CC BY
283
Выбор платформы при построении модульных контрольно-измерительных систем
Афанасьев В.Н., Газов Е.В., ОАО "ВНИИ "Эталон""
При разработке, создании и эксплуатации сложной техники в различных областях на каждом этапе требуется тестирование и контроль параметров изделий. При этом возникает необходимость применения множества различных приборов, а также автоматизации процесса измерения. На таких этапах, как производство и эксплуатация изделия, на первый план выходят скорость, цена и размер прибора.
В настоящее время все более широкое применение находит модульный подход к построению контрольно-измерительных систем. Такую систему можно построить на различных стандартах. Не будем рассматривать модульные системы, построенные на стандартах, не нашедших широкого применения, поскольку они слабо распространены и имеют, как правило, достаточно ограниченную линейку приборов. Наибольшее распространение на сегодняшний день получили такие платформы, как VXI (VMEbus eXtention for Instrumentation) и PXI (PCI eXtensions for Instrumentation). Это открытые стандарты, которые поддерживают множество производителей, поэтому они представляют наибольший интерес при подходе к построению контрольно-измерительных систем. Проблема в итоге сводится к выбору стандарта для реализации. Идет постоянный спор, какой стандарт лучше: PXI или VXI? Рассмотрим основные характеристики этих двух платформ, их преимущества и недостатки.
Краткая характеристика VXI
Стандарт VXI является одним из прогрессивных направлений развития шины VMEbus(VXI — расширение VMEbus для измерительной техники). Основываясь на шине VMEbus и полностью включая ее как подмножество, интерфейс VXI представляет собой самостоятельный стандарт на контрольно-измерительную и управляющую аппаратуру высшего класса точности. Первоначально стандарт был ориентирован на применение, в основном, в военно-промышленном комплексе для создания контрольно-диагностического и радио-измерительного оборудования. В связи с тем, что стандарт разрабатывался специально для такого класса задач, он удовлетворяет большинству военно-промышленных стандартов, включая MIL-45662A, соответствует промышленному стандарту качества ISO 9000, а также стандартам на электромагнитную совместимость и помехозащищенность (EN 55011, EN 50082-1). Все технические решения, обеспечивающие эти требования, учтены в аппаратуре VXI еще на стадии проектирования и не требуют дополнительных затрат на их обеспечение при сборке системы и ее эксплуатации.
Открытость стандарта с поддержкой очень большого числа производителей оборудования максимально увеличивает гибкость и уменьшает фактор устаревания системы. Повышенная производи-
тельность системы сокращает время измерения, тестирования или увеличивает функциональные возможности. Меньший размер и большая плотность компоновки сокращают пространство, необходимое для установки оборудования, увеличивают его мобильность или портативность и облегчают доступ к тестируемым или управляемым устройствам. Точные хронометрирование и синхронизация повышают измерительные возможности системы. Стандартизованное программное обеспечение VXIplug&play облегчает и ускоряет конфигурирование, программирование и интеграцию системы. Жесткая модульная конструкция повышает надежность, увеличивает среднее время наработки на отказ и сокращает среднее время между ремонтами. Технология VXI позволяет добиться сокращения расходов на обслуживание системы за все время ее службы. Благодаря стандартам VXIplug&play, приборы VXI поставляются с готовым стандартизованным программным обеспечением, включая их драйверы. Такие популярные программные пакеты фирмы National Instruments, как LabVIEW, LabWindows for DOS, LabWindows/CVI, NI-488.2 и программное обеспечение ввода/вывода NI-VXI, полностью совместимы со спецификациями VXIplug&play [1].
Краткая характеристика PXI
Платформа PXI основана на известном стандарте CompactPCI и обеспечивает эффективное взаимодействие с тысячами модулей CompactPCI. PXI представляет собой надежную платформу с фронтальной загрузкой модулей и встроенными возможностями синхронизации и тактирования отдельных устройств, специально разработанными для решения задач тестирования и измерений. PXI является международным стандартом, который поддерживают более 60 производителей оборудования. В рамках этого стандарта разработано более 1100 различных продуктов. Высокая производительность, малые размеры и низкая цена систем, основанных на технологии PXI, сделали PXI одной из наиболее быстро развивающихся платформ в технологии тестирования и измерений.
Основные особенности платформы PXI.
— использование высокоскоростной шины передачи даннь^О (132 Мбайт/с — средняя, 528 Мбайт/с — максимальная скорости);
— применение опорного тактового сигнала частотой 10 МГц, подаваемого на все модули;
— шина запуска, управляющая передачей сигналов тактирования и синхронизации, реализующая подключение модулей с использованием топологии звезда и учитывающая длину пути сигналов переключения для уменьшения задержки и синхронизации моментов запуска различных приборов;
— локальная шина, служащая для передачи высокочастотных цифровых и аналоговых сигналов между соседними модулями.
Надежность системы обеспечивается:
• применением модульной архитектуры Eurocard (надежность
SS
Спецвыпуск T-Comm, август 2009
которой подтверждена годами успешного использования в промышленной среде);
• механическими компонентами и габаритными размерами, стандартизованными институтом IEEE;
• модульной структурой, обеспечивающей простоту сборки, модификации и замены модулей;
• взаимозаменяемыми модулями и простотой их замены;
• спецификацией PXI, расширяющей возможности платформы CompactPCI для использования в условиях, требующих повышенной надежности и производительности;
• большим временем наработки на отказ.
Особенности шасси платформы PXI:
• надежный и прочный корпус;
• многофункциональная задняя объединительная панель;
• совместимость с CompactPCI;
• идеальное исполнение для настольных, стоечных и мобильных приложений;
• рабочий диапазон температур от 0 до 55°C;
• встроенный генератор тактовых импульсов с частотой 10 МГц;
• программируемая система переключения между сегментами шины.
Аналогично стандарту VXI, приборы PXI поставляются с готовым стандартизованным программным обеспечением, включая их драйверы.
Размеры
PXI-слоты имеют меньшие размеры. Стандарт PXI изначально предназначался для построения мини-систем, и именно первые PXI системы оказались построены в евростандарте 3U (размер платы 100x160 мм). Также имеются PXI размером 6U.
Размер VXI
Модули VXI бывают следующих типоразмеров:
A size 10x16 см;
B size 23.3x16 см;
C size 23.3x34 см;
D size 36.7x34 см [4].
Хотя VXI-слоты имеют большие габариты, иногда полезная площадь модульных приборов, на которой можно разместить исполнительные модули в 6-местном VXI крейте в среднем более чем в 3,5 раза превышает площадь исполнительных модулей, размещаемых в 8 слотах PXI 3U крейта.
Рис. 1. Зависимость цены от производительности
Производительность
На рис. 1 схематично представлена зависимость цены от производительности для PXI и VXI. В целом, VXI-системы имеют большую производительность при более высокой цене, однако PXI продукты часто не уступают производительности VXI -систем [3].
Номенклатура модулей
Число модулей PXI на данный момент уступает номенклатуре VXI. Причем большинство PXI модулей выпускается фирмой Nationai Instruments, тогда как модули VXI производят широкий круг производителей.
Цена
Обе технологии требуют весьма значительных вложений. В среднем цена PXI-модулей ниже, что определяется одной из идей стандарта — дешевизной исполнительных приборов.
Более 90% всех VXI и PXI приборов производится в США, где затраты сами по себе очень велики. Производства VXI приборов в Азии не существует, а в Европе они не дешевле [2].
Заключение
Следует отметить, что стандарт PXI моложе, чем VXI, вследствие чего, на наш взгляд, VXI более распространен. Хотя уже на сегодняшний день PXI составляет острую конкуренцию платформе VXI. На данный момент для реализации контрольно-измерительной системы могут использоваться как VXI модули, так и PXI модули, так как линейка моделей модулей этих стандартов практически идентична. Стоимость будет различаться от конкретной задачи, в одних случаях будет экономически выгодней PXI, в других — VXI. PXI модули не производятся в России, что приводит к тому, что все российские PXI системы могут строиться на основе общесистемной части Nationai Instruments, на ее условиях и по ее ценам и целиком зависеть от политики Nationai Instruments. VXI приборы производятся в России, и их цена практически такая же, как и у составных частей стандартных измерительных систем, спроектированных по традиционной технологии, а иногда и ниже. Объективно затраты в России существенно меньше, чем в США, особенно на разработку новых типов VXI приборов. Однако номенклатура отечественных VXI модулей значительно уступает разнообразию VXI модулей западных производителей, что ограничивает спектр задач, решаемых при помощи отечественных модулей VXI. Если в будущем будет организовано полномасштабное производство VXI и PXI модулей в России, это позволит снизить стоимость, время производства и улучшить обслуживание контрольно-измерительных систем на базе стандартов PXI и VXI.
Литература
1. Баженов А.В. Стандарт VXIpiug&piay для создания интероперабельных измерительных систем и переносимых приложений // Журнал "Мир Компьютерной Автоматизации". — 2000. — № 2 — С. 24-31.
2. Информационный бюллетень VXI&PXI. — 2000. — № 2. — С. 12.
3. Официальный сайт компании VXI-TECHNOLOGY, INC. — www.vxtech.com.
4. Официальный сайт компании NATIONAL INSTRUMENTS — www.ni.com.
Спецвыпуск T-Comm, август 2009
S9
