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

人道主義獎

灌注系統(tǒng)自動進(jìn)行細(xì)胞分泌分析

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

解決方案：使用NILabVIEW和CompactRIO，創(chuàng)建自動灌注系統(tǒng)通過總環(huán)境控制刺激細(xì)胞類型，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(tǒng)

BiorepTechnologies是一家設(shè)計(jì)隔離胰腺中特定細(xì)胞(胰島細(xì)胞)所需設(shè)備的公司。這個復(fù)雜的處理過程涉及20多臺不同的設(shè)備，其中5臺要求高度自動化。這些機(jī)器的自動化采用了不同平臺和程序設(shè)計(jì)語言。隨著公司的發(fā)展，新的問題也隨之產(chǎn)生，由于擁有多條學(xué)習(xí)曲線，冗長的文檔，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，我們開始將LabVIEW用于所有的自動裝置，這樣就只需要一個通用的平臺，一條學(xué)習(xí)曲線，一級一個更加簡單的供應(yīng)鏈。其完善的調(diào)試工具和遠(yuǎn)程故障診斷功能，為我們在時間和出行成本上節(jié)省了超過一萬美元。

我們的軟件工程師采用LabVIEW和CompactRIO，僅用了3個月的時間，就創(chuàng)建了一個復(fù)雜的自動化儀器。該儀器包括多軸運(yùn)動控制(步進(jìn)電機(jī))，精確的保溫室溫度控制，和復(fù)雜的流體處理(電閥門矩陣控制)。我們采用LabVIEWReal-Time和LabVIEWFPGA模塊開發(fā)軟件架構(gòu)。采用LabVIEWNISoftMotion模塊進(jìn)行實(shí)際運(yùn)動仿真，使我們在制作物理原型之前可以預(yù)測和優(yōu)化設(shè)計(jì)，以及評估不同設(shè)計(jì)理念。利用LabVIWE和CompactRIO，我們的開發(fā)時間從12個月減少到3個月，并且避免了開發(fā)定制控制軟件和驅(qū)動的必要。

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

–FelipeEcheverri,BiorepTechnologiesInc.

編輯推薦獎

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

挑戰(zhàn):開發(fā)一臺可以工作于NASA全球鷹無人駕駛飛機(jī)(UnmannedAeronauticalVehicle)上的臭氧狀況監(jiān)視儀器。要求其可以與地面通訊，進(jìn)行數(shù)據(jù)的本地流盤，并且能夠通過網(wǎng)絡(luò)時鐘協(xié)議(NTP)同步。

解決方案:使用CompactRIO來為無人駕駛臭氧監(jiān)控系統(tǒng)(UASO3)發(fā)布指令，完成控制并且實(shí)現(xiàn)通訊。

基于CompactRIO的臭氧監(jiān)控設(shè)備成功地裝配于NASA全球鷹無人駕駛飛機(jī)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(tǒng)研究實(shí)驗(yàn)室一直致力于研究支配地球大氣層中的化學(xué)反應(yīng)和長期氣候變化的一系列過程，進(jìn)而預(yù)測大氣的行為模式。

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我們一直在使用的臭氧監(jiān)測儀器有22年的歷史，重量達(dá)到57磅。我們需要升級這個儀器，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強(qiáng)度計(jì)。其中一束用以測量采集的大氣樣本中的臭氧狀況，另一束則穿過經(jīng)過臭氧過濾器的相同的大氣樣本。此套儀器重量僅為37磅，使用28V直流供電，其采樣率從0.5到10赫茲可調(diào)。

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

–LaurelWatts,NOAA

綠色工程獎

控制Echogen能源系統(tǒng)公司的廢熱引擎

挑戰(zhàn)：開發(fā)一個實(shí)時的應(yīng)用程序來控制和監(jiān)視Echogen能源系統(tǒng)公司的廢熱引擎，同時創(chuàng)建一個基于Windows操作系統(tǒng)的應(yīng)用程序來實(shí)現(xiàn)整體系統(tǒng)的遠(yuǎn)程及本地監(jiān)控。

解決方案：在CompactRIO平臺上開發(fā)一個LabVIEW應(yīng)用程序來控制廢熱引擎，使用多PID閉環(huán)控制以達(dá)到對系統(tǒng)確定性的要求。

Echogen能源系統(tǒng)公司的廢熱引擎面向于工業(yè)廢熱回收，可以從多種能量來源中獲取熱能。我們在其基本設(shè)備的基礎(chǔ)上，為標(biāo)稱凈額定功率為250kW的廢熱引擎開發(fā)了控制器與裝置健康狀況監(jiān)視系統(tǒng)。

為了達(dá)到嚴(yán)格的I/O同步指標(biāo)，我們選擇了CompactRIO實(shí)時控制器。這個熱機(jī)主要的設(shè)計(jì)目的是用于測試，系統(tǒng)要求包括超過75個傳感器信號的采集以及通過Modbus、模擬、數(shù)字信號控制超過40臺的儀器。另外，在讀取的系統(tǒng)變量(如：系統(tǒng)壓力，流體溫度，渦輪機(jī)載荷)的基礎(chǔ)上，我們采用多PID控制算法來控制這個系統(tǒng)。

在系統(tǒng)架構(gòu)上，這臺系統(tǒng)是遠(yuǎn)程運(yùn)行的，但是我們設(shè)計(jì)了一個本地的人機(jī)接口(HMI)來實(shí)現(xiàn)控制與監(jiān)視。同時，我們在Windows電腦以及運(yùn)行LabVIEW應(yīng)用程序的實(shí)時控制器之間用以太網(wǎng)連接實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)發(fā)布的共享變量，以此完成了過程數(shù)據(jù)的交互和基于消息的信息通訊。

同時，運(yùn)行LabVIEW實(shí)時應(yīng)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(tǒng)管理器在開發(fā)的過程中給了我們很大的幫助，使我們可以不用自己開發(fā)應(yīng)用程序就能全面地監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)中各個系統(tǒng)的信息、管理發(fā)布的數(shù)據(jù)、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(jī)界面就可以調(diào)整網(wǎng)絡(luò)發(fā)布共享變量的值來遠(yuǎn)程調(diào)試和校準(zhǔn)過程參數(shù)。使用NI提供的各種工具包和開發(fā)模塊，讓我們能夠快速地調(diào)整系統(tǒng)以滿足我們客戶更進(jìn)一步的需求。