한국내쇼날인스트루먼트는 매년 ‘버추얼 인스트루먼트 기술 고객 솔루션 콘테스트’를 개최한다. 2008년에 선정된 다양한 수상작들을 총 3회에 걸쳐 소개하기로 한다.

버추얼 인스트루먼트 활용 사례

자료제공│한국내쇼날인스트루먼트

LabVIEW를 이용한 도퓰러 레이다 바이오 모니터링 시스템

- 소속: 김진승/김기두 석사과정, 국민대학교 전자공학과
- 사용 솔루션: LabVIEW

해결 과제

데이터 획득 및 필터링, PCA(Prin-cipal Component Analysis), 칼만 필터(Kalman Filter)를 구현하고 해당 자료를 도식화하고자 한다.

솔루션

PCA나 칼만 필터에 적용되는 Matrix 연산을 SubVI를 이용하여 단순화된 블록으로 나타낼 수 있었기 때문에 C 나 다른 언어를 사용했을 때 보다 개발 기간을 매우 단축할 수 있었으며 인터페이스 구성이 간단하여 디버깅과 업데이트가 비교적 단순하게 이루어 질 수 있었다.

애플리케이션 요약

LabVIEW를 이용하여 도퓰러 레이다 바이오 모니터링 시스템의 신호 처리 시스템을 구축하였다. 하드웨어에서 들어온 기저대역 신호의 신호 처리 과정에 PCA와 칼만 필터링이 적용되었고 이를 LabVIEW로 구현하였고 AWGN 등 여러 가지 모델들을 임의로 추가/제거하여 성능을 시험할 수 있도록 하였다. 심신호의 주파수에 따라 필터링 후 결과를 출력한다.

결론

 블록의 흐름을 눈으로 확인할 수 있어서 비교적 간단히 디버깅이 가능했다. 그 결과 신호처리 시스템의 개발기간을 단축할 수 있었고 입력 방식을 시리얼로 변환할 때에도 간단히 블록을 교체하여 구현하였고 Matrix 연산도 블록도로 구성하여 다른 사람이 이해 하기 쉬운 장점이 있다.

그림 1. 프런트 패널

그림 2. 필터링 결과

PCB 마운트 상태 검사 자동화

- 소속: 마용길 계장, (주)대성엘텍
- 사용 솔루션: PCI-6528, PCI-4060, PCI-4462, PCI-6711, HS-GPIB-USB, LabVIEW

해결 과제

핀 검사의 불안정성을 고려하여 작업자 위주의 검사에서 자동화 위주의 검사로 전환시켰다.

솔루션

DAQ 카드를 이용하여 오디오 분석기를 대신하고, DMM 카드를 이용하여 멀티미터의 기능을 대신한다. 또한 IO카드를 이용하여 제품을 자동 제어하고 GPIB, RS232를 이용하여 검사에 필요한 부수의 계측기를 자동 제어하여 제품의 자동검사를 모색할 수 있게 되었다.

왼쪽 상단에 전원 버튼을 누르면 오른쪽 하단의 TCP/IP주소로 CAN 통신 프로그램을 제어하여 CAN 명령어가 제품에 전달됨과 동시에 IO(6528)카드를 통해 제품의 전원을 인가하여 공급을 제어한다. 검사 완료 시, 에러의 경우 빨간색으로 NG를 표시하고 기준에 합당한 경우 파란색으로 PASS를 나타낸다.

애플리케이션 요약

전자제품을 생산할 때 완제품 이전에 PCB 상태의 검사를 진행한다. 이를 마운트 검사라 칭한다. 이 마운트 검사는 PCB 상태이기 때문에 작업자 위주의 검사이며 설비 위주의 자동화 검사로 전환시켜야 한다. 

결론

기존 검사 시스템을 이용하면 공정으로 투자비 3천 만원이 소요된다. 하지만 측정 카드와 LabVIEW를 이용하여 구현함으로써 투자액이 1천 4백 만원으로 약 1천 6백 만원을 절감하고 작업 인원을 기존 2명에서 1명으로 줄일 수 있었다.

LabVIEW를 이용하여 검사 자동화를 구현하자 고객인 대우자동차로부터 공정 능력에 좋은 평가를 얻었으며, 당사 검사 공정에 대한 신뢰도를 쌓았다. 

NI PXI 모듈을 이용한 Thermal TAS 제어 계측 시스템

- 소속: 이용훈 대리 , 네오엔시스
- 사용 솔루션: PXI 시스템, LabVIEW, 시리얼 통신, PXI-6602 카운터

해결과제

본 시스템은 Thermal TAS의 Cantilevered Sample Stage와 Analyzer/Detector 시스템을 제어하는 ‘모션 컨트롤 유닛’에 PXI 기반의 중성자 검출기의 출력신호를 측정하는 데이터 수집 시스템을 구성하고 PXI 시스템을 원격에서 제어할 수 있는 네트워크 제어 시스템을 구성하고자 한 것이다. 주요 기능은 다음과 같다.

- Sample Table 및 Analyzer Table의 모터 위치 확인 및 제어 기능
- 중성자 검출기의 출력 펄스 측정 및 디스플레이
- Jog 운전 및 Step 운전 편집/설정
- 데이터베이스를 이용한 시험 데이터 관리
- 측정값 분석을 위한 차트
- 구동부 각 축의 Limit Switch 및 I/O 상태 모니터링

솔루션

PXI 리모트 컨트롤러(PXI 8336)와 PXI 이더넷 모듈(PXI 8231), 시리얼 통신 모듈(PXI 8430), 고속카운터 (PXI 6602) 등으로 구성하였다. NI의 드라이버 지원과 안정적인 데이터 통신으로 인하여 빠르고 쉬운 개발이 가능하였다.

애플리케이션 요약

TAS는 중성자 비탄성 산란 실험을 통해 원자 크기 수준에서의 물질의 운동 상태나 자기모멘트(스핀)의 에너지 상태를 연구하는 장치이다. 본 장치는 단색기(Monochromator) 회전축, 시료대(Sample Table) 회전축과 더불어 해석기(Analyzer) 회전축, 3개의 주요 회전축을 포함하는 장치이어서 ‘삼축분광장치’라 부른다. 그 외에도 부수적으로 구동하는 모터는 수십 개에 달하는 복잡한 구동 복합체이다.

본 시스템의 특징은 TAS시스템의 시료 환경 장치의 모션 제어 및 각종 계측기의 입출력을 PXI-PCI8336 키트를 사용하여 광섬유 케이블로 연결된 완전히 투명한 MXI-4 링크를 통해 PXI 모듈을 컴퓨터에 직접 설치된 PCI 모듈처럼 사용할 수 있도록 원격 컨트롤 PXI 시스템을 구성하였다는 점이다.

결론

리모트 컨트롤 모듈, 이더넷 모듈, 시리얼 통신 모듈, 고속 카운터 모듈 같은 NI의 모듈화된 제품으로 인하여 빠르고 저렴하게 시스템을 구성할 수 있었다.

이는 바로 LabVIEW와 연계하여 각종 드라이버 및 함수가 지원되어 모니터링 및 제어할 수 있는 프로그램 개발 시 개발기간을 단축시키는 효과를 제공하였으며 상당히 안정적인 데이터 취득이 가능한 결과를 낳았다. 제품 선정 시 NI의 기술 지원도 상당한 영향을 끼쳤으며 타사 제품군을 선택하여 각각의 모듈을 구성하였다면 비용뿐 아니라 시간적으로도 고전을 면치 못했을 것이라 생각한다.

그림 1. 원자로내 TAS 시스템 구성도

그림 2. TAS 시스템의 NI 컨트롤러를 포함한 하드웨어 구성도 

그림 3. Standard 19˝ Rack을 사용하고 NI 모듈 및 각종 계측기로 구성된 컨트롤 유닛

그림 4. LabVIEW를 사용하여 개발된 TAS 시스템 운용 소프트웨어 화면

그림 5. 제어 프로그램 중 모션 동작 및 상태 확인 기능의 코드 일부