ENDÜSTRİ DE SANAL ENSTRÜMANTASYON UYGULAMASI VE VERİ TOPLAMA

Transkript

1 ENDÜSTRİ DE SANAL ENSTRÜMANTASYON UYGULAMASI VE VERİ TOPLAMA Hüseyin GÜRÜLER Osman N.YİĞİTBAŞI A. İSTANBULLU Okan K. ERSOY* Muğla Üniv. Teknik Eğitim Fakültesi, Elektronik ve Bilg. Eğt. Böl. MUĞLA *Purdue University, School of Electrical and Computer Engineering, USA {hguruler, iayhan, mu.edu.tr Özet Laboratuar kurulumu zor ve pahalı bir süreçtir. Cihazların farklılık göstermesi, Modellerin güncelliğini yitirmesi, ölçme düzeneklerinin kurulumu büyük zaman ve emek istemektedir. Bir ölçüm düzeneğini gerçekleştirmek için hazırlanan düzenek bazen başka bir ölçme için kullanılamamaktadır. Bu çalışmada sanal enstrümantasyonun yararlarına değinilmiş, bileşenleri ile kullanılacak yazılım ve donanım bileşenleri karşılaştırmalı olarak sunulmuştur.. Anahtar Kelimeler: Sanal Enstrümantasyon, Labview, VEE, DAQ Kart. 1. Giriş Enstrümantasyon alanındaki son gelişmeler enstruman tasarım ve yapısını değiştirdi. Çünkü bu esnada yazılım birçok kez aktif enstrumanın yerini aldı. Bu aşamada her bir iş için ayrı bir enstruman atanması yerine çok fonksiyonlu bir veri toplama kartı (DAQ- Data Aquasition Card) ve uygun bir yazılım ile donanmış bir PC kullanılarak çok değişik ölçmeleri kontrol edebilecek ve veri alımını sağlayacak esnek bir yapıya sahip olabilmektedir [1]. Bu konudaki en yeni gelişmeler PC tabanlı sanal enstrümantasyon laboratuarlarının yaygın olarak kullanımını içermektedir. Sanal Enstrümantasyon; tek göreve atanmış cihazın işlevini genellikle PC ile birlikte kullanılan donanım ve yazılım kombinasyonunun gerçekleştirmesidir. Örnek olarak bir osilaskopun işlevini kişisel bilgisayara takılmış Data Acquisition Card (DAQ) ile birlikte bilgisayarda çalıştırılan yazılımın yapabilmesidir [2]. 2. Materyal ve Yöntem National Instruments firmasının LabVIEW [3], Agilent firmasının VEE, Mathworks firmasının MATLAB ve C/C++ programları ile endüstrideki enstrümantasyon çözümleri incelemeye alındı. Keitley Instruments firmasının KPCI 3102 modeli DAQ kartı kullanıldı.

2 Şekil 1. PC destekli ölçüm sistemi genel diyagramı (National Instuments den) Enstrümantasyona yönelik birçok programlama sistemleri günümüzde bulunmaktadır. Bunlar arasında endüstride standart olabilmeyi başarmış olanları inceleyip aralarında programcıya sundukları performans ve programlamada kullandıkları stratejiler bazında karşılaştırmalarda bulunulmaya çalışıldı. Şekil 1 de PC destekli ölçüm sistemleri genel olarak belirtilmiştir. Bunlardan bazıları Yalnızca yazılım aracılığı ile simülasyon. Veriler klavyeden girilir veya program tarafından üretilir. Dışarıdan veri toplama kartı ile gerçek zamanlı kayıt (şekil 2). Burada kullanılabilecek olan yazılımlara aşağıda ayrıntılarla değinilecektir. GPIB portundan PC ye veri aktarımı. Bu methotta IEEE 488 veri yolunu kullanan ölçüm cihazından iletişim modülü eklenerek, PC ye veri aktarımı yapılabilir..

3 2.1. Enstrümantasyonda Kullanılabilen Yazılımlar LabVIEW ve VEE programları üçüncü jenerasyon programlama olarak da adlandırılan grafik tabanlı programlama ile endüstrinin ihtiyaçlarına cevap vermek hedeflenmektedir. Neredeyse endüstrinin tüm alanlarına çözümler üreten MATLAB ve C/C++ programlarında ise gerek bu yazılımlar ile uyumlu bir şekilde çalışabilme ve destek rolü üslenme, gerekse de sanal ölçüm donanımlarını yönetebilen programlar oluşturabilmektedir. Özellikle C programlama dilleri ile diğer programların ihtiyaç duyduğu spesifik ihtiyaçlara çözüm bulunabilmektedir (Şekil 2). Ancak tüm program aşamalarının ve kullanıcı arabiriminin oluşturulması C programlamada oldukça fazla bir zaman alabilmekte ve bu programı kullanmak profesyonellik gerektirebilmektedir. C programlama dillerinin esnek yapısı ve 32 bit teknolojisi ile programlamada verdiği hızlı çalışma özelliliğinden dolayı vazgeçilememekte ancak kullanımda harcanan sürenin fazla olması ve gerektirdiği profesyonel düzeyde eğitim endüstride programcıları diğer üçüncü parti yani daha yüksek seviyeli grafiksel programlama dillerine sevk etmektedir. Şekil 2. VEE de Visual C++ ölçüm analiz ortamı VEE programlama ve kullanıcı arayüzü oluştrurken MATLAB ın gelişmiş matematiksel analiz, gösterim ve sinyal işleme kapasitesinden faydalanılabilmektedir (Şekil 3).

4 Şekil 3. MATLAB Script ve Signal Processing Toolkit in Agilent VEE 6.1 de kullanımı [4] 2.2. Sanal Enstrümantasyonda Kullanılan Programların Karşılaştırılması VEE ve LabVIEW ikisi de grafiksel programlama kapasitesi verse de uygulamalarda kullandıkları stratejiler oldukça farklılık göstermektedir. LabVIEW kod satırı tabanlı yazılım programlarında kullanılan komutların yerine simgeleri (icon) kullanır. Bu nedenle bu yazılımlara göre görsel yönlü bir strateji gösterir. Düşük seviyeli programlama dillerini öğrenmek zordur ve çok büyük bir çapta küçük cismi hatırda tutmak ve hatalardan arındırmak zor olmaktadır. Bu programlama stratejisi çok sayıda kod satırı veya simge kullanımı gerektirdiğinden programlamayı yavaşlatmaktadır. VEE de ise ölçüm uygulama programlarında geniş çapta benzerlik gösteren programlama blokları ve nesneleri kullanıldığından yola çıkılarak bu nesneleri programcıya oluşturtmak yerine kullanım kolaylığı olması açısından yüksek seviyeli grafiksel nesneler sağlamaktadır. Bu nedenle C++ ile kod satırında, LabVIEW ile

5 20-30 simge ile oluşturulabilen işlem VEE ile yalnızca 2-3 nesne ile meydana getirilebilmektedir. Amerikan Araştırma Enstitüsü (The American Institutes for Research) tarafından VEE 4.0, LabVIEW 4.0 ve Microsoft Visual C++ programlarının kullanımı ortak ölçme görevleri oluşturmakta karşılaştırıldı. Bu test sonunda MS C++ ve LabVIEW kullananlara nazaran daha fazla VEE kullanan katılımcı görevlerini tamamladı. Tamamlama süreleri açısından da büyük ölçüde fark gözlenmiştir. VEE ile programlama ölçmedeki hız ile üretim avantajlarını kullanıcıya sunduğu bu araştırma ile belirmiştir. VEE ile daha az yüksek seviyeli nesneler ile uygulamaları oluşturmak, LabVIEW uygulamalarına nazaran daha kolay olduğu aşağıda daha açık görünmektedir Şekil 4. Karşılaştırma yapılan ölçümün a) LabVIEW diyagramı b)vee de çizilen diyagram. Şekil 4 de LabVIEW programı ile ulaşılmak istenen hedefi sadece bir VEE nesnesi gerçekleştirmeye yetecek kapasitededir. Şekil 5 te VEE nin CBAinScan nesnesi tamamen entegre olmuş çalıştırılmaya hazır fonksiyon nesnesinin LabVIEW eşdeğeri 20 simge ve nesne birleşimi olmaktadır. Düşük seviyeli simgeler ile uygulamalar daha fazla zaman harcamakta, öğrenme süresini geciktirmekte ve hata oluşma ihtimalini artırmaktadır

6 Şekil 5. a) HP VEE deki CBAinScan nesnesi b) LabVIEW eşdeğer diyagramı gösterimi 3. Donanım Bileşenleri National Instruments ve Agilent firmaları endüstriye yönelik programlama ile birlikte bu programlar uyumlu donanım parça ve cihazlarını da sunmaktadır. Örneğin her birinin kendine has ürettiği veri toplama kartı vardır. Tüm bu benzeri programlama dilleri ile çalışabilen üreticiden bağımsız esnekliğe sahip donanım çözümleri de mevcut olup, programlar arasında gerekli eşgüdümü sağlamak noktasından endüstrinin sektörde tek bir firma ile çalışma zorunluluğunu kaldırarak kolaylık sunmaktadır. Örneğin United Electronic Industries firmasının üretmiş olduğu veri toplama kartı olan PowerDAQ yukarıda söz edilen konuya iyi bir örnektir. İşletim sistemleri ve grafik tabanlı veya kod satırı tabanlı programların hemen hemen tümü ile uyumlu bir şekilde çalıştığı firma tarafından belirtilmektedir [5]. Bu çalışmanın sonraki aşamalarında veri toplama kartı olarak da Keitley Instruments firmasının KPCI 3102 modeli kullanılacaktır. Bu kartın özellikleri 8 farksal giriş / 16 tek sonlandırmalı giriş 2 analog çıkış, 4 sayıcı / zamanlayıcı, 12 bit çözünürlük, 32-bit DLL özelliklidir. 4. Sonuç Bu çalışmada enstrümantasyona esneklik getirecek, fiyat etkili, performansı yüksek ölçümler için sistem önerilmiştir. Hem gerçek zamanlı hem de benzetim ortamları ile sonuçlar karşılaştırılabilir. Literatüre dayalı olarak endüstri ve laboratuarlarda kullanılan yazılımların karşılaştırılmıştır. Kullanıcıya sundukları imkanlar ve avantajları üzerinde durulmuştur. Çalışmanın ileriki aşamalarında gerçek zamanlı kayıtla ölçümler karşılaştırılacaktır. Bu çalışmada bahsi geçen yazılımlarla ilgili web sayfalarından demo sürümleri elde edilebilir.

7 Teşekkür Bu çalışma Muğla Üniversitesi, Araştırma Koordinatörlüğü tarafından desteklenmektedir. Kaynaklar. 1- Stegavski,A and Schumann,R, 1998, A new Virtual-Instrumentation-Based Experimenting Environment for Undergraduate Laboratories with application in Research and Manufacturing IEEE Tr. On Instrumentation and Measurement, Vol.47, n.6, December Her Yönüyle Enstrümantasyon ve Ölçme (Labview), C.Gerçek, G.Dinçer, A.Bodur, ERA Bilgi Sistemleri Yayıncılık, LabVIEW for everyone, Jeffrey TRAVIS, Prentice Hall, ilt_in_matlab.shtml 5-