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Lehrveranstaltung im 2. Semester MIKS
Prof. Dr. Uwe Heuert
Fachbereich Ingenieur- und Naturwissenschaften
http://www.inw.hs-merseburg.de/~uheuert/
Virtuelle Instrumentierung
Persönliche Vorstellung
Name Uwe Heuert
Professur Rechnernetze und Virtuelle Instrumentierung
Ausbildung PhD (Dr. rer. nat.) Physik
Berufs-
erfahrung
5 Jahre physikalische Messtechnik & NMR
5 Jahre Softwareentwicklung und Projektmanagement
(Gemplus, Smartcard-Technologien)
Messtechnik Agilent VEE, National Instruments LabVIEW &
Measurement Studio/.NET
SCPI, Multifunktions-DAQ, PXI, RT, FPGA, µC
Forschung NMR Imaging (Sachsen-Anhalt/KAT)
Geräteentwicklung (BMBF Regionaler Wachstumskern,
BMWi/ZIM KF)
Kryptografie und PKI (BMBF/AiF)
Forschung Eigene Forschergruppe bestehend aus 5
wissenschaftlichen Mitarbeitern (plus Studenten) an der Schnittstelle von IT mit moderner Messtechnik
KAT „NMR“ (2006-heute)
BMBF Ingenieurnachwuchs Informatik „Studies on platform and target independent scalable secure Web Services“ (2009-2012)
BMWi ZIM – KF „Entwicklung eines flexiblen Ultraschalldiagnosegerätes zur Schweißnahtprüfung“ (2010-2011)
BMBF Regionaler Wachstumskern „KunstUS“ (2012-2014)
Projekt mit enviaNSG „Smart Metering 2.0“ (2012-2013)
„Kleinvieh“ (InnoKMU.net, etc.)
Team
Forschergruppe
Prof. Dr. Uwe Heuert
Physiker
Messtechnik/NMR, Datensicherheit/Kryptografie, Softwareentwicklung
Dipl.-Chem. Rona Hohlfeld
Chem. Analysen u.a. mittels NMR Spektroskopie
Dipl.-Ing. (FH) Steffen Döhler
NMR Bildgebung, (Laboringenieur)
Dipl.-Ing. (FH) Oliver Punk
Softwareentwickler/-architekt (µC bis Anwendung)
M.Eng. Tino Höhndorf
Softwareentwickler C#/.NET
M.Eng. Hannes Heimbach
Digitaltechnik, Schaltungstechnik
M.Eng. Gregor Frank
Ultraschall-Anwendungen
Bachelor- und Masterstudenten (Hilfskräfte und Abschlussarbeiten [inHouse|Unternehmen])
Forschung - NMR
Forschung - Messtechnik
Forschung – Smart Metering
Was erwartet mich?
Erwartungen
Vorkenntnisse
Ablauf
Prüfung(en)
Modulbeschreibung
Was erwartet Sie?
Moderne Technik
Vielfältige Aufgaben
Eine ziemliche
„Breite“ …
Was erwarte ich?
Selbständigkeit
Kreativität
Zuverlässigkeit
Modulbeschreibung (2) Statt einer einzigen
großen Prüfung gibt es
viele kleine …
Praktikum (Eindruck
und Protokolle)
Belegthema (Vorträge)
Voraussetzungen
Informatik
http://www.inw.hs-merseburg.de/~uheuert/index-
Dateien/Page5311.html
Messtechnik
Steuerungs- und Regelungstechnik
Oder: Virtuelle Instrumentierung I
http://www.inw.hs-merseburg.de/~uheuert/index-
Dateien/Page1322.html (MIP5P:P5PIM)
Wie läuft die Veranstaltung?
Kein Frontalunterricht!
V-Termin (Dienstag) wird im Wesentlichen für Belegthemen genutzt
Die Show machen die Studenten.
P-Termine (Dienstag):
Grundkurse für National Instruments LabVIEW und National Instruments
Measurement Studio (C#)
Praktika gemäß Aufgabenstellung
Konsultationen / Selbständiges Arbeiten
Die Show machen im Wesentlichen wir (Herr Döhler und ich).
B-Termine:
In Eigenregie und nach Vereinbarung mit den Betreuern.
Zeitplan Termin Inhalt
31.03.2015 V Einführung, Organisation des Praktikums, Verteilung der Projektthemen
31.03.2015 P Erste Schritte mit LabVIEW (Programmierumgebung, Werkzeuge)
07.04.2015 V LabVIEW – Element- und Funktionspallette, Datenfluss
07.04.2015 P LabVIEW – Steuerungsstrukturen (Schleifen, Sequenzen, Auswahl), SubVI
14.04.2015 V Konsultationen / Selbständiges Arbeiten
14.04.2015 P Konsultationen / Selbständiges Arbeiten
21.04.2015 V 1. Projektmeeting – Vorstellung & Diskussion der Lösungswege
21.04.2015 P 1. Projektmeeting – Vorstellung & Diskussion der Lösungswege
28.04.2015 V LabVIEW – Datentypen, Strings, Array, Cluster
28.04.2015 P LabVIEW – Datentypen, Strings, Array, Cluster
05.05.2015 V Messen mit LabVIEW (DAQ)
05.05.2015 P Messen mit LabVIEW (Instrumenten I/O) + Signalanalyse
12.05.2015 V Konsultationen / Selbständiges Arbeiten
12.05.2015 P Konsultationen / Selbständiges Arbeiten
Weitere Termine zum selbständigen Arbeiten im Labor nach Absprache möglich.
Zeitplan (2) Termin Inhalt
19.05.2015 V Konsultationen / Selbständiges Arbeiten
19.05.2015 P Konsultationen / Selbständiges Arbeiten
26.05.2015 V 2. Projektmeeting – Design und Implementierung
26.05.2015 P 2. Projektmeeting – Design und Implementierung
02.06.2015 V Praktikum – Versuche gemäß Aufgabenstellung
02.06.2015 P Praktikum – Versuche gemäß Aufgabenstellung
09.06.2015 V Praktikum – Versuche gemäß Aufgabenstellung
09.06.2015 P Praktikum – Versuche gemäß Aufgabenstellung
16.06.2015 V Praktikum – Versuche gemäß Aufgabenstellung
16.06.2015 P Praktikum – Versuche gemäß Aufgabenstellung
23.06.2015 V Konsultationen / Selbständiges Arbeiten
23.06.2015 P Konsultationen / Selbständiges Arbeiten
30.06.2015 V 3. Projektmeeting – Verteidigung der Arbeiten
30.06.2015 P 3. Projektmeeting – Verteidigung der Arbeiten
07.07.2015 V Reserve
07.07.2015 P Reserve
Praktika
Einführungsveranstaltungen (6x)
National Instruments LabVIEW
Praktikumsversuche (6x)
Selbständig in kleinen Gruppen (voraussichtlich
Zweiergruppen)
Instrumentierung einfacher Messaufgaben
Testate und Protokolle
Benotung
Ja
1/3 der Gesamtnote
Belege
Bearbeitung
Zweierteams
selbständig
Vorträge
die Studenten halten jeweils 2 kurze Vorträge
Themenvorstellung, Lösungsansätze, Planung (10-15min)
Design, Implementierung, Test (20-25min)
Benotung
Ja
2/3 der Gesamtnote
Teams
Projektleiter
N.N. Teamkoordinator
Architekt
Aufgaben und Zeitplanung
Report
Modultests
Systemtests
Ingenieur
N.N. Mechanik, Elektrotechnik
…
Programmierer
N.N. Messen, Steuern, Regeln
…
Teambildung
Erfolgt möglichst bei Beachtung der für das Projekt
notwendigen Skills!
Einteilung: heute
1. Projektmeeting - Lösungswege
Jedes Projektteam stellt in einer kurzen Präsentation (ca.
15min) mögliche Lösungswege und Alternativen zu seinem
Projekt vor.
Dabei ist im Vorfeld die Verfügbarkeit und Anwendbarkeit
existierender Technik zu klären.
Falls spezielle Technik angeschafft bzw. hergestellt werden
muss, sind die entstehenden Kosten und Aufwände zu klären.
Eine Zeitplanung (MS Project) sowie eine Risikoanalyse sind
zu erstellen.
2. Projektmeeting – Design und
Implementierung
Jedes Projektteam stellt in einer kurzen Präsentation (ca.
15min) die gewählte Designentscheidung zu seinem Projekt
vor.
Technologien und Produkte werden vorgestellt.
Programmablaufpläne und Schnittstellen werden erläutert.
Probleme und Lösungswege werden erläutert.
Die Zeitplanung und die Risikoanalyse werden angepasst.
3. Projektmeeting - Verteidigung
Jedes Projektteam stellt in einer Präsentation (ca. 15min)
die Ergebnisse seines Projektes vor.
Projekte 2015 Nr. Titel Teilgebiete und Ziel Bearbeiter
1 CompactRIO Verteiltes Messen mit CompactRIO (FPGA)
Programmable Automation Controller
Schnelle Echtzeitanwendungen
Poerschke
Menne
2 Reglerentwurf Echtzeitanwendung mit NI PCI RIO (FPGA)
PID Regler
Schnelle Echtzeitanwendungen
???
Gao
3 Bilderfassung Bilderfassung und -analyse
NI Vision
USB Webcam
Babenkow
Kuchta
Weber
4 Data Dashboard Mobile Anwendungen
Apps für iPhone, iPad und Android-Geräte
Verteiltes Messen
5 Steuern und Regeln
mit NI USB DAQ
Regelung der Beleuchtungsstärke (Leuchtdiode, Photodiode)
Reglersimulation mit „NI LabView Control Design and Simulation Module“
Programmierung einer grafischen Benutzeroberfläche
Kutzscher
Klann
6 Steuern und Regeln
mit NI Compact RIO
Regelung des Volumenstromes in einem Rohr (Drucksensoren, Lüfter)
Reglersimulation mit „NI LabView Control Design and Simulation Module“
Programmierung einer grafischen Benutzeroberfläche
Steingrüber
Skroch
(Haase
Segieth „Brenner“)
7 US Phased Array Entwicklung Geräte-Bibliothek zur Ansteuerung Funktionsgeneratorkarte
Verwendung für Ultraschall Phased Array Messungen
Labor & Technik Labor „Virtuelle Instrumentierung“
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 Mainframes
PXI
3xCompactRIO (Programmable Automation Controller inkl. FPGA)
CompactVision (Bildverarbeitung)
30x programmierbare IEEE488 Geräte (Multimeter, Funktionsgeneratoren, Spannungsversorgungen, Frequenzzähler, Oszilloskope, etc.)
Messkarten (PCI und USB), High-Speed Digitizer
FPGA Messkarten (RIO) und Entwicklungsboards (Xilinx)
Diverse Mikrocontrollersysteme als Entwicklungsboards (AVR32, C-Control, NI Elvis, …)
xyz-Tisch der Fa. Isel
Moderne PC-Technik; 15 Arbeitsplätze
Department Lizenzen für Software von National Instruments und Agilent Technologies
Das Labor wurde 2003 von der Firma Agilent Technologies als „Agilent Referenzlabor“ ausgezeichnet.
Ziel
Geräte und Schnittstellen Programmierwerkzeuge Virtuelle Instrumente
Messeinrichtung
Vergleich C mit G
LabVIEW LabVIEW ist ein graphisches Programmiersystem von National
Instruments.
LabVIEW steht für „Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench“.
Ähnliche Systeme anderer Hersteller: Mathworks MATLAB/Simulink Scilab/Xcos Agilent VEE
Stärken von LabVIEW: Breite an unterstützter Hardware und Schnittstellen Hardware und Software (bei Bedarf) von einem Hersteller Vielzahl von Erweiterungsmodulen „echtes“ Deployment möglich
Beispiel: Fit - Instrumentierung
National Instruments
Kunden in mehr als 25000
Unternehmen in über 90 Ländern der
Welt
National Instruments Germany GmbH
gehört zu den 50 besten Arbeitgebern
Deutschlands (ausgezeichnet)
Systemlösungen mit mehr als 600
Alliance-Partnern
Portfolio von über 1000 Produkten
Marktführer und Industriestandard
NI Hardware
LabVIEW Schwerpunkte
LabVIEW - Einsatzgebiete
LabVIEW – weitere Plattformen
LabVIEW Bücher
LabVIEW - Historie
Instrumentierung im Wandel der Zeit
Embedded PCs,
Echtzeit, modulare
Instrumentierung
(VXI, PXI)
Die Software wird
zum Messinstrument
GPIB
Herkömmliche
Instrumentierung
Virtuelles Instrument
Virtuelle Instrumente im gesamten
Design- und Produktionsprozess
Virtuelle Instrumentierung
Simulation
LabVIEW Control Design
and Simulation Module:
Regelkreise
Full System Simulation
Hardware-in-the-Loop
Implementation
Simulation - Modellierung
Dynamisches System
Design Prozess
