Virtuelle Instrumentierung II

2 Semester MMIP- SS 20092.Semester MMIP SS 2009Erläuterung der Lehrveranstaltung

Was erwartet mich?

Instrumentierung im Wandel der Zeitg

Embedded PCs, Echtzeit, modularemodulare Instrumentierung (VXI, PXI)

Die Software wird zum Messinstrument

GPIB

Herkömmliche Instrumentierung

Virtuelle Instrumente im gesamten gDesign- und Produktionsprozess

Virtuelle Instrumentierungg

Modulbeschreibungg

Was erwartet Sie?Moderne TechnikVielfältige AufgabenEine ziemlicheEine ziemliche „Breite“ …

Was erwarte ich?Was erwarte ich?SelbständigkeitK ti itätKreativitätZuverlässigkeit

Modulbeschreibung (2)g ( )

Statt einer einzigen großen Prüfung gibt es viele kleine …

Praktikum (Eindruck und (Protokolle)Belegthema e egt e a(Zwischen- und Abschlussvorträge)g )

Voraussetzungeng

Informatik (I )IVInformatik (I-)IVhttp://www.inw.hs-merseburg.de/~uheuert/index-Dateien/Page5311.html

M t h ikMesstechnikOder: Virtuelle Instrumentierung I

http://www.inw.hs-merseburg.de/~uheuert/index-p gDateien/Page1322.html (MIP5P:P5PIM)

(Steuerungs- und Regelungstechnik)

ein Blick lohnt sich: MessplatzautomatisierungDiplomstudiengang PHT, 7.Semester

// / /http://www.inw.hs-merseburg.de/~uheuert/index-Dateien/Page1389.html

Wie läuft die Veranstaltung?g

Kein Frontal nterricht!Kein Frontalunterricht!V-Termin (Montag) wird im Wesentlichen für Belegthemen genutztBelegthemen genutzt

Die Show machen die Studenten.P-Termine (Donnerstag):

Grundkurse für Agilent VEE, National Instruments LabVIEW, Instrumentierung mittels .NETPraktika gemäß Aufgabenstellunga a ge äß u gabe s e u gKonsultationen / Selbständiges ArbeitenDie Show mache im Wesentlichen ich.

B T iB-Termine:In Eigenregie und nach Vereinbarung mit den Betreuern.

ZeitplanpTermin Inhalt

06 04 2009 Einführungsveranstaltung06.04.2009 Einführungsveranstaltung

09.04.2009 Praktikum – Programmieren mit VEE

13.04.2009 Entfällt (Ostermontag)

16 04 2009 Entfällt (Nachwuchswissenschaftlerkonferenz)16.04.2009 Entfällt (Nachwuchswissenschaftlerkonferenz)

20.04.2009 Vorstellung und Verteilung der Projektthemen

23.04.2009 Praktikum – Messen mit VEE

27 04 2009 Konsultationen / Selbständiges Arbeiten27.04.2009 Konsultationen / Selbständiges Arbeiten

30.04.2009 Praktikum – Programmieren mit LabVIEW

04.05.2009 1. Projektmeeting – Vorstellung & Diskussion der Lösungswege (1)

07 05 2009 Konsultationen / Selbständiges Arbeiten07.05.2009 Konsultationen / Selbständiges Arbeiten

11.05.2009 1. Projektmeeting – Vorstellung & Diskussion der Lösungswege (2)

14.05.2009 Praktikum – Messen mit LabVIEW

18 05 2009 1 P j kt ti V t ll & Di k i d Lö (3)18.05.2009 1. Projektmeeting – Vorstellung & Diskussion der Lösungswege (3)

21.05.2009 Entfällt (Christi Himmelfahrt)

Weitere Termine zum selbständigen Arbeiten im Labor nach Absprache möglich !!!Weitere Termine zum selbständigen Arbeiten im Labor nach Absprache möglich !!!

Zeitplan (2)p ( )Termin Inhalt

25 05 2009 2 Projektmeeting Design und Implementierung (1)25.05.2009 2. Projektmeeting – Design und Implementierung (1)

28.05.2009 Praktikum – Messen unter .NET

01.06.2009 Entfällt (Pfingstmontag)

04 06 2009 Konsultationen / Selbständiges Arbeiten04.06.2009 Konsultationen / Selbständiges Arbeiten

08.06.2009 2. Projektmeeting – Design und Implementierung (2)

11.06.2009 Konsultationen / Selbständiges Arbeiten

15 06 2009 2 Projektmeeting Design und Implementierung (3)15.06.2009 2. Projektmeeting – Design und Implementierung (3)

18.06.2009 Praktikum – Versuche gemäß Aufgabenstellung

22.06.2009 Verteidigung der Arbeiten (1)

25 06 2009 Praktikum Versuche gemäß Aufgabenstellung25.06.2009 Praktikum – Versuche gemäß Aufgabenstellung

29.06.2009 Verteidigung der Arbeiten (2)

02.07.2009 Praktikum – Versuche gemäß Aufgabenstellung

06 07 2009 V t idi d A b it (3)06.07.2009 Verteidigung der Arbeiten (3)

09.07.2009 Reserve

Weitere Termine zum selbständigen Arbeiten im Labor nach Absprache möglich !!!Weitere Termine zum selbständigen Arbeiten im Labor nach Absprache möglich !!!

Praktika

Einführ ngs eranstalt ngenEinführungsveranstaltungenAgilent VEE (2x)National Instruments LabVIEW (2x)at o a st u e ts ab ( )Instrumentierung unter .NET (1x)

PraktikumsversucheSelbständig in kleinen Gruppen (voraussichtlich Zweiergruppen)Instrumentierung einfacher Messaufgabeng gNatürlich bearbeiten die „P“s Aufgaben, die sie noch nicht bearbeitet haben (in LV „Virtuelle Instrumentierung I“).

BenotungBenotungJa1/3 der Gesamtnote (Eindruck und Protokolle)

Belegeg

B b itBearbeitungAllein oder in Zweierteams

lb tä diselbständigVorträge

di St d t h lt j il 3 k V t ädie Studenten halten jeweils 3 kurze VorträgeThemenvorstellung, Lösungsansätze, Planung (10-15min)Design Implementierung Test (10-15min)Design, Implementierung, Test (10 15min)Abschluss, Übergabe (15-20min)

BenotunggJa2/3 der Gesamtnote

Labore & TechnikLabor „Virtuelle Instrumentierung“ plus Elektronikwerkstatt

Moderne Messtechnik (computergestützt bzw. mit üblichen Schnittstellen wie USB, LAN, IEEE488)Hochwertige Messtechnik (u.a. Oszilloskope, Signalgenerator, Logic-Analyzer, Network Analyzer, Spectrum Analyzer, Power Meter, LCR Meter)3x VXI MainframesPXICompactRIO (Programmable Automation Controller)CompactRIO (Programmable Automation Controller)30x programmierbare IEEE488 Geräte (Multimeter, Funktionsgeneratoren, Spannungsversorgungen, Frequenzzähler, Oszilloskope, etc.)Messkarten (PCI und USB), High-Speed DigitizerFPGA Messkarten (RIO) und Entwicklungsboard (Xilinx)Diverse Mikrocontrollersysteme als Entwicklungsboards (AVR32, C-Control, NI Elvis, …)

xyz-Tisch der Fa Iselxyz-Tisch der Fa. IselModerne PC-Technik; 15 ArbeitsplätzeDepartment Lizenzen für Software von Agilent Technologies und National InstrumentsDas Labor wurde von der Firma Agilent Technologies als „Agilent Referenzlabor“ ausgezeichnet.

Labor „NMR Bildgebung“ (MRT)NMR SpektrometerNMR Spektrometer

Spektrometerkonsole Tecmag Apollo4.7T Kryomagnet (narrowbore)3x 3kW Gradientenverstärker1kW HF LeistungMehrere Probenköpfe (teils Eigenbau)

Labor „Rechnernetze“Nicht relevant für LV „Virtuelle Instrumentierung II“

Belege - RückblickgLehrveranstaltung „Messplatzautomatisierung“, 7.Semester Diplomstudiengang Physikalische Technik und I f ti b itInformationsverarbeitung

02PHTK l f R llb h “„Kugel auf Rollbahn“

„Balancierender Stab 1D“„Bobby Car“„NMR Gradientensystem“„NMR Gradientensystem

03PHT„CompactRIO“„FPGA“„PXI“„NMR Gradientensteuerung“

04PHTc‘t Lab (Modulares Messsystem im Eigenbau)c‘t Lab (Modulares Messsystem im Eigenbau)Ultraschallfeld (Schnelle Datenerfassung)Rührer-Versuchsstand (Bilderkennung/-auswertung)NMR Konsole mit FPGA (Messen und Steuern mit harter Echtzeit)o so e t G ( esse u d Steue t a te c t e t)

„Kugel auf Rollbahn“„ g

Aufgabenstellung:K t i d I l ti Si i S t l h lb tä diKonstruieren und Implementieren Sie ein System, welches selbständig die Lage einer Kugel auf einer Rollbahn nach Positionsvorgaben regelt.

„Balancierender Stab 1D“„

A f b t llAufgabenstellung:Konstruieren und Implementieren Sie ein System, welches selbständig einen frei beweglichen Stab (1D) balanciertbeweglichen Stab (1D) balanciert.

„Bobby Car“„ y

Video:VEE TV „Special Report“

„Bobby Car“„ yAufgabenstellung:Konstruieren und Implementieren Sie ein autonomes System bei Verwendung moderner IT-Systeme.

GPS

Bilderkennungg

Antrieb

Lenkung

Geo-Informationssystem

„NMR Gradientensystem“„ y

Aufgabenstellung:Konstruieren und Implementieren Sie einen Messplatz zur 3DKonstruieren und Implementieren Sie einen Messplatz zur 3D Vermessung und Visualisierung von Magnetfeldern, wie sie von NMR Gradientensystemen bzw. NMR Shimsystemen erzeugt werden.

Real-TimeMessen, Steuern und Regeln

CompactRIOp

PAC“ Programmable Automation Controller„PAC … Programmable Automation Controllerthe successor of SPS !FPGA plus Real-Time Controller mit „PC“-Schnittstellen (LAN, RS232 )RS232, …)Konkret:

8-Channel 12-Bit AI (500kS/s)4-Channel 16-Bit Simultaneos Sampling AI (100kS/s)4-Channel 16-Bit AO (100kS/s)8-Channel TTL I/O2-Port CAN

PXI

Konkret:Real-Time PXI Controller (dual boot)( )Multifunction DAQFunction GeneratorFunction GeneratorMultimeterMultiplexerMultiplexerScopeVi i (A l C M d l )Vision (Analog Camera Module)

c‘t Lab

Projekt: Bausteine zum Messen, Steuern und Regeln mit dem PC „Mess- und Steuerelektronik zum Anschluss an den PC ist entweder horrend teuer oder von begrenztem Gebrauchswert. Wer mehr verlangt als eine Relaiskarte zum Anschluss an den Druckerport, lässt g pfür industrielle Lösungen schnell einige Monatsgehälter beim Händler. Für unsere leistungsfähigen Mess- und Steuerungsmodule zum Selbstbau lohnt es durchaus, den Lötkolben noch einmal anzuheizen.“

c‘t Lab - Artikel

't 10/07 S 124 B t i M St d R lc't 10/07, S. 124, Bausteine zum Messen, Steuern und Regeln mit dem PCc't 10/07, S. 130, PC-Interface und Stromversorgungc't 11/07, S. 212, A/D-, D/A- und Port-Motherboard ADA-IOc't 12/07, S. 194, Schaltstufen für die I/O-Portsc't 13/07 S 202 A/D nd D/A Wandler für Port Mod l ADA IOc't 13/07, S. 202, A/D- und D/A-Wandler für Port-Modul ADA-IOc't 15/07, S. 188, DDS-Funktionsgenerator-Modulc't 16/07, S. 176, Bedienpanel und Stromversorgung, , p g gc't 18/07, S. 186, Grafische Programmierumgebung LabVIEW richtig einsetzenc't 19/07 S 212 Programmierbares Netzteil Modul DCGc t 19/07, S. 212, Programmierbares Netzteil-Modul DCGc't 20/07, S. 196, Leistungsstufe für das Labornetzteil-Modul

Ultraschallfeld

Physikalische Aufgabenstellung von Prof. Rosenfeld3D Vermessung eines Ultraschallfeldes

Rührer

Ziel:Ziel:Ziel des Versuches ist die Ermittlung des Mischungsverhaltens einer Flüssigkeit in Abhängigkeit vom Rührer und der Drehzahl.

Problem:ü (ä Ö ) üEine schwer mischbare Flüssigkeit (ähnlich Öl und Wasser) soll durch Rühren

homogenisiert werden.Dies soll mit einer Webcam aufgenommen werden und das Bild ausgewertet werden. Bei gleichmäßiger Verteilung der Grauwerte (oder Farbwerte) ist der Versuch zu beendenbeenden.Problem: Hierbei habe ich (Ramhold) mit Mathcad (*.bmp) experimentiert und gute Erfolge gehabt. Eine Steuerung aus Mathcad war mir jedoch nicht möglich.

Aufgabe:Das Misch ngs erhalten soll mittels Video anal siert erden Die Anal se soll überDas Mischungsverhalten soll mittels Video analysiert werden. Die Analyse soll über Auslesen der Graustufen im Video erfolgen. Dies ist möglich, da die Farbunterschiede im Behälter Konzentrationsunterschieden entsprechen.Zu hohe Drehzahl des Rührers muss begrenzt werden können. Der Versuch soll Videogestützt beendet werden Abbruchkriterium und schwelle istDer Versuch soll Videogestützt beendet werden. Abbruchkriterium und –schwelle ist skalierbar zu gestalten (Zeit, Anzahl der Mittelwerte, Änderung der Graustufen …).

Aktuelle Projektej

Teams

P j ktl itProjektleiterN.N.

TeamkoordinatorArchitekt

Aufgaben und ZeitplanungReport

ModultestsSystemtests

IngenieurN N

ProgrammiererN NN.N.

Mechanik, Elektrotechnik…

N.N.Messen, Steuern, Regeln

…

Teambildungg

Erfolgt bei Beachtung der für das Projekt notwendigen Skills!Meldung von Wünschen bis 19.04.2009 möglich (email oder persönlich nachmöglich (email oder persönlich nach Vereinbarung).Am 20 04 2009 erfolgt die erbindlicheAm 20.04.2009 erfolgt die verbindliche Einteilung der Teams.

1. Projektmeeting - Lösungswegej g g g

Jedes Projektteam stellt in einer kurzen Präsentation (10-15min) mögliche Lösungswege

d Alt ti i P j ktund Alternativen zu seinem Projekt vor.Dabei ist im Vorfeld die Verfügbarkeit und A db k it i ti d T h ik kläAnwendbarkeit existierender Technik zu klären.Falls spezielle Technik angeschafft bzw. hergestellt

d i d di t t h d K t dwerden muss, sind die entstehenden Kosten und Aufwände zu klären.Ei b Z i l i i Ri ik lEine grobe Zeitplanung sowie eine Risikoanalyse sind zu erstellen.

Projektmeeting – Design und j g gImplementierung

Jedes Projektteam stellt in einer kurzen Präsentation (10-15min) die gewählte Designentscheidung zu seinem Projekt vor.Technologien und Produkte werden vorgestellt.g gProgrammablaufpläne und Schnittstellen werden erläutert.erläutert.Probleme und Lösungswege werden erläutert.Die Zeitplanung und die Risikoanalyse werdenDie Zeitplanung und die Risikoanalyse werden angepasst.

Verteidigungg g

Jedes Projektteam stellt in einer Präsentation (15-20min) sein Projekt vor.