la migrazione parallela: alla scoperta delle potenzialità delle tecnologie multicore e concorrenti
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8/14/2019 La migrazione parallela: alla scoperta delle potenzialit delle tecnologie multicore e concorrenti
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Benvenuti
Augusto Mandelli - Area Sales Manager NI Italy
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15^ edizione
1000 mq di area espositiva31 Espositori
16 Sessioni tecniche
2 Nuove aree pratiche
110 Customer Solution
Sponsor dellevento
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Partners e Testimonials
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Agenda della giornata - mattina
8:30 Registrazione, Welcome Coffee e Visita all'Area Espositiva
10:00 Benvenuto - National Instruments
10:10Keynote - La migrazione parallela: alla scoperta delle potenzialit
delle tecnologie multicore e concorrenti National Instruments
12:00Il sistema di controllo tempo reale dei collimatori dell`LHC
Dr. Alessandro Masi, CERN
12:30Premiazione dei vincitori del Premio Nicola Chiari per la migliore
applicazione di misura e automazione 2008
12:45 Buffet offerto da NI e visita all'Area Espositiva
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La migrazione parallelaAlla scoperta delle potenzialit delle tecnologie
multicore e concorrenti
Tim Dehne Senior Vice President, R&D NI Corporate
Matteo Bambini Marketing Manager NI Italy & Spain
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Virtual Instrumentation
To do for test and measurement
what the spreadsheet did for financial analysis.
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To do for embedded what the PC did for the desktop.Graphical System Design
National Instruments Vision Evolved
Complex instrumentation
RF
Digital
Distributed
Industrial controlRT/FPGA systems
Electronic devices
C code generation
Real-time measurements
Embedded monitoringHardware in the loop
Virtual Instrumentation Embedded Systems
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Graphical System Design
Dataflow C Code Textual Math Simulation Statechart
Commercial PCs PXI Systems CompactRIO Custom DesignCustom Hardware
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3 GHz
SingleCore
Quad Core
Octal Core
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Parallel Architectures Drive Performance
1,000
10,000
100,000
1,000,000
10,000,000
100,000,000
1,000,000,000
1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
Clock Speed (kHz) Transistor Count
Intel QX6700 Quad-
Core Processor Pair of Core 2 dies in single package
2.66 GHz CPU speed
Faster processors Multicore processors
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To fully exploit the power of processors
working in parallel...new software must deal
with the problem of concurrency."
Bill Gates, Microsoft
Theres a Small Catch
But a parallel programming model
will not emerge for five to 10 years,
according to experts from Microsoft Corp."
Rick Merritt, EE Times
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Inherent Parallelism with LabVIEW
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Traditional Development Tool Challenges
Thread Synchronization
Race conditions
Deadlock/Livelock
Processor Cache Effects
Flow of DataLoad balancing
Sequential
Performance
Scalability to multiple CPUs
Non-determinism
Priority inversion
Lock contention
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Timing
Source
Read ControlAlgorithm Write
Deterministic Multicore Development
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Deterministic Multicore Development
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Multicore Example: High-Speed Control LabVIEWmultithreading on octal-core system using data parallelism
technique
Plasma control in nuclear fusion tokamak, Max Planck Institute (Garching,
Germany)
with LabVIEW, we obtained a 5x processing speed-upon our primary
algorithm by moving to an octal-core processor machine from a single-coreprocessor
Dr. Louis Giannone
Lead Project Researcher
Max Planck Institute
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Lemergere delle tecnologie concorrenti
Single Core
Single Thread
ASICs
Shared Bus
Multicore
Multithread
FPGAs
Point-to-Point Buses
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La programmazione dei thread difficile
Gli sviluppatori che usano strumenti
convenzionali devono imparare nuove
funzioni per:
Creare e distruggere un thread
Comunicare tra i thread
Sincronizzare i thread
Eseguire il debug
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CPU
Sistema Operativo
Il sistema operativo schedula i task in un singolo processore
Multitasking in un PC Single Core
Word
ProcessorE-mail
Web
BrowserAntivirus
PROCESS0
PROCE
SSO
PROCESS0
PROCESS0
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Operating System
Il sistema operativo schedula e automaticamente bilancia icarichi di lavoro attraverso i processori a sua disposizione
Multitasking in un PC Multi Core
CPU CPU
PROCE
SSO
PROCE
SSO
PROCE
SSO
PROCE
SSO
Word
ProcessorE-mail
Web
BrowserAntivirus
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Limpatto su tecnici ed ingegneri
Le applicazioni ingegneristiche sono tipicamente dei
sistemi dedicati
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Creare applicazioni Multithread
Tecnici ed ingegneri devono usare differenti threads perbeneficiare del multicore.
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Il naturale approccio multithread dellaprogrammazione parallela di LabVIEW traevantaggio dallarchitettura Multicore
Il controllo della distribuzione dei thread tra le varieCPU disponibili fornisce performance avanzate
Programmazione parallela e multicore in un unicoambiente di sviluppo
Supporto multithread esteso anche a LabVIEW Real-Time per sviluppare sistemi deterministici
8.5Graphical programming for next-generation PC
DEMO
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Semplificare il multithreading utilizzando
un linguaggio di programmazione testuale
API multithread complete
Funzioni semplificate per
creare i threads
Struttura ottimizzata per il
passaggio dei dati tra I threads
Finestra di debug
DEMO
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Lemergere delle tecnologie concorrenti
Single Core
Single Thread
ASICs
Shared Bus
Non-Thread-Safe Drivers
Multicore
Multithread
FPGAs
Point-to-Point Buses
Thread-Safe Drivers
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Perch lo spostamento verso la
tecnologia FPGA?
Riconfigurabile
Parallelismo reale
Elevato determinismo
Operazioni indipendenti
Propriet intelletuale
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Come funziona un FPGA
Blocchi di I/O
Interconnessioni
programmabili
Blocchi logici
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Sviluppare la logica su un FPGA
F = {(A+B)CD} E
A
B
CD
FE
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Sviluppare la logica su un FPGA
F = {(A+B)CD} E
A
B
CD
FEVHDL
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Sviluppare la logica su un FPGA
F = {(A+B)CD} E
A
B
C
D
FE
YW X
Z
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Lemergere delle tecnologie concorrenti
Single Core
Single Thread
ASICs
Shared Bus
Non-Thread-Safe Drivers
Multicore
Multithread
FPGAs
Point-to-Point Buses
Thread-Safe Drivers
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PCIGPIB 100BASE-T
Ethernet
VMEbus
19801978
1000BASE-TEthernet
1995 19981992 2002
Levoluzione delle tecnologie dei BUS
20001994 20051987
10BASE-5Ethernet
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132 MB/s
larghezza di
banda
totale
132 MB/s 132 MB/s 132 MB/s
132 MB/s
* Controllore di tipo Single Host
Switch
Il collo di bottiglia del Bus dati condiviso
Larghezza di banda
condivisa
Alcuni esempi*:
LAN USB
PCI
GPIB
PXI
PCI
Processore
Device A Device B Device C
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Garantire la flessibilit con i sistemi ibridi
GPIBPCI MXI LAN /LXI
USB
PXI
o
PXI PC
I sistemi ibiridi sono spessonecessari per integraretecnologie diverse
Pi performance e flessibilit
Riduzione dei costi di sviluppo e di mantenimento
Aumentodel ciclo vita degli strumenti
Non esiste un bus in grado di
soddisfare qualsiasi esigenza
GPIB dedicata sugli strumentitradizionali autonomi
PCI/PCI Express Caratteristicheavanzate per filtri passa banda elatenza
PXI/PXI Express Caratteristicheavanzate per filtri passa banda elatenza + clock e trigger
USB immediato e riconoscimentoautomatico
Ethernet/LAN/LXI
sistemadistribuito
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Our Expanding Opportunity
Design & TestDesign & TestDesign & Test
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Measurements Across the Design Process
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Leveraging Semiconductor Advances
Ac
curacy
(Bits)
28262422201816
1412108
41 10 100 1K 10K 100K 1M 10M 100M 1G 10G 100G
Frequency (Hz)
6
Traditional Instruments
NI Products, 2005
NI Products, 2007
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PCI Express: 45X Performance Increase
PXI C bi St d d T h l i
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PXI Combines Standard Technologies
PXI backplane
6 GB/s PCI Express BusTiming & Synchronization
Peripheral Slots
Chassis
PXI controller
OS TechnologyADEs
Over 1500 PXI Products
from over 70 Vendors
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The Compact DAQ System
Convenience and
Performance of
USBAdvanced ADCs
and Isolators
Flexible, Easy-to-
Use Software
Modularity with
Direct Connectivity
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Moduli NI PXI-2535/36 Matrice FET
Matrice 544 cross-point
4x136 or 8x68
Tecnologia FET per
commutazioni veloci e vita
illimitata Possibilit di connettere tutte le
colonne ad una o pi righe
10V, 100 mA max
50000 cicli al secondo
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Matrice ad alta densit e SMU*
PXI-4130
PXI-2535
PXI-6552
* SMU = source measure unitDEMO
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Misure acustiche e vibrazionali
Sistema ad elevato numero di canali Da 4 a 32 linee via USB
256 linee in un solo chassis PXI
Sincronizzazione di pi chassis via GPS
Software intuitivo e ad elevate prestazioni
Sound and Vibration Assistant
VI e VI Express per LabVIEW
Caso applicativo con elevato
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Caso applicativo con elevato
numero di canaliBoeing: Matrice di microfoni a 448 canali 200 Hz
400 Hz
Airframe Noise
Inlet Noise
Installazione sulla pista
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300 ft.
300 ft.
405 Low Cost
Microphones
Installazione sulla pista
8x 200m Fiber
427 Channels
102.4 kS/s
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Novit sui prodotti PXI Express
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p p
ExpressCard 1x
PXIe-ExpressCard8360
Chassis 4x mixed
18-slots
PXIe-1062Q
Embedded Controllers1x and 4x
PXIe-8103
PXIe-8105 andPXIe-8106
PXIe-8130
MXI-Express 1x
PXIe-PCIe8361/2 (1/2 ports)
MXI-Express4x
PXIe-PCIe8371/2 (1/2 ports)
Data Acquisition
PXIe-6251/PXIe-6259
E il bello deve ancora arrivare
Chassis 4x mixed18 slots
PXIe-1065
DigitizerPXIe-5122
2 * 100 MHz
High-speed digital I/O
PXIe-6536/37
32 * 25/50 MHz
Rackmount ControllerPXIe-8351
Arbitrary waveform
Generator PXIe-5442
RF Generator
PXIe-5672 (2,7 GHz)
Array RAID
HDD-8263 and HDD-8264
Flessibilit e modularit
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Flessibilit e modularit
PXIe (1 Ghz/s)
PXIe (1 Ghz/s)
PXIe (1 Ghz/s)
LCD
Alimentazione Bluetooth
Software di Test Management
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Software di Test Management
Test paralleli ad elevate prestazioni
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Test paralleli ad elevate prestazioniNI TestStand
Salvataggio su disco
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Salvataggio su disco
Benefici del RAID
Registrazione e rilettura a600Mbytes/sec sostenuti
Per esempio:
Oscilloscopio con 3 Tb di
capacit diimmagazzinamento dati
Digitizer (2 ore a 100Mb/s)
Pi di 5 ore di registrazione
video e rilettura (High-
definition television, HDMI)
DEMO
Sistema parallelo basato su PXI, un esempio
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nel mondo della ricerca: il CERN
Our Expanding Opportunity
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Our Expanding Opportunity
Embedded
Design & Control
Embedded
Design & Control
Embedded
Design & Control
Development Platform for the Next 30 Years
G hi l S D i
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Graphical System DesignDesign Prototype Deploy
The Traditional Embedded & Industrial
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Control Landscape
Embedded SBC
Embedded
computers
PC architectures
Many form
factors
Custom Design
Totally flexible
Exact fit
Control of COGs
PLC
Highly reliable
Standard control
Ladder logic
Industrial
networks
Deployment Curve
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Deployment CurveStandard Embedded Architecture, Standard Design Software
Custom I/O
I/O
I/O
I/O
Processor FPGA
CompactRIO
PCI RIO
Custom Design
PXI RIO
Integrated RIO
NI CompactRIO System Architecture
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Real-Time ProcessorReconfigurable FPGA
Industrial I/OModules
I/O I/O
I/O
I/O
I/OI/O
I/O
I/O
Real-Time
Controller
Connectivity ADCSignalConditioning ~
Reconfigurable FPGA for high-speed and custom I/O timing,
triggering, controlReal-Time Processorfor deterministic, stand-alone operation andadvanced analysis
Industrial I/O Moduleswith built-in signal conditioning for directconnection to sensors/actuators
L Ph l i
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From the touch screen
user interface, physicianscan select spot sizes,
pattern types, spot density
and number of spots.
Laser Photocoagulation
S M di l I
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Visica2 Treatment System Cryogenically freezes benign breast
tumors using ultrasound
Eliminates need for surgery CompactRIO and LabVIEW
used to design, prototype,
and deploy a control system
Sanarus Medical, Inc.
Esempi di applicazioni DEMO
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p pp
Acquisizione e salvataggio dati a bordo macchina
Monitoraggio delle condizioni macchina Sistema embedded di prototipazione
Monitoraggio remoto
Data logging embedded
Motion control personalizzato Monitoraggio elettrico e controllo
Controllo servo idraulico su macchine pesanti
Controllo discreto
Monitoraggio ed analisi di rumore e vibrazioni in ambiente
industriale (NVH)
NI PAC WorldP bl A i C ll
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Programmable Automation Controller
Shared Variables
NI CompactRIO Integrated Systems
Fieldbus
Custom Design
NI SB RIO
NI Industrial controller
NI SmartCamera
LabVIEW
PC
NI CompactFieldpoint
NI CVS
NI CompactRIO
Ecosistema NI PAC
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Ethernet Expansion I/O
Direct I/O
CompactDAQ and USB
HMI - Operator Interface
PowerSupplyIndustrial
Managed
Ethernet Switch
PCI/PXI Profibusinterface
Industrial Controller
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PC industriale, robusto, senza parti in movimento Vasta gamma di connessioni con la piattaforma
National Instruments
Potenzialit di processing elevate
Doppia opzione: Windows XP o Real-Time
Disponibile in 2 versioni
NI-3100 (Intel Celeron, 1GHz)
NI-3110 (Intel Core-Duo, 1.66GHz)
Opzione Windows
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PCI Express cablato
CompactDAQ e USB1 PCI oPCIeslot
Touch Screen /Monitor
4 porte USB
R-Series
VGA
C-Series Expansion
2 porte Ethernet
cFP-180x
PXI
USB
Opzione LabVIEW Real-Time
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NI-31xx Ethernet
PCI o PCIExpress
PCI Express
R-SeriesM-Series
Industrial Comm.
Ethernet (2nd porta)
Touch Panel Computer
1 Slot
2 GB Ethernet
Piattaforma NI di Visione
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PXI Vision System
PC-Based
Vision Systems
Embedded
Vision SystemsSmart Cameras Dimensioni
PC-Based Vision
System
Smart Camera
Compact Vision
System
NI Smart Camera DEMO
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Differenti sensori, a partire da CCD VGA monocromatico, 60fps Partial scan (, ) e binning
Processore PowerPC 400/533 MHz
I/O supplementari
Optoisolati 2-in e 2-out RS232
Supporto Encoder
Doppia Gigabit Ethernet estensione degli I/O debugging
Controllodiretto dellilluminazione Generazione Strobe (5V TTL, 24V) Current lighting controller
Lecosistema della Smart Camera
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Software
Alimentazione
Illuminatori
Ottica
Interfaccia operatoreCablaggio
EnclosureEspansione I/O Ethernet
I/O diretto
15 Global Challenges Facing Humanity
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World Federation of United Nations Associations - Millennium Project
Green is Everywhere
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What Others are Saying
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We find with energy and greenhouse gases, if you start
to measure, people reduce the usage, says Linda Fisher,
the chief sustainability officer at DuPont. Measuring is not
a simple task, but once a company has a proper baseline
it can see what can be changed.
- Excerpt from A Change in Climate, published in theJanuary issue of the Economist
What gets measured gets managed
- Excerpt from Green to Gold authored by Daniel Esty and
Andrew Winston
Measure It Fix It!
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Green Engineering
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Definition:
Green Engineering is the use of measurement and control
techniques to design, develop, and improve products and
technologies resulting in environmental and economic
benefits
NI Enabling Technologies:
High-Speed and High-Resolution Measurements Advanced Analysis and Signal Processing
High-Speed and Advanced Control
Embedded System Technology
Green Engineering Areas
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Renewable Power Generation Power Monitoring
Environmental Monitoring
Optimizing the Efficiency of Existing
Machines and Automation Systems
Development and Test of Environmentally
Beneficial Products and Technologies
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Renewable Energy
Siemens Power Generation - Denmark
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One of the premier companies in theinternational power generation sector
Supply wind turbine generators with rotor
diameters up to 107 meters (350 ft)
Use PXI, LabVIEW, and LabVIEW Real-Time
and to develop and test the control
algorithms embedded in the turbines
Thermomax Tests Evacuated Tube Solar Collectors
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Challenge: Test equipment for efficient
and economical conversion of solar
radiation into thermal energy.
Solution: Two PC-based, fully
automated test systems.
Products: FieldPoint, Motion Control,
LabVIEW DSC
Green Benefits: The new facilities have
significantly reduced the time and cost
of product development, making it
possible to perform tests all year round,using the solar simulator.
Control of a Permanent Magnet Linear
Generator for Ocean Wave Energy
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gy Challenge: Interest in wave energy conversion devices is rapidly growing
worldwide for the potential to harness a sustainable and renewable energysource. Due to the oscillatory nature of ocean waves, the power generatedfrom a permanent magnet linear generator (PMLG) for ocean wave energyconversion is pulsed and left unconditioned, is not easily used or stored.
Solution: With an active rectifier topology, the real and reactive powerfrom the PMLG is fully controllable. Using a novel three-phase activerectifier topology and force controller with a dc-dc converter for busvoltage regulation the energy can be stored.
Products: CompactRIO, LabVIEW FPGA
Green Benefits: A working design of a three-phase active rectifier andcontroller was implemented and prototyped with a CompactRIO system.
Full paper available at:
http://ir.library.oregonstate.edu/dspace/bitstream/1957/5921/1/Novel+Control+of+a+Permanent+Ma
Control of a Permanent Magnet Linear
Generator for Ocean Wave Energy
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gy
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Retrofitting Existing Machines
and Production Equipment
Virginia Tech Wins ChallengeX 2006
Hybrid Vehicle Competition with cRIO
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Challenge: Develop methods for reducing total
energy consumption and emissions in a crossovervehicle while maintaining or exceeding vehicle
utility and performance
Solution: A high-level control strategy for the
hybrid vehicles implemented and prototyped with
LabVIEW FPGA & CompactRIO.
Result: VT reduced well-to-wheels petroleum use
by 74% for Year 2 Win
Products: LabVIEW, Simulation Interface Toolkit,
LabVIEW Real-Time, CompactRIO
Green Benefit: A three-year engineering
competition to improve fuel efficiency andperformance at a lower cost for future GM vehicles.
Steel Mill Reactor Monitoring
O f th l t
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One of the largest consumers
of electricity in the US Optimizing Existing Melting Process using:
Advanced Power Analysis
FPGA-based protection circuit
Datalogging
Used CompactRIO for advanced control andintegrated it with existing PLC system
Prevents the over melting of scrap steel(waste electricity)
Maximize the efficient use of electrical
energy and rapidly change control methodsto reduce power flicker
T&O Stelectric Reduces Pesticide
Use with NI Vision
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To keep the Danish railroad tracksweed free, herbicides were sprayed on
100% of the railroad tracks
NI Vision systems were outfitted on the
weed spraying wagon to identify
weeds and limit pesticide spraying tothose areas
Green Benefit
Reduced herbicide usage by 50%
Automated the reporting of pesticide use
to comply with environmental regulations
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Environmental Monitoring
Environmental Sensor Networks:
Monitoring Global Change
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g g
Monitoring interactive phenomena Atmosphere, Water, Soil, and Ecosystems
Characteristic spatiotemporal diversity
C H2O Light Q
Environmental Sensor Networks:
Example Program - NIMS
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NIMS at Wind River (Costa Rica)
Canopy Crane Research Facility
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Mercury Emissions Stack Monitor
Application
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pp
Reliable mercury emissions sampling
system for coal fired power plants Developed as monitoring system
approved by EPA
Benefits
Expanded memory and performance
Automated interfaceTechnical Key
Flexible, real-time softwarearchitecture
The success of the project was due to the processing and automationpower of the cFP-2120, as well as the ease of use derived from integrating
the PDA Control System.
From Kindergarten to Rocket Science
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LEGO MindstormsNXT
the smartest, coolest
toy of the year
CERN Large Hadron Collider
the most powerful
instrument on earth
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LabVIEW World
l l
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