen können die Daten visualisiert und ausgedruckt werden. Ein Layout-Editor ermöglicht dem Anwender, seine Vorstellungen einfach und schnell zu realisieren. Neben Online- Datenerfassung und Datenbank-Anbindung besteht die Moglichkeit, lokale Messwertdateien zu importieren. DASYLab Die EASY-to-USE-Software DASYLab, ein Produkt der Datalog-Systeme zur Messwerterfassung, ist eine Messtechniksoftware unter Windows, die ausgehend von den Anforderungen an Online-Messdatenauswertungen entwickelt wurde. Besonderer Wert wurde dabei auf einfache und übersichtliche Bedienung sowie eine breite Hardwareunterstützung gelegt. Mess-, Steuer- und Simulationsaufgaben lassen sich auf einfache Art und Weise direkt am Bildschirm lösen. Zur Integration von DASYLab in komplexe Prüfsysteme ist es möglich, dass Aktionen auch automatisch per DDE-Komando von anderen Windows-Applikationen angestoßen werden, so unter anderem das Laden eines Schaltbildes sowie Start und Stopp einer Messung. Dadurch kann dieses Messwerterfassungsprogramm auch als Messdatenserver für eigene Auswerteprogramme benutzt werden. Zur Prozessanbindung stehen eine Reihe gängiger Datenerfassungsboards zur Verfügung. Um mit diesen Karten Messdaten unter Windows auch bei hohen Abtastraten lückenlos erfassen zu können, ist die Ansteuerung über virtuelle Device-Treiber und einen frei an die Messaufgabe anpassbaren Datenpuffer realisiert, dadurch werden Datenerfassungsraten bis zu mehreren Hundert khz und Online- Darstellungen bis 100 khz erreicht. DIAdem Bild 3. Umsetzung der Beispielapplikation unter DASYLab. Adressen AMS Gesellschaft für angewandte Mess- und Systemtechnik Heinrich-Heine-Straße Flöha Tel.: / Fax: / post@amsonline.de Internet: DATALOG Systeme zur Messwerterfassung Trompeterallee Mönchengladbach Tel.: / Fax: / info@datalog-kg.de Internet: Die PC-Werkstatt DIAdem, ein Produkt der Gfs Systemtechnik, ist eine grafische Bedienoberfläche unter Windows. Sie gewährt dem Anwender schnellen Zugang zu allen Programmfunktionen. Um bei der umfassenden Funktionalität größtmögliche Übersicht zu erreichen, wurden die Funktionen nach Aufgaben gegliedert und in Software-Geräten zusammengefasst. Der Anwender hat in der PC-Werkstatt genau die Funktionen im Blickfeld, die er für Aufgaben wie Messung definieren, mathematische Analyse oder Ergebnisse präsentieren benötigt. Dieser modulare Aufbau der PC- Werkstatt ermöglicht es dem Anwender, die Werkstatt seinen Bedürfnissen gemäß auszustatten. Eine der großen Stärken von DIAdem ist die Möglichkeit, die Standardsoftware so exakt auf spezielle Anwendungen zuzuschneiden, dass die Spezialsoftware aussieht, als sei sie von Grund auf für genau diesen Zweck programmiert. Durch dieses Zuschneiden lassen sich Lösungen für Bediener vorbereiten, die weder mit der Aufgabenstellung noch mit DIAdem vertraut sind. Gfs Systemtechnik Pascalstraße Aachen Tel.: / Fax: / info@gfs-ac.de Internet: Micro-Epsilon Messtechnik Postfach Ortenburg Tel.: / Fax: / info@micro-epsilon.de Internet: 32 Elektor 1/2001

4 gement, sprich: die blockweise Verarbeitung hierarchisch strukturierter Daten. Sie ermöglicht die korrekte Verarbeitung von Daten, die asynchron von verschiedenen Quellen mit unterschiedlichen Abtastraten produziert werden. Dabei erkennt ICONNECT nur die wirklich relevanten Daten. Speziell bei zeitkritischen Anwendungen erweist sich diese Optimierung, bei dem anfallende Datenmengen bereits zum frühest möglichen Zeitpunkt reduziert werden, als sehr effizient. LabVIEW Bild 4. Umsetzung der Beispielapplikation unter DIAdem. ICONNECT Die Software-Toolbox ICONNECT, ein Produkt der Micro- Epsilon-Messtechnik, stellt eine grafische Entwicklungsumgebung dar, die sich zum objektorientierten Design von Datenverarbeitungs- Algorithmen eignet. Durch einfache Kombination von Basis-Algorithmen aus umfangreichen Modulbibliotheken lassen sich vielfältige Applikationen aus den Bereichen Automation, Mess- und Prüftechnik sowie Prozessüberwachung realisieren. Ein wesentlicher Vorteil von ICONNECT ist das Lean Optimized Data Mana- Das beliebteste Programm LabVIEW, ein Produkt der National Instruments Corporation, ist eine auf der graphischen Programmiersprache G basierende Entwicklungsumgebung. LabVIEW ist auf die Kornmunikation mit Hardware wie GPIB, VXI, PXI, RS-232, RS485 und Datenerfassungskarten abgestimmt. LabVIEW hat darüber hinaus implementierte Bibliotheken zur Nutzung von Softwarestandards wie TCP/IP-Netzwerke und ActiveX. Mit LabVIEW können kompilierte 32-Bit-Programme erstellt werden, die die nötige Ausführungsgeschwindigkeit für herkömmliche Datenerfassung, Test- und Messanwendungen geben. Lab- VIEW-Programme reichen von sehr einfachen bis zu Anwendungen, die höchsten Ansprüchen genügen. Die Software enthält verständliche Bibliotheken zur Datenerfassung, -analyse, -präsentation und -speicherung. LabVIEW enthält auch traditionelle Entwicklungswerkzeuge. Man kann Haltepunkte setzen und sich den Programmablauf grafisch darstellen lassen. Weiter kann man sich das Programm im Einzelschrittmodus ansehen, um damit das Debuggen und die Programmentwicklung zu vereinfachen. Lab- VIEW stellt auch zahlreiche Mechanismen zur Verbindung mit externem Kode oder Software mittels gemeinsam benutzter Bibliotheken (DLLs), ActiveX und mehr zur Verfügung. Zusätzlich sind zahlreiche Add-On-Toolkits für die unterschiedlichsten Anwendungen erhältlich. Die Tabelle versucht Sie durch den Vergleich verschiedener Kriterien bei der Wahl des richtigen Produktes zu unterstützen. Alle Preisangaben sind in DM angegeben (Stand Januar 2000). Erfragen Sie bei Interesse für ein Produkt bitte die neusten Preislisten und weitere Informationen beim jeweiligen Hersteller unter der im Kasten angegebenen Adresse. (00098)rg Bild 5. Umsetzung der Beispielapplikation unter ICONNECT. 1/2001 Elektor 33

5 Allgemein BEAM DASYLab DIAdem ICONNECT LabVIEW Qualität der mitgelieferten Dokumentation Sehr gut und praxis-bezogen Sehr gut Gut Gut Sehr gut Aufwand zur Einarbeitung Minimal Minimal Mittel Sehr hoch Sehr hoch Bedienung Sehr gut Sehr gut Gut Schwierig Schwierig Versionen, Preise Wie lange gibt es das Produkt bereits auf dem Markt? 11 Jahre 7 Jahre Unbekannt 4 Jahre > 11 Jahre Unterstützte Betriebssysteme 95, 98, NT, 2000, Mac, (Java) 3.1, 95, 98, NT, , 95, 98, NT, , 98, NT, 2000 Mindestanforderung an Rechner-austattung Sprachversionen Pentium 166 MHz, 64 MByte Speicher Deutsch, Englisch, Französisch Pentium 166 MHz, 64 Mbyte Speicher Deutsch, Englisch, Japanisch Pentium 166 MHz, 64 MByte Speicher Deutsch, Englisch, Italienisch Pentium II 300 MHz, 64 Mbyte Speicher Deutsch, Englisch, Französisch 3.1, 95, 98, NT, 2000, Mac, Sun, HP Pentium 233-MMX, 64 MByte Speicher Deutsch, Englisch, weitere Demoversion Ja 1) Ja Ja Ja1 ) Ja Möglichkeit, neuste Programmkompo-nenten aus Internet zu downloaden Nein Nein Ja Nein Ja Funktionsfähige Version + Hardware unter DM 300,- vorhanden? Nein 199,- 9) 249,- 3) Nein 99,- 2) Nein Hoschschulversion 3) 780,- Unbekannt Unbekannt Unbekannt Unbekannt Lite-Version 3) ab 780,- 1495,- 2250,- 1295,- Unbekannt Voll-Version 3) ab 4.450,- 3190,- 3580,- 7073,- Unbekannt Bündelpaket 3) ab 1.895,- ab 3250,- Kein Angebot Kein Angebot Unbekannt Prinzipiell unterstütze Messwerterfassungshardware, sonstige Ein- / Ausgänge ISA, PCI, Compact- PCI, PCMCIA, USB, Parallel- Port Ja Ja Ja Ja Ja Messkarten mit Onboard Prozessor Nein Ja, sehr vielseitig Ja Nein Ja Temperatur- / DMS-Aufnehmer Ja, sehr vielseitig Ja Ja Nein Ja Karten zur optischen Wegmessung Nein Nein Nein Ja Nein RS 232 / 485 Ja Ja Ja Ja 5) Ja IEEE 488 Ja Ja Ja Ja 5) Ja DDE Ja Ja Ja Nein Ja OPC Nein Ja Ja Nein Ja INTERBUS Nein Ja Ja Nein Ja CAN-BUS Ja Ja Ja Ja 5) Ja PROFIBUS Nein Ja Ja Ja 5) Ja Hardware verschiedener Hersteller mischbar Nein Nein Nein Ja Ja Trigger Verschiedene Softwaretrigger Ja Ja, sehr vielseitig Ja Ja Ja Signalaufbereitung Filter Ja Ja Ja Ja Ja Korrelation Ja Ja Ja Ja Ja Datenfenster Ja Ja Ja Ja Ja FFT Ja Ja Ja Ja Ja Übertragungsfkt. Ja Ja Ja Nein Ja Faltung Ja Ja Ja Ja Ja Statistik Statistische Werte Ja Ja Ja, sehr vielseitig Ja Ja Zähler Ja Ja Ja Ja Ja Überwachung komplexer Sollkurven Ja Ja Ja Nein Ja Histogramm Ja Ja Ja Ja Ja Steuern / Regeln Generator für einfache Testzwecke Ja Ja, sehr vielseitig Ja Ja Ja Sollwertgenerator 6) Ja Ja, sehr vielseitig Ja Nein Ja PID- Regler Ja Ja Ja Ja Ja Zweipunkt- Regler Nein Ja, sehr vielseitig Ja Nein Unbekannt Dreipunkt- Regler Nein Nein Ja Nein Unbekannt Fuzzy- Regler Nein Ja Ja Ja Ja Zeitgeber 7) Ja Ja Ja Ja Ja Schalter Ja Ja Ja Ja Ja Handregler Ja Ja Ja Ja Ja 34 Elektor 1/2001

6 Datenreduktion BEAM DASYLab DIAdem ICONNECT LabVIEW Verschiedene Reduktionen Ja Ja Ja Ja Ja Dateien Verschiedene Daten Lesen / Schreiben Möglichkeiten Ja 1) Ja Ja Ja 1) Ja Visualisierung Y/t- Diagramm mit Cursor- Vermessung Ja Ja Ja Nein Ja X/Y- Diagramm mit Cursor- Vermessung Ja Ja Ja Nein Ja Datenlisten Ja Ja Ja Nein Ja Analog- Anzeige Ja Ja Ja Ja Ja Digital- Anzeige Ja Ja Ja Ja Ja Status- Anzeige Ja Ja Ja Ja Ja Bargraf Ja Ja Ja Ja Ja 3-D Grafik Ja Nein Ja Ja Ja 4-D Grafik Nein Nein Ja Nein Unbekannt 5-D Grafik Ja Nein Nein Nein Unbekannt 6-D Grafik Nein Nein Ja Nein Unbekannt Polardarstellung Ja Ja Ja, nur offline Nein Unbekannt Farbsonogramm Ja Ja Ja Ja Ja Wasserfalldarstellung Ja Ja Ja Nein Ja Mathematik Formelinterpreter Ja Ja Ja Ja 5) Ja Ableitung / Integral Ja Ja Ja Nein Ja Logische Verknüpfungen Ja Ja Ja Ja Ja Kurvenapproximation Ja Ja Ja Ja Ja Splines Ja Nein Ja Ja Ja Sonstige Besonderheiten Kreisregression Nein Nein Ja Nein Ja K- Wert- Analyse Nein Nein Ja Nein Unbekannt Ordnungsanalyse Nein Nein Ja Nein Unbekannt Crash- Analyse Nein Nein Ja Nein Nein Spannungs- Analyse Ja Nein Unbekannt Nein Nein GPS- Satellitennavigation Ja Nein Ja Nein Unbekannt Klassierverfahren Ja Ja Ja Nein Ja Verschicken von s, SMS- Nachrichten, Faxe Ja Ja Ja Ja Ja ODBC (Oracle, Microsoft SQL- Server, ACCESS, dbase) Ja Ja Ja Ja Ja Anmerkungen: 1) XXX 2) In der kostenlosen Demoversion können bereits ASCII-Daten für verschiedene Auswertemöglichkeiten (Statistik, FFT,...) in das Programm importiert werden. Ein Datenexport z.b. für Excel ist ebenfalls erlaubt. 3) Das StarterKit umfasst die weitgehend funktionsfähige Demoversion zusammen mit einem COM-Port-Interface zur Messwerterfassung. Die Messhardware bietet 6 analoge Eingangskanäle mit unterschiedlichen Messbereichen bei einer Auflösung von 10 Bit. Weiterhin wird eine Spannung von +5 V z.b. zur Sensorversorgung zur Verfügung gestellt. Der Treiber realisiert Abtastfrequenzen im Bereich von 1 Hz bis 1 khz. 4) Das Programmpaket enthält beim angegebenen Preis noch KEINE Messwerterfassungshardware. 5) Die Hersteller bieten oftmals Pakete an, die aus Software und Messwerterfassungshardware bestehen. 6) Die Schnittstelle wird in einer C ähnlichen Skriptsprache angesprochen. Nach einer höheren Einarbeitungszeit ergeben sich dadurch sehr umfangreiche Möglichkeiten der Programmierung. 7) Der Sollwertgenerator dient der Erzeugung zeitabhängig vorgebbarer analoger Sollwerte und zeitsynchroner digitaler Schaltbefehle zur Prüfstandsteuerung, Prozessautomation, Simulation. 8) Es besteht die Möglichkeit, TTL-Signale mit separat einstellbaren Zeiten und Tastverhältnissen zu generieren. 9) Das Paket bietet ein Parallelport-Interface für Digital- I/Os und nutzt eine vorhandene Soundkarte im Rechner. Besuchen Sie Elektors Website mit dem Plus an Möglichkeiten und Informationen: 1/2001 Elektor 35