集成机器视觉与运动控制的高速工业自动化应用-Final

NI运动控制器
运动控制板卡
NI运动助手加速开发 板载DSP加速程序运行
运动控制板卡 UMI (连接NI或第三方驱动)
基于PAC的运动控制器
FPGA芯片40M Hz时钟加速处理 LabVIEW Soft Motion模块协助开发
cRIO 9505驱动接口模块
直接连接上百种第三方电机驱动器
将FPGA用于运动控制的优势
– 超过 200 种图像处理与分析函数 – 利用 LabVIEW, C, C++, Visual Basic, 以及 Measurement Studio 进行编程 – 交互式原型工具：视觉助手
LabVIEW下强大的图像处理功能
图像预处理 图像采集
• • • • • • • 遮光校正 去模糊 去噪 对比度增强 特征增强 灰度形态学 频域滤波
– 大型车间/流水线的多点监控 – 大型机械的机器状态分析 – 桥梁建筑的结构分析
• 应用要求：
– 丰富的I/O – 分布式同步
高速、精确的测量各类模拟/数字信号
• 内置信号调理，连接任意传感器
– 温度、压力、应变、流量、负载、pH、振动、图像… – 隔离、滤波、桥接、激励、放大、校准…
• 模拟(电压/电流)
Programmable Automation Controller √ 可编程自动化控制器 √ √
PC的灵活性与兼容性
PLC工业级的可靠性
商业现成可用的处理技术
NI工业自动化平台的优势
分布式 同步采集
在线分析 与快速决策
多领域功能 视觉+运动
高精度采集 长距离同步
分布式同步采集的应用需求
• 典型应用
• 简单易用的配置工具
– 集成LabVIEW项目 图形化配置窗口 – 集成SolidWorks软件 – 交互式测试面板
Power
Stop
Gearing
Camming
Reset Position
Find reference
Position Capture
Arc
Position Compare Straight Line
• 可靠性：
– 直接的硬件电路，可靠性高 – 适用于急停设备、恶劣工作环境
演示：高速电锯制动系统
NI工业自动化平台的优势
分布式 同步采集
在线分析 与快速决策
多领域功能 视觉+运动
机器视觉 电机控制
NI工业自动化平台下的多领域功能
生产管理层
HMI 显示
历史 数据
报警 机制
工业 界面
批处 理
质量 控制 & SPC
温度、压力、振动、继电器等各种传感器
实时以太网I/O
视觉系统
运动控制
1
1
NI工业自动化控制器PAC
Compact FieldPoint
CompactRIO
PXI/CompactPCI
实时操作系统 - 20 °C ~55 °C
FPGA - 40°C ~70 °C
多核处理器 - 20 °C ~55 °C
•
图像采集卡
– 支持PCI, PXI, PCIe总线 – 支持摄像头 模拟：标准/非标 数字：1394, GigE, Line Scan, Camera Link
灵活易用的视觉开发方式
•
– – – – – 超过 100 种算法 菜单配置，无需编程 直接硬件连接 内置工业协议
• NI视觉开发模块 VDM
实时处理器
可重新配置的FPGA
I/O I/O
Real-Time Controller
I/O I/O
I/O
I/O I/O I/O
I/O 模块 NI PAC平台——CompactRIO
坚固可靠 • -40~70 °C温度范围 • 抗50g冲击, 5g振动
低功耗 •9~35V DC供电，7-10W典型值
基于FPGA的硬件决策实现更高确定性
…
LabVIEW 平台下的数 据管理工具
通讯架构(OPC, Modbus, CANopen, Ethernet, etc.) PACs, PLCs, RTUs, Vision, Motion
工业通讯 协议连接 现场设备
基于NI PAC扩展的视觉与图像处理
工业自动化
• 制造业测试 • 生产线产品质量检验 • EOL测试
• • • • 坚固小巧 性价比高 灵活可靠 快速升级
• • • •
外接16个1394摄像头 29条工业I/O 多种总线支持 功能强大
基于NI PAC扩展的视觉与图像处理
• NI嵌入式视觉系统
– 支持GigE, 1394相机 – 29条可配置数字I/O – DVI图像输出
图像处理与研究
• 实验室研发 • 高精度工业应用 • 工业机器
• 智能出错诊断以及处理(纳秒/微秒级响应时间)
– 减速/急停 – 运动轨迹切换 – 运行关机序列
• 高可靠性
– 无需操作系统
• 高性能
– 200 kHz ( 5微秒)的伺服刷新率
NI运动控制新特性
• 全新！LabVIEW NI SoftMotion模块
– 从单轴到复杂的多轴运动控制，全面简化编程 – 内置多种高级运动控制函数
• • •
纳秒级确定性 开放的FPGA编程 简单易用的以太网连接
NI cRIO-9074
(两个以太网接口)
(EtherCAT)
NI PXI System
(两个以太网接口)
NI 9144扩展Iwk.baidu.comO
NI工业自动化平台的优势
分布式 同步采集
在线分析 与快速决策
多领域功能 视觉+运动
丰富的函数库 即时控制
强大的信号处理和控制工具——LabVIEW
• 图形化的环境，加速算法开发和验证 • 处理分析工具：
– 数学运算、 – 信号处理与分析、联合时频分析 – 曲线拟合插值、数字滤波器、阶次振动分析…
• 控制工具包：
– PID、控制设计与仿真 – 无模型自适应控制 （第三方）
内置上千种函数
采用FPGA技术，缩短响应时间
集成机器视觉与运动控制的高速 工业自动化应用
技术市场工程师 方慧敏
议程
• 工业自动化应用的需求 • 什么是PAC • NI工业自动化平台满足工业新挑战
– 分布式同步 – 快速决策 – 多领域功能
• 基于NI PAC扩展的视觉与运动功能 • 小结
工业自动化应用的新需求
运动控制 机器视觉
快速决策 同步采集
• 全新！C系列驱动接口模块951x
– 直接连接上百种伺服与步进电机 – 支持CompactRIO扫描模式 – NI 9512、NI 9514、NI 9516
LabVIEW Softmotion模块
• 内置高级函数
– 直线，弧形，轮廓线运动轨迹生成 – 电子传动与凸轮系统 – 基于PLCopen标准的函数快
Nucor钢铁公司电压闪变控制
• 美国最大废钢回收公司使用 PAC降低电网损耗
– 监控电压变化，去除电网闪变
• NI LabVIEW + PAC系统
– 快速分析 – 及时响应
“相比于PLC及梯形图逻辑编程方法，使用LabVIEW编程及PAC能够提高十倍的效率，同 时大幅降低了设备自动化的成本。” – Dave Brandt, Nucor Corp.
PPS (或IRIG-B)
• 基于实时以太网的同步（距离长，精度高）
940x GPS 92xx 92xx
S.E.A. Module
R T
FPGA
940x 92xx 92xx 92xx R T FPGA
• 基于信号的同步（距离中，精度高）
R T
FPGA
R T
FPGA
基于实时以太网的分布式与同步
主机
(TCP/IP)
– 更新率/采样率：100Hz ~ 800kHz
– 精度：8 ~ 24-bit
NI以及第三方超过30余种模块
• 数字(IEC-61131 电平)
– 30V、60V、150V工业电平
– 通道接地双隔离屏障
NI PAC平台的同步方案——CompactRIO
940x 92xx 92xx 92xx
– 中距离传输 (几米) – 9401/2 数字I/O模块进行定时
多领域功能
扩展的视觉功能 基于FPGA的运动控制
更多相关资源请访问：ni.com/pac/zhs
较长的软件响应时间
输入
UUT
~25 ms 响应
输出
硬 件
操 作 系 统
应 用 软 件
算 法 执 行
基于FPGA的硬件决策实现更高确定性
更快的硬件响应时间
输入
FPGA
UUT
~25 ns 响应
输出
硬 件
实 现 算 法
实 时 操 作 系 统
应 用 软 件
采用FPGA技术的优势
• FPGA平台的确定性
– 40MHz时钟 – 200k~1MHz PID 循环 – 响应时间<1µ s
在线分析
基于LabVIEW的NI工业自动化平台
NI工业自动化架构
数据记录与监控(DSC) HMI PDA
第三方监控系统
数据库 SCADA
工厂监控 管理系统
PAC——可编程自动化控制器
开发软件
第三方设备
自动化 控制器
CompactFieldPoint
CompactRIO
PXI
PLC
传感器与 I/O扩展
Read
Write
Clear Faults
Contour
智能化钢球自动分拣分拣系统
• 集成的运动控制、机器视觉、人机界面 • 高速的控制与通信功能
NI工业自动化平台实现工业应用新需求
基于LabVIEW的可编程自动化控制器助您实现
分布式同步采集
高精度采集 长距离同步
在线分析与快速决策
丰富的函数库 即时控制
图像预处理
• • • • • • • 遮光校正 去模糊 去噪 对比度增强 特征增强 灰度形态学 频域滤波
图像应用
• • • • • • • 亮度测量 OCR 模式识别 距离测定 条形码识别 颗粒分析 …
LabVIEW下强大的图像处理功能
图像预处理
• • • • • • • 遮光校正 去模糊 去噪 对比度增强 特征增强 灰度形态学 频域滤波 消除运动模糊 边缘增强 频谱模版 维纳滤波 Top-Hat变换 局部增强 直方图均衡 同态滤波
时钟/触发信号 (或IRIG-B)
• 基于GPS的同步（距离最长，精度最低） External
– 外置GPS接收器或第三方模块
GPS Receive r
940x 92xx 92xx 92xx
• 基于IEEE 1588的软件同步（距离长，精度低）
– 使用网络中最高精度的时钟 – 自主的将所有的时钟与主同步,补偿传输延迟