领导虚拟仪器技术 推动测量与控制发展

日前，National Instruments(美国国家仪器有限公司，简称NI)在北京举行了媒体见面会，NI总部PR经理MS. Rebecca Geier、NI模块化仪器经理Brian Anderson先生和NI中国技术市场经理朱君女士向业界主流媒体介绍了NI的产品、技术与发展。中国工控网应邀其就NI的测量测试与自动化技术和发展进行了交流。 　 　　 将自动化带进测量 将测量带进自动化 早在上个世纪八十年代，NI的划时代产品LabVIEW诞生，旋即提出“软件就是仪器”的口号，从而开辟了“虚拟仪器技术”的全新测量概念。一直以来，NI不断致力于开发基于计算机的测试测量与自动化平台。1997年，NI再次革命性地首创开放的PXI，使之成为测量测试应用的标准平台。如今，高效的标准图形化编程软件LabVIEW＋丰富的模块化I/O硬件＋用于集成的软硬件平台（PXI）=虚拟仪器，几乎成为基于计算机测量的标准公式。低成本、高性能、小尺寸、易升级、用户自定义，这是虚拟仪器带来的价值。 虚拟仪器的出现和大量应用，使得自动测量成为可能，从而有效地将测量测试与自动化技术结合了起来，并且带给用户更高的性能和灵活性。在现代测试测量中，虚拟仪器已成为传统仪器的主要替代方式。 测试随着待测产品要求的提高而提高 随着被测试产品的发展水平日趋提高，例如速度越来越快、体积越来越小、应用覆盖范围越来越广；而另一方面，待测产品（例如手机、车载通讯系统等）也趋向于以软件为中心，要求测试测量也随之注重其软件上的发展。因此工程师们面临的主要挑战就是：测试不应成为设计过程中的瓶颈——测试系统应该具备足够的灵活性以满足不断增长的设计需求。这种灵活性主要来自于两方面：可以满足多种应用的高性能通用硬件，以及能够轻松配置硬件的高效软件。把这两部分结合起来，工程师们就能最快最好地发挥双方面的优势，并且完成自定义的测试测量系统，适应多样的需求。 例如NI最新发布的两款测试硬件就是典型的通用硬件产品：基于PXI平台、精度最高的数字万用表PXI-4071FlexDMM具有高达7 ½位分辨率，同时在使用带隔离的数字化仪模式时，FlexDMM能够在1.8 MS/s的最大采样率情况下，在所有电压和电流量程范围内进行连续波形采集。以及可变分辨率数字化仪PXI-5922：有别于传统测量设备对所有采样速率只有一种固定分辨率的情况，NI PXI-5922数字化仪使用NI FlexII ADC，具备了可变的分辨率，并能在15 MS/s 16位到500 kS/s 24位的范围内进行采样。在这两款硬件的基础上，通过强大的软件，如图形化开发环境LabVIEW，可以帮助工程师们实现最优化的测试测量解决方案。 影响虚拟仪器技术发展的要素 此外，NI谈到其他商用技术将对虚拟仪器技术的发展提供强大的推动力时，主要着眼于两项关键因素——PCI Express总线和FPGA技术。 新的商用硬件和软件技术不断提高了虚拟仪器技术的性能以及它们所解决的应用挑战。尤其是PC总线和处理器的不断提高，以及可重复配置的计算趋势这两点尤为重要。 由于PC处理器继续遵循摩尔定律，因而虚拟仪器系统也随之受益。利用总线技术的进步，虚拟仪器系统可以快速地将数据流从测量设备传输到PC。千兆以太网、USB 2.0和PCI Express是推动虚拟仪器技术性能的最新高性能总线技术。利用PCI Express，用户可以获得比PCI总线提高了40倍的带宽，从而获得更高的数据吞吐量、更快的测试时间、更高的通道数量和更快的测量流。 利用PC总线技术的发展，尤其是PCI Express，虚拟仪器系统可以快速地将数据流从测试设备传输到PC。比今天大部分虚拟仪器系统所普遍使用的PCI/PXI总线提高了40倍的带宽，将在未来的虚拟仪器系统中扮演重要角色。 另一方面，可配置重构技术也将对虚拟仪器的发展产生重要影响。过去FPGA（现场可编程门阵列）的编程需要经过专门的培训，且主要应用于设计过程，所以工程们很少利用到FPGA；而现在工程师们可以通过LabVIEW图形化方式编程FPGA，使之自动转换到C或VHDL代码，也就是说将FPGA从设计扩展到测试领域，通过LabVIEW这一工具让更多的工程师得益于原本“可望而不可即”的FPGA技术，帮助他们完成自定义的硬件系统来满足灵活性的需求。此外，NI还致力于开发特定的工具，例如全新的LabVIEW数字滤波设计工具包7.5版即可将设计好的数字滤波器通过LabVIEW FPGA直接下载到FPGA硬件，使工程师们轻松地完成一个特定的方案。 从测量到控制 为满足不断增长的多功能控制系统开发需要，新一代的工业控制器即可编程自动化控制器(PAC)应运而生。在一种开放灵活的软件构架下，PAC将PLC的稳定性和PC的多功能相结合。基于LabVIEW的灵活功能和强大的硬件支撑，NI为此提出了自己独特的PAC架构。 　　 NI 的PAC构架是由NI LabVIEW以及五种PAC硬件平台（PXI/CPCI、Compact Fieldpoint、CompactRIO、Compact Vision System、工业计算机）加上实时操作系统组成的。 LabVIEW不仅可以提供创建复杂测量控制系统的编译灵活性，同时因为它直观的图形化开发界面而非常容易使用。使用LabVIEW，可以利用数百个内置的控制和分析函数，快速开发各种复杂程序。还可以在LabVIEW中调用其他软件开发的程序代码，如LabWindows/CVI、C或MathWorks Simulink等，用于处理I/O、运动控制、机器视觉及仪器通信等各种应用。 在NI的旗下，已经汇集了测量测试、数据采集、运动控制和机器视觉等先进技术，眼下，NI正在借助虚拟仪器技术驱动PAC，控制产品将进一步扩大NI的发展空间和机会。 　　 无与伦比的产品优势 在全球测量行业，NI已经拥有众多首屈一指的丰富产品，如测量与自动化软件（包括图形化测量程序开发环境LabVIEW，专为ANSI C、Visual Basic 和Visual C++特别设计的LabWindows/CVI、Measurement Studio）软件）、GPIB接口卡、PXI模块化仪器系统、插入式数据采集卡、机器视觉、运动控制、VXI控制器、测试执行管理软件（TestStand™）等。其中，LabVIEW、TestStand更曾荣获美国测量行业久负盛名的“年度最佳产品”大奖。为适应越来越广泛和复杂的应用，NI的新产品层出不穷。仅在在模块化I/O方面，NI已经达到了每2个工作日推出一款硬件产品的速度，大大拓宽了用户的选择面。 　　 无所不在的应用 NI共提供1000多款软硬件产品，应用遍布电子、机械、通信、汽车制造、生物、医药、化工、科研、教育等各个行业领域。从日本的Honda汽车测试、澳洲的心脏起搏器设计/验证, 到英国电信电话线路性能测试，全世界数以万计的工程师和科学家们都在使用NI的产品达到他们共同的目的——更快、更好、更省钱。目前，超过90%的全球500强制造型企业是NI虚拟仪器技术的用户。 NI拥有庞大的用户群体——在2004年度，全球就有超过25,000家公司从NI购买了产品。用户的智慧结合NI先进、优质的产品，造就了无数成功的测试测量方案。借助商业化的计算机平台，用户仅以传统测试测量系统一半乃至十分之一的成本，便可获得与之相同或更出色的功能。 由于测量测试应用非常广泛，在NI的产品应用中，没有一个行业的应用超过NI总收入的10%。这是NI在未来得以更广阔发展的机会体现，也是NI规避行业风险的优势所在。 关于NI 创立于1976年的NI，总部位于美国Texas州，是一家测量行业的上市公司。经过近三十年的发展，NI已拥有3,500名雇员，其中工程师达到1,353人，他们分布于世界40个国家的50多个分公司和办事处中。作为PC-BASED测量测试和自动化的领导企业，2004年全球应收达到5.14亿美元。在中国，NI 2004年营收增长超过50%，成为NI全球区域增长的亮点。