Was ist LabVIEW und wie erstellt man grundlegende elektrische Projekte in LabVIEW?

Einführung in LabVIEW und grundlegende elektrische Projekte auf Basis von LabVIEW

Als bewährtes, nützliches Werkzeug für das Prototyping bietet die grafische Entwicklungsplattform LabVIEW zahlreiche Lösungen für eine Vielzahl von Anwendungen wie Instrumentensteuerung, eingebettete Überwachungs- und Steuerungssysteme, Datenerfassung und Verarbeitung, automatisierte Test- und Validierungssysteme usw.

LabVIEW enthält Hunderte vorgefertigte Bibliotheken, die dabei helfen, flexible und skalierbare Systeme zu erstellen, von funktionalen eingebetteten Systemen bis hin zu Hochleistungs-Test- und Messsystemen.

Was ist LabVIEW?

LabVIEW steht für L Versuch V irtuelles Ich Instrument E Technik W orkbench und wird von National Instruments entwickelt. Es ist ein leistungsstarkes Programmierwerkzeug, das Softwarelösungen für wissenschaftliche und technische Systeme bereitstellt. LabVIEW ist eine grafische Programmiersprache, in der der Datenfluss die Programmausführung bestimmt, im Gegensatz zu einer textbasierten Programmiersprache, in der Anweisungen (Textzeilen) die Programmausführung bestimmen.

LabVIEW ermöglicht die Erstellung einer Benutzerschnittstelle, die als Frontpanel bekannt ist, unter Verwendung einer Reihe von Werkzeugen und Objekten. Und ermöglicht es dem Benutzer dann, Code zum Blockdiagramm hinzuzufügen, indem er die grafische Darstellung der Funktionen verwendet. Der Code im Blockdiagramm steuert also die Frontpanel-Objekte in Abhängigkeit von der implementierten Steuerungsstruktur. Somit kann der Benutzer kundenspezifische Datenerfassungs-, Test-, Mess- und Steuerungslösungen für eine Vielzahl von Anwendungsanforderungen erstellen.

LabVIEW ist für die Kommunikation mit verschiedenen Datenerfassungsgeräten wie GPIB, PXI, VXI, RS-232, RS-485 und USB-basierten Geräten integriert. Und bietet auch das Internet der Dinge mit LabVEW-Webserver und Softwarestandards wie TCP/IP und ActiveX.

Virtuelle Instrumente

Die Programme in LabVIEW werden virtuelle Instrumente oder einfach VIs genannt, da die Bedienung und das Aussehen der Programme den physischen Instrumenten wie Multimetern und Oszilloskopen ähneln.

Ein VI besteht aus drei Komponenten, nämlich Frontpanel , Blockdiagramm und Symbol &Anschlussbereich . Das Frontpanel besteht aus Bedien- und Anzeigeelementen, die als Benutzerschnittstelle dienen, und das Blockdiagramm enthält den Quellcode für das VI. Das Symbol- und Anschlussfeld ist eine visuelle Darstellung des VIs, das aus Ein- und Ausgängen besteht. Dieses Symbol- und Anschlussfeld ermöglicht die Verwendung des VIs in einem anderen VI als SubVI (ein VI innerhalb eines anderen VIs wird als SubVI bezeichnet).

Vorderseite:

Die folgende Abbildung zeigt das Frontpanel eines VIs, das aus verschiedenen Bedien- und Anzeigeelementen besteht. Es dient als Benutzerschnittstelle des VIs, damit interaktive Ein- und Ausgabeterminals für eine Anwendung entwickelt werden können. Zu den Bedienelementen in LabVIEW gehören Knöpfe, Drehregler, Drucktasten, numerische Bedienelemente und boolesche Schalter. Steuerelemente fungieren als Eingabegeräte, die die Daten an das Blockdiagramm weitergeben.

Indikatoren sind Ausgangsanschlüsse eines VIs, die den Ausgangswert anzeigen. Einige der Anzeigen umfassen numerische Anzeigen, Messgeräte, LEDs, Diagramme und andere Anzeigen. Indikatoren fungieren als Ausgabegeräte, die die Daten aus dem Blockdiagramm erfassen und anzeigen.

Sowohl Steuerungen als auch Anzeigen können aus der Steuerungspalette ausgewählt werden, die nur auf dem Frontpanel verfügbar ist. Durch einen Rechtsklick auf eine beliebige Stelle auf der Vorderseite wird das Bedienfeld angezeigt.

Blockdiagramm

Die folgende Abbildung zeigt das Blockdiagramm, das das obige Frontpanel begleitet. Es enthält den grafischen Quellcode für das VI, das grafische Darstellungen von Funktionen zur Steuerung von Frontpanel-Objekten verwendet. Das Blockdiagramm besteht aus Frontpanel-Objekten als Terminals und zusätzlich diversen Funktionen (wie Numerisch, Boolean, Vergleich, Array, Timing etc.) und Strukturen (wie While-Schleife, For-Schleife, Case-Struktur etc.).

Jede Anzeige oder Steuerung auf der Frontplatte besteht aus einem entsprechenden Anschluss im Blockdiagramm. Diese werden also mit verschiedenen Funktionen beschaltet, um eine Steuerungsapplikation zu realisieren.

Diese Funktionen und Strukturen können aus der Funktionspalette ausgewählt werden, die nur im Blockdiagramm verfügbar ist. Durch einen Rechtsklick auf eine beliebige Stelle im Arbeitsbereich des Blockdiagramms wird die Funktionspalette angezeigt.

Im obigen Blockdiagramm repräsentiert die äußere rechteckige Struktur eine While-Schleife und die innere die Case-Struktur. Die orangefarbenen, blauen und grünen Linien zeigen die Drähte an, die die Daten von den Bedienelementen zu den Anzeigen weiterleiten. Diese Objekte und Strukturen im Blockdiagramm stellen den Code für das VI dar.

Dieses VI kann ausgeführt, angehalten oder gestoppt werden, indem verschiedene Schaltflächen (z. B. Pfeil- oder Ausführungsschaltfläche, Pause- und Stoppschaltfläche) gedrückt werden, die sich in der Palette am oberen Rand des Fensters befinden.

LabVIEW-Projekte

LabVIEW ist eine ideale Plattform für das Prototyping, Design und die Entwicklung mehrerer Projekte in einer Vielzahl von Bereichen, darunter Elektrik, Mechanik, Signalverarbeitung, Elektronik, Instrumentierung und Steuerung, Biomedizin und Luft- und Raumfahrt.

LabVIEW bietet Flexibilität, um Lösungen für verschiedene Projekte mit minimalem Zeit- und Arbeitsaufwand zu entwerfen, dank der Vorteile der grafischen Codierung und der erweiterten Funktionsblöcke. Im Folgenden sind einige der auf LabVIEW basierenden Projekte im Bereich der Elektrotechnik aufgeführt.

Thermisches Überlastrelais mit LabVIEW

Ziel dieses Projekts ist die Überwachung und Steuerung des Betriebs einer elektrischen Maschine gegen thermische Überlastung mit LabVIEW und DAQ-Modul. Hier werden in dem gegebenen VI DAQ-Eingabe und -Ausgabe zum leichteren Verständnis für den Leser eliminiert und daher wird nur ein Simulationsmodell entwickelt.

Die obige Abbildung zeigt die Frontplatte des thermischen Überlastrelais VI, auf der Elemente auf der linken Seite als Bedienelemente und Elemente auf der rechten Seite als Anzeigen bezeichnet werden.

Dieses Bedienfeld zeigt die verschiedenen Parameterwerte und die Umgebungstemperatur der Maschine an. Es zeigt die Relaisauslösung an, sobald die Temperatur die Sicherheitsgrenze (Umgebungstemperatur der Maschine) überschreitet. Die Auslösung des Relais bei Überschreitung der Umgebungstemperatur ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Der grafische Code für dieses VI wird im Blockdiagramm wie unten gezeigt implementiert. Das Blockdiagramm repräsentiert die tatsächliche Umsetzung des Projekts. Hier wird der Temperaturanstieg anhand der Temperaturkonstante (Grad Celsius pro Kilowatt) der Maschine berechnet.

Also wurde der Temperaturvergleich auf dem Blockdiagramm durchgeführt, um tatsächliche und gewünschte Temperaturen (eingestellter Grenzwert für einen sicheren Wert) zu vergleichen. Es ist auch möglich, diesen Code mit Strom- und Temperatursensoren zusammen mit einem DAQ-Modul zu implementieren, um die Maschine in Echtzeit zu steuern.

Lasteigenschaften eines selbsterregten DC-Shunt-Generators in LabVIEW

Es ist eines der grundlegenden elektrischen Projekte im Rahmen des Labors für virtuelle elektrische Maschinen, das sich mit Maschineneigenschaften befasst, wenn sie geladen wird. Die folgende Abbildung zeigt das Frontpanel des VIs, bestehend aus Bedienelementen, Anzeige und Wellenformdiagramm.

Die Klemmenspannung, der Feldstrom und der Laststrom (einschließlich Anker- und Feldwiderstände) fungieren als Eingaben oder Steuerungen und daraus ergeben sich Ankerstrom, Ankerabfall und induzierte Spannung Generator werden berechnet und in der Grafik sowie numerischen Indikatoren angezeigt, wie in der folgenden Abbildung gezeigt.

Der Quellcode für dieses VI ist im folgenden Blockdiagramm dargestellt, in dem verschiedene mathematische Funktionen die Ausgabeparameter basierend auf den Eingabeparametern bestimmen. Im Blockdiagramm wird ein Array von Datenwerten (mit dicken orangefarbenen Linien dargestellt) an die verschiedenen mathematischen Funktionen übergeben. Diese Funktionen bestimmen das entsprechende Array von Ergebnissen, die dann an die Graph- und Array-Indikatoren weitergegeben werden.

Simulation einer Schaltung der RLC-Serie in LabVIEW

Dieses Projekt implementiert eine RLC-Reihenschaltung und bestimmt ihre Resonanzbedingung mit der LabVIEW-Software. RLC-Reihenschaltungen werden in Abstimmschaltungen wie Oszillatorschaltungen, Filterschaltungen, Radio- und Fernsehabstimmschaltungen verwendet.

In der RLC-Reihenschaltung wird die Frequenz, bei der die induktive Reaktanz gleich der kapazitiven Reaktanz ist, als Resonanzfrequenz bezeichnet. Bei der Resonanzfrequenz heben sich die induktive Reaktanz und die kapazitive Reaktanz gegenseitig auf, wodurch die Impedanz gleich dem Widerstand wird und daher der Strom einen maximalen Wert hat.

Diese Aussage wird mit dem unten angegebenen LabVIEW-Projekt bewiesen. Die Frontplatte hat Bedienelemente und Anzeigen, die für die Dateneingabe und Datenerfassung verantwortlich sind.

Die folgende Abbildung zeigt den grafischen Code für die Serien-RLC-Schaltung im Blockdiagramm. Durch Ausführen der mathematischen Operationen an den gegebenen Eingängen (Induktivität, Kapazität und Spannung) werden Parameter wie induktive Reaktanz, kapazitive Reaktanz, Impedanz und Strom im Blockdiagramm bestimmt. Sie können auch lesen:

• Was ist Arduino und wie wird es programmiert?
• So entwerfen Sie eine Leiterplatte (Schritt für Schritt und Bildansichten)
• Programmieren des PIC18-Mikrocontrollers in C. Schritt-für-Schritt-Anleitung
• Muss iOS-App für Elektrotechniker haben
• 15+ Must-Have-Android-Apps für Elektroingenieure/Studenten
• 10+ Design- und Simulationstools für Elektro-/Elektronikingenieure online