Vernetzung von Systemen mit LabVIEW. Christian Mergl Applications and Systems Specialist NI Central European Region

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1 Vernetzung von Systemen mit LabVIEW Christian Mergl Applications and Systems Specialist NI Central European Region

2 Vernetzte Systeme sind von Natur aus interdisziplinär kombinieren Software, Hardware und Kommunikation tauschen Informationen aus

3 Vernetzte Systeme

4 Informationsaustausch mit LabVIEW 1. TCP and UDP 2. Network Streams 3. Shared Variables 4. DMAs 5. Web Services 6. Peer-to-Peer Streaming 7. Datasocket 8. Programmatic Front Panel Interface 9. Simple TCP/IP Messaging (STM) 10. AMC 11. EtherCAT 12. HTTP 13. FTP 14. Bluetooth 15. OPC und weitere

5 Agenda Einleitung Netzwerktransfer Methoden Shared Variable Engine (Umgebungsvariablen) Network Streams LabVIEW WebServices Weiterführende Informationen

6 Typische Konfigurationen 1-1 N-1 1-N

7 Typische Probleme Race conditions - mehrere Zugriffe auf die selbe Ressource Deadlock - zwei oder mehr abhängige Prozesse warten auf einander die selbe Ressource freizugeben Datenverlust - Lücken oder Diskontinuität im Datenfluss Performance - Geringe Verarbeitungsgeschwindigkeit wegen Abhängigkeiten zu gemeinsamen Ressourcen Buffer Überlauf einen Buffer schneller schreiben als gelesen wird Alte Daten die selben Daten mehrfach lesen

8 Netzwerktransfer Methoden (I) Latest Value oder Network Publishing den aktuellen Wert der Daten am Netzwerk zur Verfügung stellen. Beispiele I/O Variablen an einem HMI ausgeben Temperatur-Logging an einem Remote Rechner Daten bestehen bis sie von einem neuen Wert überschrieben werden Verlustbehaftet Client interessiert nur der letzte Wert

9 Latest Value oder Network Publishing API Typ Performance Usability Konfigurationen Shared Variable* CCC (CVT) LabVIEW Feature 1:1, 1:N, N:1 Referenz Architektur Weitere APIs? Measurement Studio CVI 1:1 Ja (TCP/IP) UDP LabVIEW 1:1, 1:N, N:1 Ja * Netzwerk Buffer deaktiviert

10 Shared Variable (Netzwerkumgebungsvariable) einfache API zur Kommunikation Skalierbar, für kleine und große verteilte Anwendungen Gepufferte Datenübertragung im Netzwerk Keine Konvertierung von Datentypen notwendig

11 Shared Variable Engine - SVE SVE SVE

12 Shared Variable Architektur LabVIEW SVE NI-PSP LogosXT TCP/IP Ethernet Shared Variable Engine (SVE) Software Framework um Werte über das Netzwerk verschicken zu können Unter Windows: Dienst der mit dem OS gestartet wird Publisher Subscriber Protocol (PSP) Protokollschicht für Umgebungsvariablen LogosXT Optimierung des Datendurchsatzes für Shared Variables Alle Shared Variables werden in eine TCP/IP Verbindung umgesetzt

13 Demonstration Shared Variable - Umgebungsvariable

14 Shared Variable - Verwendung Initialisieren Abarbeitung serialisieren Lesen von alten, gleichen Werten verhindern

15 Shared Variable API Welche Variablen gelesen oder geschrieben werden wird zur Laufzeit bestimmt Programmatisches Erstellen der URL

16 Demonstration Shared Variable Zugriff via SVE API

17 Shared Variables mit LabVIEW DSC Modul DSC Datalogging and Supervisory Control Module Erfassen von Daten des I/O Servers Übermitteln an Teilnehmer via OPC, PSP Daten-Logging Alarm-Funktionen Skalierung Benutzerverwaltung mit Rechtevergabe Eventbasierter Zugriff

18 Demonstration Shared Variable eventbasierter Zugriff via LV DSC

19 Netzwerktransfer Methoden (II) Streaming Einen verlustfreien Datenstrom übertragen Beispiele Messdaten vom crio auf den HostPC zur Analyse übertragen Messdaten über ein Netzwerk zum Speichern übertragen Datenwerte sind nicht beständig (Lesezugriff ist destruktiv) Verlustfrei Client muss alle Daten empfangen Hoher Durchsatz erforderlich (Latenz unbedeutend)

20 Streaming API Typ Performance Usability Konfigurationen Network Streams STM (Simple TCP/IP Messaging) LabVIEW Feature Weitere APIs? 1:1 Noch nicht Ref. Arch. 1:1 Ja (TCP/IP) Was aber ist mit Shared Variables und aktiviertem Netzwerkbuffer? Nein!

21 Probleme bei Streaming mit Shared Variables Nicht vorhandene Flußkontrolle kann zu Datenverlust führen Datenverlust wenn TCP/IP- Verbindung unterbrochen wird Datenverlust erzeugt keinen Fehler, nur eine Warnung PC 1 PC 2 Server Client Readers Client Writers

22 Network Streams PC 1 PC 2

23 Network Streams PC 1 PC 2 Writer Endpoint Reader Endpoint Acknowledge Flow Control (2) (3)

24 Demonstration Einfache Datenübertragung mit Network Streams

25 Network Streams

26 Demonstration Verbindungsunterbrechung mit Network Streams

27 Network Streams Verlustfreie Übertragung, auch bei Verbindungsunterbrechung* Geeignet für hohen Durchsatz (streaming) oder geringe Latenz (messaging) Unidirektional, P2P, nur mit LabVIEW Nicht deterministisch

28 Network Streams - Benchmark

29 Network Streams vs. Shared Variable Engine SVE verwenden um die aktuellsten Daten an mehrere Rechner zu verteilen Optimiert um den aktuellsten Wert zu übertragen Einfache Verwendung bei Zugriff durch mehrere Rechner (N:1, N:N) Network Streams verwenden um alle Daten an einen Rechner zu streamen Optimiert für verlustfreie Punkt zu Punkt (1:1) Verbindung N:1 oder N:N Verbindungen kompliziert zu implementieren

30 Shared Variables effektiv Nutzen Sparsame Verwendung Geeignet für kleine Applikationen mit wenig Kanälen Identisch definierte Kanäle in Arrays kombinieren Unnotwendige Netzwerkbuffer vermeiden Garantiert keinen verlustlosen Datentransfer Benötigt mehr CPU Leistung und Speicher Geeigneten Host für die SVE wählen RT hosting garantiert Stabilität und Zugriff mehrere Host Rechner RT hosting führt aber auch zu mehr CPU Last und Speicherbedarf

31 Netzwerktransfer Methoden (III) Befehl oder Nachricht Aktion eines Bearbeiters Anfordern Beispiele Ein autonomes Fahrzeug soll sich an eine bestimmte Position begeben Ein Prozessleitsystem soll seine Sequenz starten Datenwerte sind nicht beständig (Lesezugriff ist destruktiv) Verlustfrei Client muss alle Daten empfangen Geringe Latenz Befehl so schnell wie möglich übertragen

32 Befehle oder Nachrichten übertragen API Typ Performance Usability Konfigurationen Network Streams Shared Variable AMC Weitere APIs? LabVIEW Feature 1:1 Nein LabVIEW Feature 1:1, 1:N, N:1 Referenz Architektur Measurement Studio CVI 1:N Ja (UDP) Web Services Web Standard 1:1, 1:N, N:1 Ja

33 LabVIEW WebServices WebServer Windows und Real-Time Beliebige web clients Keine Run-Time-Engine nötig Standart http Protokoll Firewall freundlich Beliebiger Client Thin Client

34 Wann nutze ich WebServices Benötigt die Applikation ein Remote HMI? Wird ein web-basierter thin client benötigt? Werden standart, firewall-freundliche Protokolle benötigt?

35 Netzwerk-Kommunikation Computer 1 Browser oder Client Applikation Transport Netzwerk Hardware Physikalisch Computer 2 Browser oder Client Applikation Transport Netzwerk Hardware

36 Netzwerk-Kommunikation Computer 1 Browser oder Client Applikation Transport Netzwerk Hardware Physikalisch Computer 2 Browser oder Client Applikation Transport Netzwerk Hardware

37 LabVIEW Remote Frontpanel Kommunikation Browser LV RTE RFP Protokoll TCP IP Hardware Physikalisch LabVIEW Web Server RFP Protokoll TCP IP Hardware

38 LabVIEW WebServices Client RESTful HTTP TCP IP Hardware Physikalisch LabVIEW Web Server HTTP TCP IP Hardware

39 Demonstration LabVIEW WebServices

40 LabVIEW WebServices - Architektur Anfrage LabVIEW Applikation LabVIEW WebService Antwort Web Interface Separates VI neben der Applikation Kommuniziert mittels Umgebungsvariablen Zur Konfiguration und Administration

41 Weiterführende Informationen Using the Right Networking Protocol» Data Communication in LabVIEW Technical Seminar» https://decibel.ni.com/content/docs/doc Lossless Communication with Network Streams»

42 Referenz Architekturen CVT Client Communication (CCC) Reference Library» Asynchronous Message Communication (AMC) Reference Library» Simple TCP/IP Messaging Reference Library»

43 Fragen?

44 Danke für Ihre Aufmerksamkeit!

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