发布日期：2025/2/22

［编辑简介］：本文介绍了几个NI获奖方案，包括使用NI LabVIEW和CompactRIO，创建灌注系统自动进行细胞分泌分析；使用CompactRIO在全球鹰无人驾驶飞机上监视大气层臭氧状况；在CompactRIO平台上开发一个LabVIEW应用程序来控制废热引擎。
［摘要］：对于I型糖尿病患者胰岛细胞分泌的常规分析，改进分析的处理能力和可重复性。
［关键词］：NI 图形化系统设计 LabVIEW CompactRIO

人道主义奖
灌注系统自动进行细胞分泌分析

挑战：对于I型糖尿病患者胰岛细胞分泌的常规分析，改进分析的处理能力和可重复性。

解决方案：

       使用NI LabVIEW和CompactRIO，创建自动灌注系统通过总环境控制刺激细胞类型，并收集分泌物。

利用LabVIEW 和CompactRIO，我们快速、低成本地创建了Biorep灌注系统

       Biorep Technologies是一家设计隔离胰腺中特定细胞（胰岛细胞）所需设备的公司。这个复杂的处理过程涉及20多台不同的设备，其中5台要求高度自动化。这些机器的自动化采用了不同平台和程序设计语言。随着公司的发展，新的问题也随之产生，由于拥有多条学习曲线，冗长的文档，一级平台间的不同的通信协议，使得效率很低。

       在充分了解了NI产品之后，我们开始将LabVIEW用于所有的自动装置，这样就只需要一个通用的平台，一条学习曲线，一级一个更加简单的供应链。其完善的调试工具和远程故障诊断功能，为我们在时间和出行成本上节省了超过一万美元。

       我们的软件工程师采用LabVIEW和CompactRIO，仅用了3个月的时间，就创建了一个复杂的自动化仪器。该仪器包括多轴运动控制（步进电机），精确的保温室温度控制，和复杂的流体处理（ 电阀门矩阵控制）。我们采用LabVIEW Real-Time和LabVIEW FPGA模块开发软件架构。采用LabVIEW NI SoftMotion 模块进行实际运动仿真，使我们在制作物理原型之前可以预测和优化设计，以及评估不同设计理念。利用LabVIWE和CompactRIO，我们的开发时间从12个月减少到3个月，并且避免了开发定制控制软件和驱动的必要。

       我们最初将Biorep灌注系统作为测试试管胰岛能力的工具。之后，其功能扩展到了用来测量由原始胰脏干细胞分化成的不同细胞的分泌物，而且已经成为制药企业探索新药过程中的一个不可或缺的组成部分。

– Felipe Echeverri, Biorep Technologies Inc.

编辑推荐奖
使用CompactRIO在全球鹰无人驾驶飞机（Global Hawk UAV）上监视大气层臭氧状况

挑战: 开发一台可以工作于NASA全球鹰无人驾驶飞机（Unmanned Aeronautical Vehicle） 上的臭氧状况监视仪器。要求其可以与地面通讯，进行数据的本地流盘，并且能够通过网络时钟协议（NTP）同步。

解决方案:

       使用CompactRIO来为无人驾驶臭氧监控系统（UAS O3）发布指令，完成控制并且实现通讯。

       基于CompactRIO的臭氧监控设备成功地装配于NASA全球鹰无人驾驶飞机上，摄于NASA德莱顿飞行研究中心

       隶属美国国家海洋和大气治理署，位于科罗拉多州圆石县（Boulder, Colorado）的地球系统研究实验室一直致力于研究支配地球大气层中的化学反应和长期气候变化的一系列过程，进而预测大气的行为模式。

       我们一直在使用的臭氧监测仪器有22年的历史，重量达到57磅。我们需要升级这个仪器，减小重量，并增加网络功能。

       我们的新型UAS O3臭氧测试仪是一台吸收式双束紫外线强度计。其中一束用以测量采集的大气样本中的臭氧状况，另一束则穿过经过臭氧过滤器的相同的大气样本。此套仪器重量仅为37磅，使用28V直流供电，其采样率从0.5到10赫兹可调。

       Compact RIO控制器满足测试仪器要求的高处理速度、低能耗、高机械强度和尺寸要求，能够在海拔64,000英尺高空的无人驾驶飞机上（如NASA的全球鹰UAV）完成非加压大气数据的收集以及通讯。

– Laurel Watts, NOAA

绿色工程奖
控制Echogen能源系统公司的废热引擎

挑战：开发一个实时的应用程序来控制和监视Echogen能源系统公司的废热引擎，同时创建一个基于Windows操作系统的应用程序来实现整体系统的远程及本地监控。

解决方案：

       在CompactRIO平台上开发一个LabVIEW应用程序来控制废热引擎，使用多PID闭环控制以达到对系统确定性的要求。

       Echogen能源系统公司的废热引擎面向于工业废热回收，可以从多种能量来源中获取热能。我们在其基本设备的基础上，为标称净额定功率为250kW的废热引擎开发了控制器与装置健康状况监视系统。

       为了达到严格的I/O同步指标，我们选择了CompactRIO实时控制器。这个热机主要的设计目的是用于测试，系统要求包括超过75个传感器信号的采集以及通过Modbus、模拟、数字信号控制超过40台的仪器。另外，在读取的系统变量（如：系统压力，流体温度，涡轮机载荷）的基础上，我们采用多PID控制算法来控制这个系统。

       在系统架构上，这台系统是远程运行的，但是我们设计了一个本地的人机接口（HMI）来实现控制与监视。同时，我们在Windows电脑以及运行LabVIEW应用程序的实时控制器之间用以太网连接实现了网络发布的共享变量，以此完成了过程数据的交互和基于消息的信息通讯。

       同时，运行LabVIEW实时应用程序的CompactRIO控制器具有多核的中央处理器。而NI分布式系统管理器在开发的过程中给了我们很大的帮助，使我们可以不用自己开发应用程序就能全面地监视网络中各个系统的信息、管理发布的数据、存取网络发布共享变量和I/O变量。我们甚至可以不需要任何人机界面就可以调整网络发布共享变量的值来远程调试和校准过程参数。使用NI提供的各种工具包和开发模块，让我们能够快速地调整系统以满足我们客户更进一步的需求。

– Darryn La Zar, Wineman Technology Inc.