Einführung in LabVIEW

von: Wolfgang Georgi, Philipp Hohl

Carl Hanser Fachbuchverlag, 2015

ISBN: 9783446444072

Sprache: Deutsch

596 Seiten, Download: 41687 KB

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Einführung in LabVIEW

	Vorwort zur sechsten Auflage	6
	Inhalt	8
	Teil I: Grundlagen des Programmierens in LabVIEW	18
	1 Was ist LabVIEW?	20
	1.1 Entwicklungsstufen	20
	1.2 Was will dieses Lehrbuch?	22
	1.3 Installation	22
	1.4 Einführendes Beispiel	22
	1.4.1 Programmierung von c = a + b	26
	1.4.2 Speicherung als Programm Add.vi	29
	1.4.3 Starten und Stoppen von Add.vi	29
	1.4.4 Fehlersuche in Add.vi (Debugging)	30
	1.5 Beispiel für eine Grafik in LabVIEW	31
	1.6 Grundlegende Konzepte von LabVIEW	32
	1.6.1 Frontpanel	32
	1.6.2 Blockdiagramm	32
	1.7 Rezepte	33
	1.8 Shortcuts	34
	2 Einstellungen, Paletten	36
	2.1 Einstellungen	36
	2.1.1 Einstellungen von LabVIEW	36
	2.1.2 Frontpanel	37
	2.1.3 Blockdiagramm	38
	2.1.4 Ausrichtungsgitter	40
	2.1.5 Wiederherstellungen	40
	2.2 Paletten	40
	2.2.1 Werkzeugpalette (Tools Palette)	41
	2.2.2 Eingabe-/Ausgabe-Elemente	42
	2.2.3 Funktionenpalette	45
	2.2.4 Palette konfigurieren	48
	3 Programmstrukturen	49
	3.1 Strukturiertes Programmieren	49
	3.2 Sequenz	51
	3.3 Case-Struktur	54
	3.4 Schleifen	58
	3.5 Guter Programmierstil	62
	4 Datentypen	64
	4.1 Numerische Datentypen	64
	4.1.1 Kontextmenü: 'Darstellung'	64
	4.1.2 Kontextmenü: 'Anzeigeformat…'	65
	4.2 Boolesche Datentypen	67
	4.3 String und Pfad	69
	4.4 Arrays	72
	4.4.1 Definition und Initialisierung eines 1-dimensionalen Arrays	72
	4.4.2 Definition und Initialisierung eines 2-dimensionalen Arrays	74
	4.4.3 Array erstellen	75
	4.4.4 Rechnen mit Arrays: Addition	76
	4.4.5 Rechnen mit Arrays: Multiplikation	77
	4.4.6 Steuerung von For-Schleifen mit Arrays	78
	4.4.7 Behandlung einzelner Arrayelemente	80
	4.5 Cluster	82
	4.5.1 Erzeugung eines Clusters	83
	4.5.2 Clusterwerte ändern	84
	4.5.3 Aufschlüsseln eines Clusters	86
	4.5.4 Umordnen der Elemente eines Clusters	87
	4.5.5 Cluster-Arrays	88
	4.6 Ring & Enum	89
	4.7 Datentyp FXP	91
	4.8 Datentyp Variant	93
	4.9 Guter Programmierstil	95
	5 Unterprogramme und Typdefinitionen	97
	5.1 Wozu Unterprogramme (SubVIs)?	97
	5.2 Erstellen von Unterprogrammen	98
	5.2.1 Einführendes Beispiel	98
	5.2.2 Weitere Hinweise für die Erstellung eines Unterprogramms	101
	5.2.3 Einstellungen für Programme und Unterprogramme	103
	5.2.4 Erstellen von Unterprogrammen mit internem Zustand	105
	5.2.5 Erstellen von polymorphen Unterprogrammen	106
	5.3 Aufruf von Unterprogrammen	109
	5.3.1 Statische Bindung	109
	5.3.2 Dynamische Bindung	110
	5.3.2.1 VI-Referenz öffnen und schließen	110
	5.3.2.2 Aufruf eines VI über seine Referenz	111
	5.3.2.3 Beispiel für den SubVI-Austausch während der Laufzeit	113
	5.3.2.4 Rekursiver Aufruf von Unterprogrammen	113
	5.3.2.5 Testen (Debugging) von ablaufinvarianten SubVIs	114
	5.4 Typdefinitionen	116
	5.4.1 Beispiel einer Typdefinition für Enum-Variablen	116
	5.4.2 Beispiel einer Typdefinition für Registerkarten	118
	5.5 Guter Programmierstil	119
	5.5.1 Vereinfachung durch Unterprogramme und Typdefinitionen	119
	5.5.2 Aussagekräftige Symbole (Icons)	121
	5.5.3 Anordnung häufig verwendeter Elemente	121
	5.5.4 Kommentierung der Elemente und Funktionen eines VI	121
	5.5.5 Detaillierte Hilfe	123
	6 Prozessvisualisierung	124
	6.1 OOP-Konzepte	124
	6.2 Eigenschafts- und Methodenknoten	124
	6.3 Grafische Ausgabe	128
	6.3.1 Chart (Signalverlaufsdiagramm)	128
	6.3.1.1 Darstellung einer Sinuskurve	128
	6.3.1.2 Darstellung von zwei oder mehr Kurven in einem Chart	130
	6.3.1.3 Legende zu einem Chart oder Graphen	131
	6.3.1.4 Skalierung der Ordinate in einem Chart	132
	6.3.2 Graph (Signalverlaufsgraph)	134
	6.3.2.1 Darstellung einer Sinuskurve	134
	6.3.2.2 Darstellung von zwei oder mehr Kurven in einem Graphen	135
	6.3.2.3 Skalierung der Abszisse in einem Graphen	137
	6.3.3 XY-Graph	139
	6.3.3.1 Darstellung einer Relation im XY-Graphen	140
	6.3.3.2 Darstellung mehrerer Relationen in einem XY-Graphen	141
	6.3.4 Signalverlauf	142
	6.4 Express-VIs, Programmierstil	147
	6.4.1 Express-VI zur Erzeugung von Kurven	147
	6.4.2 Express-VI zur Erstellung von Berichten	148
	7 Referenzen, Fehlerfunktionen	150
	7.1 Einführendes Beispiel	150
	7.1.1 Vertauschung von zwei Variablenwerten	150
	7.1.2 Referenzen auf Bedien- und Anzeigeelemente	151
	7.1.3 Lösung des Vertauschungsproblems	152
	7.2 Vererbung	153
	7.2.1 Eigenschaften der Basisklasse	155
	7.2.2 Eigenschaften von abgeleiteten Klassen	155
	7.3 Fehlerfunktionen	157
	7.3.1 Fehlermeldungen mit oder ohne Dialog	157
	7.3.2 Wo findet man wichtige Fehlerelemente und Fehlerfunktionen?	158
	7.3.3 Verschiedene Fehlerarten	159
	7.3.3.1 Standardfehlerleitung	159
	7.3.3.2 Funktionen ohne oder mit vereinfachter Fehlerleitung	159
	7.3.4 Ausgang aus While-Schleifen	161
	7.3.5 Erzwingung von sequenziellem Ablauf	162
	8 Datentransfer von und zur Festplatte	163
	8.1 Dateifunktionen	163
	8.1.1 Allgemeines zur Speicherung von Dateien	163
	8.1.2 Palette Dateifunktionen	165
	8.1.3 Einführendes Beispiel	166
	8.1.4 Modifiziertes Beispiel	167
	8.1.5 Beispiel: Anlegen einer Protokolldatei	168
	8.1.6 Überschreiben ohne Warnung	168
	8.2 Pfade	169
	8.2.1 Pfadkonstanten	169
	8.2.2 Pfadkonstante 'Standardverzeichnis'	170
	8.2.3 'Standardverzeichnis' ändern	171
	8.2.4 'Standarddatenverzeichnis' ändern	172
	8.2.5 Lesen und Schreiben anderer Datentypen	172
	8.2.6 Verketten von Schreib- und Lesefunktionen	173
	8.2.7 Tabellenkalkulation	174
	8.3 Pfade in einer EXE-Datei	174
	8.4 Fortgeschrittene Dateitypen	176
	8.4.1 LVM- , TDMS- und TDM-Dateien	177
	8.4.2 Diadem	180
	8.4.3 ZIP-Dateien	180
	8.4.4 Konfigurationsdateien	182
	9 LabVIEW-Kurzüberblick	186
	9.1 Aufbau des LabVIEW-Systems	186
	9.1.1 Programmierung in G	186
	9.1.1.1 Interpretieren oder kompilieren?	186
	9.1.1.2 Datenflussprogrammierung	188
	9.1.2 Hardware-Unterstützung	188
	9.1.3 Bibliotheken mathematischer und technischer Funktionen	189
	9.1.4 Benutzerschnittstelle	190
	9.1.5 Technologische Abstraktion	191
	9.1.6 Rechenmodelle	191
	9.2 Projekte	191
	9.3 Erstellung von EXE-Dateien	193
	9.3.1 Erstellung einer EXE-Datei	193
	9.3.2 EXE-Datei auf einem Rechner ohne LabVIEW-System	195
	9.4 Strukturen zur Programmentwicklung	198
	9.4.1 Deaktivierungsstrukturen	198
	9.4.2 Debug-Einstellung in der Projektverwaltung	200
	9.5 LabVIEW-Bibliotheken	201
	9.6 Umwandeln von LLB-Bibliotheken	203
	9.7 Einbindung von C-Funktionen unter Windows	205
	9.7.1 Reihe in C#	206
	9.7.2 Reihe in C++	210
	9.7.3 Reihe mit MathScript	214
	9.8 Hilfen zu LabVIEW	214
	9.9 Schnelleinfügeleiste (Quickdrop)	216
	9.10 Der VI Package Manager	218
	9.10.1 Verwalten der LabVIEW-Entwicklungsumgebung	219
	9.10.2 Eigenes Paket erstellen	221
	Teil II: Technische Anwendungen	222
	10 Fouriertransformation	223
	10.1 Zeit- und Frequenzbereich	223
	10.1.1 Die reelle Fouriertransformation	224
	10.1.2 Darstellung der Fourierkoeffizienten c_k in LabVIEW	227
	10.2 Diskrete Fouriertransformation	230
	10.2.1 Satz von Shannon	230
	10.2.2 Aliasing	232
	10.2.3 Frequenzauflösung	233
	11 Filterung	235
	11.1 Filtertypen	235
	11.1.1 Ideale und reale Filter	235
	11.1.2 Beispiel eines digitalen Filters	236
	11.2 LabVIEW-Filterfunktionen	239
	11.3 Filterung im Frequenzbereich	241
	11.3.1 Idee der Filterung im Frequenzbereich	241
	11.3.2 Die inverse Fouriertransformation in LabVIEW	241
	11.3.3 Beispiel eines Tiefpasses	242
	12 Differenzialgleichungen	244
	12.1 Lösen mit LabVIEW-ODE-Funktionen	244
	12.2 Lösen nach dem Analogrechnerprinzip	246
	12.2.1 Blockdiagramm-Darstellung	246
	12.2.2 Vereinfachungen	249
	12.3 Genauigkeit numerischer Verfahren	251
	13 Systeme von Differenzialgleichungen	254
	13.1 Systeme gewöhnlicher Differenzialgleichungen	254
	13.2 Gekoppeltes Feder-Masse-System	254
	13.2.1 Lösung mit eingebauter ODE-Funktion	255
	13.2.2 Lösung mit Blockdiagramm wie in MATLAB®	256
	13.3 Umwelt und Tourismus	258
	14 Parallelverarbeitung, Laufzeiten, Ereignisse	261
	14.1 Einführendes Beispiel	261
	14.2 Grundbegriffe der Parallelverarbeitung	263
	14.2.1 Multiprocessing, Multitasking, Multithreading	263
	14.2.2 Synchronisierung von Prozessen	264
	14.3 Parallelverarbeitung unter LabVIEW	265
	14.3.1 Erzeugen von Ressourcen für die Prozesskommunikation	266
	14.3.2 Freigabe von Ressourcen der Prozesskommunikation	268
	14.3.3 Zeitbegrenzung Ressource schont Prozessor	269
	14.4 Prozess-Synchronisierung ohne Datenaustausch	269
	14.4.1 Occurrences	269
	14.4.2 Semaphor	270
	14.4.3 Rendezvous	272
	14.5 Prozess-Synchronisierung mit Datenaustausch	273
	14.5.1 Melder-Operationen	273
	14.5.2 Queue-Operationen	274
	14.6 Globale Variablen	275
	14.7 Laufzeitprobleme und ihre Behandlung	276
	14.7.1 Laufzeitprobleme bei lokalen Variablen	276
	14.7.2 Laufzeitprobleme bei globalen Variablen	279
	14.8 Ereignisgesteuerte Programmierung	280
	14.8.1 Frontpanel-Ereignisse	280
	14.8.2 Wertänderungs-Ereignisse	285
	14.8.3 Gefilterte Ereignisse	286
	14.9 Zeitschleifen	288
	Teil III: Kommunikation	290
	15 Serielle Eingabe/Ausgabe	291
	15.1 RS-232	291
	15.2 Programmierung der RS-232 in LabVIEW	293
	15.3 Die USB-Schnittstelle	296
	15.4 Feld-Bus, CAN-Bus	300
	15.4.1 CAN-Protokoll	300
	15.4.2 CAN-Interface	302
	15.4.3 CANopen-Protokoll, ZILA-Sensor	303
	15.4.4 CAN-Bus mit Laptop und zwei Sensoren	305
	15.4.5 XNET-System von National Instruments	305
	15.5 Der byte-serielle GPIB-Bus	316
	16 Datenerfassungsgeräte	318
	16.1 Datenerfassungskarten/Datenerfassungsgeräte	318
	16.2 Allgemeines	319
	16.2.1 Treiber, MAX (Measurement and Automation Explorer)	319
	16.2.2 Physikalische und virtuelle Kanäle, Task	325
	16.2.3 Programmierung von Datenerfassungs-VIs, simulierte Geräte	326
	16.2.4 Programmierung von VIs zur Analogausgabe	331
	16.2.5 Programmierung von VIs zum Digital-I/O	332
	16.2.6 Programmierung mit Hilfe des DAQ-Assistenten	332
	16.2.7 Programmatische Task-Erstellung	334
	16.3 USB-Gerät NI USB-6251	335
	16.3.1 Begriffe 'differenziell', 'RSE' und 'NRSE'	335
	16.3.2 Zwei Analogsignale mit der NI USB-6521 lesen	337
	16.3.3 Triggern mit NI USB-6521	338
	16.3.4 Streaming mit NI USB-6521	339
	16.4 Ältere Datenerfassungskarten/-geräte	346
	16.5 TEDS	346
	16.6 IVI-Gerät NI USB-513	350
	Teil IV: Fortgeschrittene Techniken	356
	17 Professionelle Programmentwicklung	357
	17.1 Sequenzstruktur	357
	17.2 Zustandsautomaten	358
	17.2.1 Notation für Zustandsautomaten	359
	17.2.2 Umsetzung Zustandsdiagramm - LabVIEW-Programm	360
	17.2.2.1 Strings für die Zustandsauswahl	361
	17.2.2.2 Enum für die Zustandsauswahl	363
	17.3 Münzautomat	364
	17.4 Münzautomat mit Queues und Ereignisstrukturen	373
	17.5 Programmierhilfen	377
	17.5.1 Arbeiten mit vorgefertigten Strukturen (Templates)	377
	17.5.2 Beurteilung Programmeffizienz und geeignete Werkzeuge dazu	377
	18 Objektorientierte Programmierung	381
	18.1 Warum objektorientiert?	381
	18.2 Erstes Beispiel zur objektorientierten Programmierung	384
	18.2.1 Bildung einer Klasse	384
	18.2.2 Private Eigenschaften der Klasse	385
	18.2.3 Methoden der Klasse	386
	18.3 Weitere Beispiele zur OOP	390
	18.3.1 Vererbung	390
	18.3.2 Polymorphie	394
	18.3.3 Modulaustausch	398
	18.4 Schutz einer Klassenbibliothek	406
	19 LabVIEW: Tabellenkalkulation, Datenbanken	409
	19.1 Schreib-/Lesebefehle zur Tabellenkalkulation	409
	19.2 Allgemeines über ActiveX	411
	19.2.1 ActiveX-Container in LabVIEW	412
	19.2.2 ActiveX in LabVIEW zur Steuerung von Anwendungen	414
	19.3 Beispiele zur Anwendung auf Excel	415
	19.3.1 Öffnen und Schließen von Excel	416
	19.3.2 Sichtbarmachen einer Excel-Tabelle	417
	19.3.3 Eintragen von Daten in eine Excel-Tabelle	419
	19.3.4 Geschwindigkeit der Datenspeicherung	421
	19.3.5 Erstellen von Makros zum Umwandeln einer Tabelle in eine Grafik	422
	19.3.6 Aufruf von Makros in LabVIEW mit Hilfe von ActiveX	425
	19.3.7 Erhöhung der Geschwindigkeit	426
	19.3.8 Schreiben mehrerer Dateien	429
	19.4 Microsoft-Datenbank Access	433
	19.4.1 Einführung	433
	19.4.2 Verbindung mit der Datenbank	434
	19.4.3 SQL	436
	19.4.4 Verwendung von SubVIs	437
	20 Internet, Server und Client	438
	20.1 Allgemeine Bemerkungen zum Internet	438
	20.1.1 Ethernet	438
	20.1.2 Ethernet-Karten, MAC- und IP-Adresse	439
	20.1.3 TCP/IP-Protokoll	439
	20.2 Einfaches LabVIEW-Beispiel: Ping	440
	20.3 Programmieren mit DataSocket	442
	20.4 Programmieren mit TCP/IP	444
	20.4.1 Server und Client	444
	20.4.2 Beispiel für die Übertragung von Sinusdaten über TCP/IP	445
	20.5 Webdienste	448
	20.5.1 Grundbegriffe	448
	20.5.2 Struktur der Webdienstkommunikation	449
	20.5.3 Erstes einfaches Beispiel	449
	20.5.4 Zweites einfaches Beispiel	454
	20.5.5 Drittes Beispiel	457
	20.5.6 Dreiecksberechnung	458
	20.5.7 Webserver im Internet	463
	20.5.7.1 Firmeninternes Netz	463
	20.5.7.2 Aufruf im Internet	464
	21 Compact RIO-System und FPGA	465
	21.1 Definition	465
	21.2 Installation	467
	Schritt 1: Software-Installation auf dem PC	467
	Schritt 2: Zusammenstellen der cRIO-Hardware	468
	Schritt 3: Zuweisung einer IP-Adresse zum cRIO-System	468
	Schritt 4: Installation weiterer Software auf dem cRIO-System	471
	Schritt 5: Verbindung eines PC mit einem cRIO-System im Netz	471
	21.3 Programmierbeispiele für FPGA	472
	21.3.1 Beispiel zur Digitalausgabe	473
	21.3.2 Beispiel eines Zählers	478
	21.3.3 FPGA-Anwendung: Ermittlung eines Frequenzganges	480
	21.3.4 Umgebungsvariablen	490
	21.3.4.1 Projekt 'Shared_Einzeln'	491
	21.3.4.2 Projekt 'Shared_Netzwerk'	493
	21.3.4.3 Projekt 'Shared_cRIO'	496
	21.3.5 FPGA-Anwendungen auf dem cRIO-9014 ohne PC-Unterstützung	498
	21.3.5.1 Projekt 'RIO_MOD1_Switch'	498
	21.3.5.2 Projekt 'RIO_User1_Switch'	500
	21.3.5.3 Umstellung des cRIO-Systems von einem Standalone-Projekt zum nächsten	503
	22 XControls	505
	22.1 Unterschied zu einfachen Ctls	505
	22.2 Anzeige der Flugbahn eines Steines	505
	22.3 Erstellen eines XControls	507
	22.3.1 Allgemeines Rezept	507
	22.3.2 Beispiel XControl_Pfeil.xctl	509
	22.3.3 Eigenschaften in einem XControl	515
	22.3.4 Bedeutung der Rahmen [1] bis [4] im Fassaden-VI	518
	22.3.5 Weitere Verbesserungen	524
	22.4 XControl zur Erstellung von Symbolleisten	526
	22.4.1 Zustand der Symbolleiste	527
	22.4.2 Funktionen der Symbolleiste	528
	22.4.2.1 Symbole hinzufügen	528
	22.4.2.2 Alle Symbole löschen	529
	22.4.2.3 Rückmeldung des Symbols, das unter dem Mauszeiger liegt	529
	22.4.2.4 Anpassung des Erscheinungsbilds an eigene Bedürfnisse	533
	22.4.3 Leistungsmerkmal 'Status für Speichern umwandeln'	533
	23 LabVIEW VI-Skripte	535
	23.1 Was sind VI-Skripte	535
	23.2 Die VI-Skripte-Funktionen in der Palette anzeigen	535
	23.3 Die VI-Skripte-Funktionen	537
	23.3.1 Neues VI	537
	23.3.2 Neues VI-Objekt	538
	23.3.3 VI-Objektreferenz öffnen	540
	23.3.4 Abstand des neuen VI-Objekts vom Referenzobjekt	540
	23.3.5 GObjects suchen	542
	23.3.6 GObject-Beschriftung abfragen	543
	23.3.7 Klassenhierarchie mittels Klassennamen ermitteln	543
	23.3.8 Weiterführende Informationen	545
	23.4 Wo werden VI-Skripte eingesetzt?	546
	23.5 Modifizierung der Projektvorlage 'Leeres VI'	547
	23.6 Erstellen eines Quickdrop Plugins mit VI-Skripting	551
	24 XNodes	554
	24.1 Einführung	554
	24.2 Regelungstechnische Anwendung	555
	24.3 Aufbau eines XNodes	557
	24.4 Wie bildet man einen XNode?	557
	24.4.1 Vorbereitende Überlegungen	557
	24.4.2 Programmierung von NeueKuh.xnode	562
	24.4.2.1 Template-VI	562
	24.4.2.2 Ability-VIs	563
	24.5 Wie ändert man einen XNode?	572
	24.6 XNodes in der Funktionspalette speichern	572
	Literatur	576
	Index	578

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