使用NILabVIEW和CompactRIO創(chuàng )建自動(dòng)灌注系統

人道主義獎

灌注系統自動(dòng)進(jìn)行細胞分泌分析

挑戰：對于I型糖尿病患者胰島細胞分泌的常規分析，改進(jìn)分析的處理能力和可重復性。

解決方案：使用NILabVIEW和CompactRIO，創(chuàng )建自動(dòng)灌注系統通過(guò)總環(huán)境控制刺激細胞類(lèi)型，并收集分泌物。

利用LabVIEW和CompactRIO，我們快速、低成本地創(chuàng )建了Biorep灌注系統

BiorepTechnologies是一家設計隔離胰腺中特定細胞(胰島細胞)所需設備的公司。這個(gè)復雜的處理過(guò)程涉及20多臺不同的設備，其中5臺要求高度自動(dòng)化。這些機器的自動(dòng)化采用了不同平臺和程序設計語(yǔ)言。隨著(zhù)公司的發(fā)展，新的問(wèn)題也隨之產(chǎn)生，由于擁有多條學(xué)習曲線(xiàn)，冗長(cháng)的文檔，一級平臺間的不同的通信協(xié)議，使得效率很低。

在充分了解了NI產(chǎn)品之后，我們開(kāi)始將LabVIEW用于所有的自動(dòng)裝置，這樣就只需要一個(gè)通用的平臺，一條學(xué)習曲線(xiàn)，一級一個(gè)更加簡(jiǎn)單的供應鏈。其完善的調試工具和遠程故障診斷功能，為我們在時(shí)間和出行成本上節省了超過(guò)一萬(wàn)美元。

我們的軟件工程師采用LabVIEW和CompactRIO，僅用了3個(gè)月的時(shí)間，就創(chuàng )建了一個(gè)復雜的自動(dòng)化儀器。該儀器包括多軸運動(dòng)控制(步進(jìn)電機)，精確的保溫室溫度控制，和復雜的流體處理(電閥門(mén)矩陣控制)。我們采用LabVIEWReal-Time和LabVIEWFPGA模塊開(kāi)發(fā)軟件架構。采用LabVIEWNISoftMotion模塊進(jìn)行實(shí)際運動(dòng)仿真，使我們在制作物理原型之前可以預測和優(yōu)化設計，以及評估不同設計理念。利用LabVIWE和CompactRIO，我們的開(kāi)發(fā)時(shí)間從12個(gè)月減少到3個(gè)月，并且避免了開(kāi)發(fā)定制控制軟件和驅動(dòng)的必要。

我們最初將Biorep灌注系統作為測試試管胰島能力的工具。之后，其功能擴展到了用來(lái)測量由原始胰臟干細胞分化成的不同細胞的分泌物，而且已經(jīng)成為制藥企業(yè)探索新藥過(guò)程中的一個(gè)不可或缺的組成部分。

–FelipeEcheverri,BiorepTechnologiesInc.

編輯推薦獎

使用CompactRIO在全球鷹無(wú)人駕駛飛機(GlobalHawkUAV)上監視大氣層臭氧狀況

挑戰:開(kāi)發(fā)一臺可以工作于NASA全球鷹無(wú)人駕駛飛機(UnmannedAeronauticalVehicle)上的臭氧狀況監視儀器。要求其可以與地面通訊，進(jìn)行數據的本地流盤(pán)，并且能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò )時(shí)鐘協(xié)議(NTP)同步。

解決方案:使用CompactRIO來(lái)為無(wú)人駕駛臭氧監控系統(UASO3)發(fā)布指令，完成控制并且實(shí)現通訊。

基于CompactRIO的臭氧監控設備成功地裝配于NASA全球鷹無(wú)人駕駛飛機上，攝于NASA德萊頓飛行研究中心

隸屬美國國家海洋和大氣治理署，位于科羅拉多州圓石縣(Boulder,Colorado)的地球系統研究實(shí)驗室一直致力于研究支配地球大氣層中的化學(xué)反應和長(cháng)期氣候變化的一系列過(guò)程，進(jìn)而預測大氣的行為模式。

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我們一直在使用的臭氧監測儀器有22年的歷史，重量達到57磅。我們需要升級這個(gè)儀器，減小重量，并增加網(wǎng)絡(luò )功能。

我們的新型UASO3臭氧測試儀是一臺吸收式雙束紫外線(xiàn)強度計。其中一束用以測量采集的大氣樣本中的臭氧狀況，另一束則穿過(guò)經(jīng)過(guò)臭氧過(guò)濾器的相同的大氣樣本。此套儀器重量?jì)H為37磅，使用28V直流供電，其采樣率從0.5到10赫茲可調。

CompactRIO控制器滿(mǎn)足測試儀器要求的高處理速度、低能耗、高機械強度和尺寸要求，能夠在海拔64,000英尺高空的無(wú)人駕駛飛機上(如NASA的全球鷹UAV)完成非加壓大氣數據的收集以及通訊。

–LaurelWatts,NOAA

綠色工程獎

控制Echogen能源系統公司的廢熱引擎

挑戰：開(kāi)發(fā)一個(gè)實(shí)時(shí)的應用程序來(lái)控制和監視Echogen能源系統公司的廢熱引擎，同時(shí)創(chuàng )建一個(gè)基于Windows操作系統的應用程序來(lái)實(shí)現整體系統的遠程及本地監控。

解決方案：在CompactRIO平臺上開(kāi)發(fā)一個(gè)LabVIEW應用程序來(lái)控制廢熱引擎，使用多PID閉環(huán)控制以達到對系統確定性的要求。

Echogen能源系統公司的廢熱引擎面向于工業(yè)廢熱回收，可以從多種能量來(lái)源中獲取熱能。我們在其基本設備的基礎上，為標稱(chēng)凈額定功率為250kW的廢熱引擎開(kāi)發(fā)了控制器與裝置健康狀況監視系統。

為了達到嚴格的I/O同步指標，我們選擇了CompactRIO實(shí)時(shí)控制器。這個(gè)熱機主要的設計目的是用于測試，系統要求包括超過(guò)75個(gè)傳感器信號的采集以及通過(guò)Modbus、模擬、數字信號控制超過(guò)40臺的儀器。另外，在讀取的系統變量(如：系統壓力，流體溫度，渦輪機載荷)的基礎上，我們采用多PID控制算法來(lái)控制這個(gè)系統。

在系統架構上，這臺系統是遠程運行的，但是我們設計了一個(gè)本地的人機接口(HMI)來(lái)實(shí)現控制與監視。同時(shí)，我們在Windows電腦以及運行LabVIEW應用程序的實(shí)時(shí)控制器之間用以太網(wǎng)連接實(shí)現了網(wǎng)絡(luò )發(fā)布的共享變量，以此完成了過(guò)程數據的交互和基于消息的信息通訊。

同時(shí)，運行LabVIEW實(shí)時(shí)應用程序的CompactRIO控制器具有多核的中央處理器。而NI分布式系統管理器在開(kāi)發(fā)的過(guò)程中給了我們很大的幫助，使我們可以不用自己開(kāi)發(fā)應用程序就能全面地監視網(wǎng)絡(luò )中各個(gè)系統的信息、管理發(fā)布的數據、存取網(wǎng)絡(luò )發(fā)布共享變量和I/O變量。我們甚至可以不需要任何人機界面就可以調整網(wǎng)絡(luò )發(fā)布共享變量的值來(lái)遠程調試和校準過(guò)程參數。使用NI提供的各種工具包和開(kāi)發(fā)模塊，讓我們能夠快速地調整系統以滿(mǎn)足我們客戶(hù)更進(jìn)一步的需求。