Εισαγωγή στο Lab VIEW και τα Εικονικά Όργανα

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Πρόλογος Εισαγωγή Αναφορές 1. Τα Βασικά του LabVIEW 2. Δύο Παραδείγματα Εικονικών Οργάνων του Lab VIEW 2.1 Ένα Εικονικό Όργανο για τη Μετατροπή των Βαθμών Κελσίου σε Φαρενάϊτ 2.2 Εικονικό όργανο για τη Μέτρηση της Στάθμης Δεξαμενής Υγρού 3. Παράδειγμα Κατασκευής Εικονικού Οργάνου στο LabVIEW 1

Πρόλογος Η παρούσα «Εισαγωγή στο LabVIEW και τα Εικονικά Όργανα» βασίζεται στο βιβλίο του Dan Nesculescu, Mechatronics, Prentice Hall, μετάφραση στα ελληνικά Κ. Παρίσης-Ν. Πουλάκης, εκδόσεις Τζιόλα. Σε σχέση με την ελληνική μετάφραση του βιβλίου, στις σημειώσεις αυτές έχει γίνει εκτεταμένη αναθεώρηση, ώστε το περιεχόμενο τους να προσαρμοστεί στις νεότερες εκδόσεις του Lab VIEW (Lab VIEW 2009). Εισαγωγή Στο μέρος αυτό, γίνεται μια σύντομη εισαγωγή στα βασικά της γλώσσας γραφικού προγραμματισμού Lab VIEW της εταιρείας National Instruments. Απευθύνεται σε φοιτητές που δεν έχουν καμία εξοικείωση με το θέμα. Το γραφικό περιβάλλον του Lab VIEW και οι απεριόριστες δυνατότητες επικοινωνίας, που προσφέρει, με όλα τα πρωτόκολλα και σχεδόν όλα τα επιστημονικά και βιομηχανικά όργανα μετρήσεων και ελέγχου, καθιστούν το πακέτο αυτό ιδανικό για την ανάπτυξη εφαρμογών HMI/SCADA ή εφαρμογών λήψης και καταγραφής δεδομένων από πολλά ταυτόχρονα κανάλια σε μεγάλες ταχύτητες. Για κάποιον που έχει κάποια εξοικείωση, το Lab VIEW διαθέτει μια σειρά από επιπρόσθετα πακέτα (Modules), όπως το Datalogging and Supervisory Control (DSC) module, με το οποίο μπορεί κανείς να αναπτύξει ένα σύστημα παρακολούθησης και ελέγχου μερικών δεκάδων ώς χιλιάδων σημείων. Το πακέτο αυτό διαθέτει εργαλεία για επικοινωνία με συνηθισμένα PLC, όπως επίσης και με PAC (Programmable Automation Controllers), για καταγραφή των δεδομένων σε βάσεις δεδομένων, εργαλεία για διαχείριση σημάτων κινδύνου (alarm) και ειδοποίηση συμβάντων και για ανάπτυξη HMI όλα μέσα σε ένα ενιαίο περιβάλλον Lab VIEW. Αναφορές 1. Για μια γρήγορη εισαγωγή στα βασικές έννοιες του LabVIEW και τον γραφικό προγραμματισμό, βλ.: http://www.ni.com/gettingstarted/labviewbasics/ 2. Για μια σειρά παρουσιάσεων γύρω από το Τι είναι και Ποιές είναι οι δυνατότητες του περιβάλλοντος γραφικού προγραμματισμού Lab VIEW, βλ., http://www.ni.com/labview/whatis/ 3. Για μια βιντεοπαρουσίαση για το πως μπορεί να χρησιμοποιήσει κανείς το λογισμικό National Instruments LabVIEW για να αναπτύξει συτήματα HMI/SCADA, βλ., http://zone.ni.com/wv/app/doc/p/id/wv-107 4. Ένα καλό βιβλίο στα ελληνικά με εκτενή ανάλυση και πολλά παραδείγματα για το Lab VIEW και τα συστήματα DAQ είναι το : Lab VIEW για Μηχανικούς Προγραμματισμός Συστημάτων DAQ, Κ. Καλοβρέκτης, Εκδ. Τζιώλας. 2

1. Τα Βασικά του LabVIEW Το LabVIEW (Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench) είναι ένα περιβάλλον για την ανάπτυξη προγραμμάτων λήψης δεδομένων και ελέγχου οργάνων με υπολογιστές, που βασίζεται στο γραφικό προγραμματισμό. Το LabVIEW πρωτοεκδόθηκε το 1986 για Macintosh και το 1992 για Windows [62] και, στην τρέχουσα μορφή του, μπορεί να δημιουργήσει σύνθετα προγράμματα τα οποία εκτελούνται αυτόνομα. Ένα πρόγραμμα LabVIEW ονομάζεται Εικονικό Όργανο (Virtual Instrument - VI). Ένα VI αντικαθιστά με λογισμικό ένα μεγάλο μέρος ενός παραδοσιακού οργάνου. Επιπλέον, το LabVIEW περιλαμβάνει βιβλιοθήκες έτοιμων εργαλείων για λήψη δεδομένων, ανάλυση, αποθήκευση και παρουσίαση, όπως επίσης και για δημιουργία εξόδων σήματος για έλεγχο ενεργοποιητών (actuators). Τα βασικά στοιχεία ενός Εικονικού Οργάνου LabVIEW είναι η Εμπρόσθια Επιφάνεια (frond panel) και το Δομικό Διάγραμμα (Block Diagram). Η Εμπρόσθια Επιφάνεια ενός εικονικού οργάνου είναι η γραφική διασύνδεση του χρήστη με το VI και αντικαθιστά την εμπρόσθια επιφάνεια των παραδοσιακών οργάνων. To δομικό διάγραμμα ενός VI είναι ο γραφικός κώδικας του προγράμματος. Αυτός ο γραφικός κώδικας καθορίζει τη ροή των δεδομένων από τις εισόδους της εμπρόσθιας επιφάνειας και τους αισθητήρες ή τους μετατροπείς μέσω των διαφόρων βαθμίδων της επεξεργασίας αυτών των δεδομένων ώς την εμφάνιση των τιμών στις ενδείξεις της εμπρόσθιας επιφάνειας και την αποθήκευση των αποτελεσμάτων των μετρήσεων και για τον έλεγχο των ενεργοποιητών. Οι γραφικές διασυνδέσεις για τη ροή των δεδομένων σε ένα δομικό διάγραμμα ενός VI αντικαθιστούν τα καλώδια για τη μεταφορά του ηλεκτρικού σήματος στα παραδοσιακά όργανα. Η σχεδίαση και η σύνταξη της Εμπρόσθιας Επιφάνειας και του Δομικού Διαγράμματος γίνονται με τη βοήθεια των εργαλείων που βρίσκονται σε γραφική μορφή στην Παλέττα Εργαλείων (Tools) [Εικ. 1(α)], στην Παλέττα Ελέγχου (Controls) [Εικ. 1(β)] και στην Παλέττα Λειτουργιών (Functions) (Εικ. 2). Η Παλέττα Ελέγχου είναι προσβάσιμη από την οριζόντια γραμμή του μενού της Εμπρόσθιας Επιφάνειας ώς ακολούθως: View Controls Palette Η Παλέττα Λειτουργιών είναι προσβάσιμη από την οριζόντια γραμμή του μενού του Δομικού Διαγράμματος ώς ακολούθως: View Functions Palette ενώ, η Παλέττα Εργαλείων είναι προσβάσιμη τόσο από την Εμπρόσθια Επιφάνεια όσο και από το Δομικό Διάγραμμα: View Tools Palette Η Παλέττα Εργαλείων (Tools Palette), Εικ. 1(β), περιλαμβάνει τα εργαλεία που χρησιμοποιούνται για τη σχεδίαση των αντικειμένων τόσο της εμπρόσθιας επιφάνειας όσο και του δομικού διαγράμματος. Η Παλέττα Ελέγχου (Controls Palette) περιλαμβάνει τα (εικονικά) κουμπιά ελέγχου (controls) της εμπρόσθιας επιφάνειας για την εισαγωγή δεδομένων από το χρήστη και τους 3

(εικονικούς) δείκτες (indicators) για την έξοδο και την εμφάνιση των αποτελεσμάτων στον χρήστη. Έτσι, στην Παλέττα Ελέγχου βλέπουμε: Num Ctrls (Numeric Controls), για την εισαγωγή αριθμητικών τιμών, Buttons, για την εισαγωγή δυδικών (Boolean) τιμών, δηλαδή, τιμών True ή False, Text Ctrls (Text Controls), για την εισαγωγή κειμένων σε μορφή χαρακτήρων ASCII, User Ctrls (User Controls), για κουμπιά ελέγχου φτιαγμένα ειδικά από χρήστη, Num Inds (Numeric Indicators), για την εμφάνιση αριθμητικών τιμών-αποτελεσμάτων, LEDs, για την εμφάνιση δυδικών (Boolean) τιμών, δηλαδή, καταστάσεων ON ή OFF, Text Inds (Text Indicators), για την εμφάνιση κειμένων σε μορφή χαρακτήρων ASCII, όπως, π.χ., η εμφάνιση ενός κειμένου προειδοποίησης και Graph Indicators, για την εμφάνιση των αποτελεσμάτων σε μορφή γραφικών παραστάσεων Η Παλέττα Λειτουργιών (Functions Palette), Εικ. 2, περιέχει μια ποικιλία από αντικείμενα, τα οποία τοποθετούνται στο Δομικό Διάγραμμα και με τα οποία κάνουμε τον προγραμματισμό του VI. Έτσι, στην Παλέττα Λειτουργιών, μεταξύ άλλων, βρίσκουμε αντικείμενα για: Προγραμματισμό (Programming), όπως Δομές (Structures) βρόχων επανάληψης, κ.λ.π, Διανύσματα και Πίνακες τιμών (Arrays), Βασικές Αριθμητικές Πράξεις (Numeric), Λογικές Πράξεις (Boolean), Ακολουθίες χαρακτήρων ASCII (String), Συγκρίσεις (α) (β) Εικόνα 1 (α) Παλέττα Εργαλείων (Tools) και (β) Παλέττα Ελέγχου (Functions) του περιβάλλοντος προγραμματισμού LabVIEW (Πηγή: National Instruments) 4

(Comparison), Είσοδος/Έξοδος Αρχείων (File I/O), κ.λ.π., Είσοδο/Έξοδο Μετρήσεων (Measurement I/O), όπως σύνδεση με κάρτα λήψης δεδομένων, κ.λ.π., Σύνδεση με Όργανα (Instrument I/O), όπως οι εντολές για σειριακή (RS-232) επικοινωνία, επικοινωνία GPIB, κ.λ.π., Προχωρημένες Μαθηματικές Πράξεις (Mathematics), όπως ολοκληρώματα, παραγωγίσεις, πράξεις πιθανοτήτων και στατιστικής, κ.λ.π., Επεξεργασία Σήματος (Signal Processing), όπως παραγωγή σημάτων, φιλτράρισμα, ανάλυση Fourier, κ.α., Μεταφορά-Μετάδοση Δεδομένων (Data Communication), όπου, εκτός των άλλων, περιλαμβάνονται και οι πράξεις σύνδεση με τα πρωτόκολλα TCP, Bluetooth, IrDA, SMTP mail, κ.α., Εσαγωγή ενός VI (Select a VI ), που υπάρχει ήδη στη βιβλιοθήκη του LabVIEW, για να χρησιμοποιηθεί σαν υπορουτίνα (sub-vi) στο πρόγραμμα που φτιάχνουμε. Αξίζει να αναφερθεί, ότι η λίστα των κατηγοριών αντικειμένων που αναφέρουμε παραπάνω περιλαμβάνεται στο βασικό πακέτο του Lab VIEW. Η λίστα αυτή συμπληρώνεται με επιπλέον αντικείμενα όσο εγκαθιστούμε επιπλέον πακέτα (modules) του προγράμματος οι οποίες συνήθως χρεώνονται έξτρα. Ενα τέτοιο πακέτο, για παράδειγμα, είναι το πακέτο με τα αντικείμενα για λήψη και έλεγχο εικόνας και κίνησης (Vision and Motion), με τα οποία μπορούμε άμεσα να πάρουμε και να επεξεργαστουμε μια εικόνα και να κινήσουμε έναν βηματικό κινητήρα. Έαν άλλο πακέτο αφορά τα αντικείμενα για έλεγχο και προσομοίωση (Control Design and Simulation) που σχετίζονται με τη σχεδίαση και λειτουργία συστημάτων αυτομάτου ελέγου και την προσομοίωση τέτοιων συστημάτων. 5

Εικόνα 2 Παλέττα Λειτουργιών (Functions) του περιβάλλοντος προγραμματισμού LabVIEW. (Πηγή: National Instruments) 6

2. Δύο Παραδείγματα Εικονικών Οργάνων του LabVIEW Στη συνέχεια, θα δείξουμε δύο παραδείγματα Εικονικών Οργάνων του LabVIEW ενός με τίτλο Conversion Celsius to Fahrenheit.vi, το οποίο μετατρέπει τη θερμοκρασία Κελσίου σε θερμοκρασία Fahrenheit και ενός άλλου με τίτλο Liquid Level Height Measurement.vi, με το οποίο προσομοιώνουμε το ύψος της στάθμης μιας δεξαμενής υγρού. 2.1 Ένα Εικονικό Όργανο για τη Μετατροπή των Βαθμών Κελσίου σε Φαρενάϊτ Η Εικόνα 3 δείχνει την Εμπρόσθια Επιφάνεια του Conversion Celsius to Fahrenheit.vi και η η Εικόνα 4 δείχνει το Δομικό του Διάγραμμα. Εικόνα 3 Η Εμπρόσθια Επιφάνεια του Conversion Celsius to Fahrnheit.vi Στην εμπόσθια επιφάνεια ελέγχου του εικονικού οργάνου, ένα ψηφιακό κουμπί ελέγχου (control), με τίτλο Temperature (degree Celsius), επιτρέπει στον χρήστη να εισάγει την τιμή της θερμοκρασίας σε βαθμούς Κελσίου. Οι δείκτες (indicators) της εμπρόσθιας επιφάνειας είναι ένα θερμόμετρο και με τίτλο Thermometer (degree Celsius) και ένα δεύτερο θερμόμετρο με τίτλο Temperature (degree Fahrenheit). Το πρώτο θερμόμετρο δείχνει την τιμή εισόδου της θερμοκρασίας σε βαθμούς Κελσίου, ενώ το δεύτερο θερμόμετρο δείχνει τη μετατροπή της σε βαθμούς Φαρενάϊτ. Τα κουμπιά ελέγχου και οι δείκτες της εμπρόσθιας επιφάνειας εμφανίζονται σαν τερματικά στοιχεία στο δομικό διάγραμμα στην Εικ. 4. Το τερματικό στοιχείο εισόδου Temperature (degree Celsius) αντιστοιχεί στο κουμπί ελέγχου της εμπρόσθιας επιφάνειας με τον ίδιο τίτλο. Το τερματικο στοιχείο με τίτλο Thermometer (degree Celsius) αντιστοιχεί στον ομώνυμο δείκτη. Το αποτέλεσμα της μετατροπής εμφανίζεται στο τερματικό Temperature (degree Fahrenheit), το οποίο αντιστοιχεί στον δείκτη (θερμόμετρο) της εμπρόσθιας επιφάνειας με τον ίδιο τίτλο. 7

Εικόνα 4 Το Δομικό Διάγραμμα του Conversion Celsius to Fahrnheit.vi Αλλα στοιχεία του δομικού διαγράμματος είναι οι δύο αριθμητικές σταθερές (με τιμές 1.8 και 32), ο αριθμητικός πολλαπλασιασμός και η αριθμητική πρόσθεση. Αυτά τα στοιχεία συνδέονται με γραμμές που αναπαριστούν τη ροή των δεδομένων σύμφωνα με την παρακάτω εξίσωση της θερμοκρασιακής μετατροπής Temperature (degrees Fahreneit) = Temperature (degrees Celsius) 1.8 32 Για μια περισσότερο συμπαγή εικόνα του δομικού διαγράμματος, οι αριθμητικές πράξεις της μετατροπής μπορούν να περιληφθούν σε ένα subvi με τίτλο C F. Στην Εικόνα 5(α), φαίνεται το δομικό διάγραμμα του εικονικού οργάνου με το subvi C F. Το δομικό διάγραμμα του subvi C F παρουσιάζεται στην Εικ. 5(β). Η δημιουργία subvi βοηθά στην απλοποίηση της εμφάνισης του δομικού διαγράμματος και χρησιμοποιείται διότι διευκολύνει την αντικατάσταση προσομοιωμένων εισόδων σήματος από πραγματικές εισόδους σήματος από αισθητήρες και μετατροπείς. Το ζήτημα αυτό θα μελετήσουμε εκτενέστερα στo Μέρος ΙΙΙ όταν θα εξετάσουμε τη χρήση καρτών λήψης δεδομένων (DAQ). 8

(α) (β) Εικόνα 5 (α) Το Δομικό Διάγραμμα του εικονικού οργάνου Conversion Celsius to Fahrnheit.vi με το sub-vi C F και (β) το δομικό διάγραμμα του sub-vi C F. 9

1. Εικονικό όργανο για τη Μέτρηση της Στάθμης Δεξαμενής Υγρού Σχηματική απεικόνηση του συστήματος μέτρησης της στάθμης υγρού φαίνεται στην Εικ. 6. Το ύψος της επιφάνειας του υγρού μετράται από την κατακόρυφη θέση ενός πλωτήρα συνδεμένου σταθερά με την ψήκτρα ενός ποτενσιόμετρου. Ο πλωτήρας κινεί την ψήκτρα κατακόρυφα σαν αποτέλεσμα των μεταβολών της στάθμης του υγρού. Το ποτενσιόμετρο τροφοδοτείται με μια DC τάση V S = 10 V. y l V S = 10V V Εικόνα 6 Σχηματικό διάγραμμα του συστήματος μέτρησης της στάθμης υγρού. Η τάση εξόδου V του ποτενσιόμετρου μετράται χρησιμοποιώντας ένα όργανο με αντίσταση εισόδου πολύ μεγαλύτερη από την αντίσταση του ποτενσιόμετρου (π.χ., μια κάρτα DAQ ή ένα ψηφιακό βολτόμετρο), οπότε ισχύει η ακόλουθη γραμμική σχέση: όπου, y είναι η κατακόρυφη θέση της ψύκτρας και l είναι το συνολικό μήκος του ποτενσιμόμετρου. Το εικονικό όργανο για τη μέτρηση της στάθμης ενός υγρού με τίτλο Liquid Level Height Measurement.vi δείχνεται στην Εικ. 7(α). Τα δεδομένα μιας μέτρησης του ύψους y μιας τυχαία κινούμενης επιφάνειας πάνω από μια ελάχιστη στάθμη των 40 cm προσομοιώνονται με μια αριθμητική σταθερα με τιμή 40.0 συν μια γεννήτρια τυχαίων αριθμών στην κλίμακα 0-1 (Random Number 0-2), όπως φαίνονται στο Δομικό Διάγραμμα του εικονικού οργάνου μέτρησης Liquid Level Height Measurement.vi της Εικ. 7(β). Η μέση τιμή των τυχαίων αριθμών είναι 0.5 και, συνεπώς, η τιμή του μέσου ύψους της στάθμης προκύπτει 40.5 cm. Το κουμπί ελέγχου της εμπρόσθιας επιφάνειας είναι ένας διακόπτης On/Off (στη μορφή του γνωστού διακόπτη με ελατήριο, toggle switch) για να ξεκινά/σταματά ο χρήστης τη λειτουργία του εικονικού οργάνου. Ένα παράδειγμα των αποτελεσμάτων παρουσιάζεται στους δύο δείκτες, τη δεξαμενή [Height (cm)]και το γράφημα (Height vs Time) της εμπρόσθιας επιφάνειας της Εικ. 7(α). Η στάθμη της δεξαμενής Height (cm) και ο ψηφιακός δείκτης δίπλα του δείχνουν την τρέχουσα τιμή, ενώ το γράφημα Height vs Time απεικονίζει την κυματομορφή των τιμών του ύψους με το χρόνο. Η επαναλαμβανόμενη εκτέλεση του προγράμματος (για τη δημιουργία των τιμών του ύψους σαν συνάρτηση του χρόνου) επιτυγχάνεται με ένα βρόχο While Loop, ο οποίος εκτελείται συνεχώς όταν ο διακόπτης On/Off είναι On και σταματά όταν γίνει Off. Λόγω του χρονομέτρου Wait Until Nest ms Multiple, ο βρόχος εκτελείται κάθε 1 sec (1000 ms). 10

(α) (β) Εικόνα 7 (α) Εμπρόσθια Επιφάνεια και (β) Δομικό Διάγραμμα του εικονικού οργάνου Liquid Level Height Measurement.vi. 11

Το μέρος του εικονικού οργάνου της Εικ. 7(β), που αντιστοιχεί στην προσομοίωση (simulation) της εισόδου των δεδομένων από τις διαδοχικές μετρήσεις του ύψους, μπορεί να αντικατασταθεί από ένα sub-vi. Η Εικόνα 8 δείχνει (α) το Δομικό Διάγραμμα του εικονικού οργάνου Liquid Level Height Measurement with SubVI.vi και (β) το Δομικό Διάγραμμα του sub-vi Simulated Height Data.vi. (α) (β) Εικόνα 8 (α) Το Δομικό Διάγραμμα του Liquid Level Height Measurement with SubVI.vi και (β) το Δομικό Διάγραμμα του sub-vi Simulated Height Data.vi. 12

3. Παράδειγμα Κατασκευής Εικονικού Οργάνου στο LabVIEW Μια εκπαιδευτική σειρά για φοιτητές, με τίτλο Getting Started with NI LabVIEW Student Training, προσφέρει μια εισαγωγή στα βασικά του προγραμματισμού στο λογισμικό Lab VIEW μέσω τριών μεθόδων εκμάθησης: διδασκαλία, video και ασκήσεις http://zone.ni.com/devzone/cda/tut/p/id/7466 Αναλυτική παρουσίαση προγραμματισμού στο LabVIEW παρέχεται από τον οδηγό χρήσης του Lab VIEW ( Lab VIEW User Manual ) το οποίο βρίσκεται σε μορφή αρχείου pdf στη θέση http://www.ni.com/pdf/manuals/320999e.pdf. Επίσης, υπάρχουν διάφορα βιβλία γραμμένα για το LabVIEW 1, 2. Παρακάτω, θα παρουσιαστεί ένα παράδειγμα προγραμματισμού ενός εικονικού οργάνου για το σύστημα μέτρησης του ύψους της στάθμης ενός υγρού, που φαίνεται στην Εικ. 6. Αφού εκκινήσουμε το πρόγραμμα LabVIEW, εμφανίζεται του κουτί διαλόγου, που φαίνεται στην Εικ. 9. Πατώντας το Blank VI, εμφανίζεται μια κενή εμπρόσθια επιφάνεια. Επιλέγοντας File Save As από τη γραμμή εργαλείων, μπορούμε να δώσουμε το όνομα αρχείου, όπως, π.χ., Liquid Level A.vi και να το σώσουμε στον φάκελο της επιλογής μας. Εικόνα 9 Το κουτί διαλόγου του Lab VIEW (version 2009). 1 R. Jamal, H. Pichlik, Lab VIEW Applications and Solutions, Prentice Hall, 1999. 2 J. Essick, Advanced Lab VIEW Labs, Prentice Hall, 1999 13

Η εμπρόσθια επιφάνεια του Liquid Level Height Measurement.vi [Εικ. 7(α)] φτιάχνεται ως εξής: Το κουμπί ελέγχου On/Off λαμβάνεται από την παλέττα ελέγχου που εμφανίζεται κάνοντας δεξί κλικ πάνω στην εμπρόσθια επιφάνεια. Επιλέγοντας Controls Buttons Toggle Switch το μεταφέρουμε και τοποθετούμε στην εμπρόσθια επιφάνεια. Κάνοντας διπλό κλίκ πάνω στην επιγραφή του (Boolean), μπορούμε να του δώσουμε τίτλο γράφοντας On/Off (βλ., Liquid Level A.vi στην Εικ. 10.) Εικόνα 10 Liquid Level A.vi Οι δύο δείκτες, η δεξαμενη και το γράφημα, λαμβάνονται απο την παλέττα ελέγχου, επίσης, επιλέγοντας, αντίστοιχα και Controls Num Inds Tank Controls Graph Indica Chart όπως δείχνεται στις Εικόνες 11 (Liquid Level B.vi) και 12 (Liquid Level C.vi). Ακολουθώντας την ίδια διαδικασία, μπορούμε να τους δώσουμε τίτλους στους δύο δείκτες γράφοντας Ηeight (cm) και Ηeight vs Τime, αντίστοιχα. 14

Εικόνα 11 Liquid Level B.vi Εικόνα 12 Liquid Level C.vi 15

Για να συμπληρώσουμε το δομικό διάγραμμα του Liquid Level Height Measurement.vi, που φαίνεται στην Εικ. 7(β), πρέπει να προστεθούν τα στοιχεία για να παίρνουμε τα δεδομένα της προσομοιωμένης μέτρησης. Μετά τη σχεδίαση της εμπρόσθιας επιφάνειας, το αντίστοιχο δομικό διάγραμμα περιλαμβάνει ήδη τα τερματικά στοιχεία του κουμπιού On/Off και των δύο δεικτών Height (cm) και Height vs Time. Εμφανίζουμε το Δομικό Διάγραμμα είτε πατώντας Ctrl + E είτε πηγαίνοντας στην γραμμή του μενού στο επάνω μέρος και επιλέγοντας Windows Show Block Diagram. Η γεννήτρια τυχαίων αριθμών 0-1 από την παλέττα λειτουργιών (Functions) την οποία εμφανίζουμε κάνοντας δεξί κλικ στο δομικό διάγραμμα. Στην συνέχεια επιλέγουμε Functions Programming Numeric Random Number (0-1) όπως δείχνεται στην Εικόνα 13 για το Liquid Level D.vi Diagram : Εικόνα 13 Liquid Level D.vi Diagram Το στοιχείο Add επιλέγεται από την ίδια παλέττα Functions Programming Numeric Add. Ο σταθερή τιμή των 40 cm συμπληρώνεται ως ακολούθως: Functions Programming Numeric Numeric Constant. 16

Εικόνα 14 Liquid Level E.vi Diagram Αφου τοποθετηθεί η εικόνα στο δομικό διάγραμμα, μπορεί να γραφεί σε αυτή η σταθερή τιμή 40.0. Η Εικόνα 14 δείχνει το προκύπτον Liquid Level E.vi Diagram. Η σύνδεση πραγματοποιείται με το εργαλείο καλωδίωσης (connect wire) από την παλέττα εργαλείων (βλ, επιλεγμένο εργαλείο στην παλέττα Tools δεξιά): Tools Connect Wire. Η πραγματοποίηση της σύνδεσης με γραμμές (καλώδια) των αντικειμένων του δομικού διαγράμματος γίνεται τοποθετώντας το εργαλείο καλωδίωσης πάνω σε ένα στοιχείο, ώστε να εμφανιστεί ο ακροδέκτης στο στοιχείο, όπου θα αρχίσει το καλώδιο, σύροντας το εργαλείο μέχρι πάνω στο στοιχείο με το οποίο πρόκειται να συνδεθεί και τοποθετώντας το εργαλείο πάνω στον ακροδέκτη, όπου το καλώδιο καταλήγει. Το αποτέλεσμα της καλωδίωσης φαίνεται στο Liquid Level F.vi Diagram της Εικ. 15. Σ αυτήν την εικόνα, δείχνονται οι εξής συνδέσεις (καλωδιώσεις): από αριθμητική σταθερά (40.0) και γεννήτρια τυχαίων αριθμών 0-1 προς το στοιχείο Add και 17

από το στοιχείο Add προς τα δυο τερματικά, Height (cm) και Height vs Time. Εικόνα 15 Liquid Level F.vi Diagram O βρόχος επανάληψης While Loop προστίθεται, όπως δείχνεται στην Εικ. 16, από την παλέττα λειτουργιών (Functions), επιλέγοντας: Functions Programming Structures While Loop. Όλα τα προηγούμενα στοιχεία του δομικού διαγράμματος μπορούν να περιληφθούν στο εσωτερικό του βρόχου σύροντας μια γωνία του βρόχου. Το τερματικό στοιχείο On/Off συνδέεται με το τερματικό κατάστασης του βρόχου, όπως δείχνεται στην Εικ. 16. Με το βρόχο επιτυγχάνουμε επαναλαμβανόμενη παραγωγή δεδομένων μέτρησης όσο χρόνο ο κατακόρυφος διακόπτης On/Off στην εμπρόσθια επιφάνεια βρίσκεται στη θέση On. Η εκτέλεση αυτού του γραφικού προγράμματος LabVIEW αρχίζει να εκτελείται φέροντας τον διακόπτη On/Off στην θέση On και πατώντας το κουμπί Run εργαλείων. στη γραμμή 18

Εικόνα 16 Liquid Level G.vi Diagram Το τμήμα του δομικού διαγράμματος του Liquid Level G.vi (Εικ. 16), που αντιστοιχεί στην προσομοίωση των τιμών της μέτρησης μπορεί να αντικατασταθεί με ένα sub-vi όπως δείχνεται στην Εικ. 17. Η επιλογή των αντικειμένων του δομικού διαγράμματος, που θα συμπεριλάβουμε στο sub-vi πραγματοποιείται με το εργαλείο τοποθέτησης/διάστασης/επιλογής (Position/Size/Select) της παλέττας εργαλείων (βλ, επιλεγμένο εργαλείο στην παλέττα Tools δεξιά). Η δημιουργία του sub-vi επιτυγχάνεται ως εξής: με το εργαλείο Position/Size/Select επιλέγουμε τα στοιχεία του δομικού διαγράμματος που πρόκειται να περιληφθούν στο Sub VI, 19

από τη γραμμή μενού πάνω επιλέγουμε Edit Create SubVI, ανοίγουμε το sub-vi, που δημιουργείται, πιέζοντας δυο φορές πάνω στην εικόνα με τον προεπιλεγμένο τίτλο Untitled # (SubVI) κάνουμε δεξί κλικ στην εικόνα VI, και επιλέγουμε Edit Icon, πάνω δεξιά στην εμπρόσθια επιφάνεια του sub- στο παράθυρο Edit Icon, που ανοίγει, στην καρτέλλα Icon Text, πληκτρολογούμε Sim στην καρτέλλα Layers, στην επιλογή User Layers, κάνουμε κλικ δεξιά στο VI Icon ώστε να γίνει αόρατο 3. Εικόνα 17 Liquid Level H.vi Diagram Για να ελέγξουμε το ρυθμό των επαναλήψεων του While Loop, εισάγουμε ένα χρονόμετρο από την παλέττα λειτουργιών Functions Programming Timing Wait Until Next ms Multiple στην είδοδο του οποίου συνδέουμε τον σταθερό αριθμό 1000, έτσι ώστε να ο βρόχος να εκτελείται μια φορά κάθε 1000 ms = 1 s (βλ., Liquid Level I.vi Diagram, Εικ. 18) 3 Το παράθυρο Edit Icon (ιδιαίτερα από την έκδοση Lab VIEW 2009 και μετά) περιλαμβάνει πληθώρα επιλογών σχεδίασης με τις οποίες ουσιαστικά μπορούμε να δώσουμε οποιαδήποτε μορφή στο εικονίδιο του sub-vi, που έχουμε δημιουργήσει. 20

Εικόνα 18 Liquid Level Ι.vi Diagram Επιπλέον βελτίωση του εικονικού οργάνου μπορεί να επιτευχθεί με την προσθήκη ενός δείκτη κινδύνου, ο οποίος θα προειδοποιεί για την υπέρβαση ενός ανώτατου επιτρεπόμενου ορίου του ύψους της στάθμης του υγρού. Στη συγκεκριμένη περίπτωση, το επιλεγμένο αυτό όριο είναι 40.99 cm. Η Εικόνα 19 δείχνει την εμπρόσθια επιφάνεια (α) και το δομικό διάγραμμα (β) του Liquid Level J.vi, το οποίο περιλαμβάνει ένα δείκτη κινδύνου. 21

(α) (β) Εικόνα 19 (α) Εμπρόσθια Επιφάνεια και (β) Δομικό Διάγραμμα του Liquid Level J.vi με ενσωματωμένο δείκτη κινδύνου (Danger) 22

Η προσθήκη του δείκτη κινδύνου στην εμπρόσθια επιφάνεια αυτού του εικονικού οργάνου γίνονται από την Παλέττα Ελέγχου Στο δείκτη δίνουμε τον τίτλο Danger. Controls LEDs Round LED. Ενα τερματικό στοιχείο TF (True/False) θα εμφανιστεί στο δομικό διάγραμμα. Εισάγουμε το στοιχείο σύγκρισης Greater? από την Παλέττα Λειτουργιών επιλέγοντας Functions Programming Comparison Greater? Εισάγουμε, επίσης μια αριθμητική σταθερά Functions Programming Numeric Numeric Constant μέσα στην οποία γράφουμε την οριακή τιμή 40.99, την ανώτερη επιτρεπόμενη τιμή: Τέλος, με το εργαλείο καλωδίωσης Tools Connect Wire. συνδέουμε τα νέα στοιχεία, του δείκτη κινδύνου TF συμπεριλαμβανομένου, όπως δείχνεται στην Εικ. 19 (β). Το στρογγυλο LED κινδύνου θα ενεργοποιείται κάθε φορά που το ύψος Height (cm) θα παίρνει μια τιμή μεγαλύτερη από 40.99 cm. Οι τυχαίες τιμές του ύψους ως προς τον χρόνο, οι οποίες αποτυπώνονται στην κυματομορφή του γραφήματος, μπορούν, επίσης, να χρησιμοποιηθούν για να υπολογίσουμε μια μέση τιμή για το χρονικό διάστημα που διαρκεί η προσομοίωση. Αυτό μπορεί να γίνει επιλέγοντας: Function Mathematics Probability and Statistics Mean.vi. Τοποθετούμε το Mean.vi στο δομικό διάγραμμα εκτός του βρόχου, όπως δείχνεται στην Εικ. 20(β): Τοποθετούμε τον αριθμητικό δείκτη Controls Num Inds Numeric Indicator. στην εμπρόσθια επιφάνεια, όπως στην Εικ. 20(α) και του δίνουμε τον τίτλο Mean Height. Στο δομικό διάγραμμα, τοποθετούμε το αντίστοιχο τερματικό Mean Height εκτός του βρόχου και, χρησιμοποιώντας το εργαλείο καλωδίωσης συνδέουμε με γραμμές τα νέα στοιχεία, όπως φαίνεται στην Εικ. 20(β). Προκειμένου να επιτρέψουμε στη συλλογή των δεδομένων να περάσει στο Mean.vi, μετά τον τερματισμό της λειτουργίας του βρόχου, η γραμμή από τη δεξιά πλευρά του βρόχου προς το Mean.vi, που έχει το σημάδι της διακοπής, πρέπει να αντικατασταθεί με συνεχή πορτοκαλιά γραμμή ως ακολούθως: Κάνουμε δεξί κλιμ πάνω στο τούνελ, που βγαίνει από τη δεξία πλευρά του βρόχου και από το μενού που εμφανίζεται, επιλέγουμε Enable Indexing. Η τελική μορφή του εικονικού οργάνου, στο οποίο δίνουμε το όνομα Liquid Level Measurement.vi, δίνεται στην Εικ. 20(β). Η εκτέλεσή του ξεκινά πατώντας το κουμπί Run στην γραμμή εργαλείων. Τα αποτελέσματα φαίνονται στους δείκτες της Εικ. 20(α). 23

(α) (β) Εικόνα 20 (α) Εμπρόσθια Επιφάνεια και (β) Δομικό Διάγραμμα του Liquid Level Measurement.vi με δείκτη μέσης τιμής στάθμης (Mean Height) 24

Μια Χρήσιμη Πληροφορία Για τις περισσότερες εφαρμογές LabVIEW, ιδιαίτερα όταν είναι κανείς νέος στο LabVIEW, είναι πολύ βολικό και χρήσιμο να ξεκινήσει από ένα έτοιμο παράδειγμα από τη λίστα των παραδειγμάτων (examples) και να τροποποιήσει τον κώδικά του ώστε να το προσαρμόζει στις δικές του ανάγκες. Οδηγίες, για τη λίστα των έτοιμων παραδειγμάτων, βλ.: http://www.ni.com/gettingstarted/labviewbasics/examples.htm#ni.com/code 25