SCPI instruments

Instrumentos de banco que hablan SCPI, como multímetros, fuentes de alimentación, cargas electrónicas y unidades de adquisición de datos, por TCP, por línea serie, o por USB y GPIB a través de VISA: cómo se alcanza cada uno, la tarjeta Instrumento, consultas y comandos de escritura, el descubrimiento y dos ejemplos completos.

El controlador SCPI instruments lee y escribe instrumentos de banco que hablan SCPI, el lenguaje de comandos de los equipos de prueba IEEE 488.2: multímetros, fuentes de alimentación, cargas electrónicas, unidades de adquisición de datos como el Fluke 1586A Super-DAQ, calibradores, de Keysight, Rigol, Tektronix, Siglent, GW Instek, B&K Precision, Fluke y los demás. Cada tag hace al instrumento una consulta, como MEAS:VOLT:DC? o READ?, y lee su respuesta; un tag que se escribe envía un comando con el valor dentro, como VOLT 5. Es el intercambio que un programa de LabVIEW hace a través de VISA, configurado en un panel en lugar de cableado en un diagrama de bloques, y los valores llegan adonde llegan los de cualquier otro tag: a la Lógica, a los paneles, a las ejecuciones de un banco de pruebas de Process.

Un instrumento se alcanza de una de tres formas, elegida al crear su dispositivo:

Un instrumento en una línea serie cuelga de su línea, así que esa parte del árbol se lee Controlador → Línea → Dispositivo → Tag, como en Generic serial and TCP. Un instrumento alcanzado por TCP o VISA cuelga del controlador y se puede archivar en carpetas como el dispositivo de cualquier otro controlador, Controlador → Carpeta → Dispositivo → Tag. Un dispositivo se queda en el lado en que se creó: TCP y VISA se intercambian, pero un dispositivo nunca pasa de una línea a la red ni de la red a una línea.

La página del controlador

La frase bajo la cabecera dice "Las líneas serie llevan los instrumentos que comparten un bus, y los instrumentos alcanzados por TCP o VISA cuelgan del controlador. Añada una línea o un dispositivo y después ábralo para indicar sus consultas." y la página contiene, una parte bajo la otra:

La cabecera cuenta los dispositivos entre paréntesis, y la fila del controlador en el árbol cuenta los dos niveles en cuanto existe una línea ("1 línea · 2 dispositivos"). La barra del controlador lleva Descubrir. El clic derecho sobre la fila del controlador ofrece Añadir dispositivo, Añadir línea, Nueva carpeta, Actualizar y Descubrir, y luego, tras un separador, Quitar el controlador; en el menú Nuevo… de la columna, la entrada del controlador ofrece Nuevo dispositivo, Nueva línea serie y Nueva carpeta, y luego sus líneas, carpetas y dispositivos. Una vez añadido, el controlador queda bajo la carpeta Controladores del árbol, con línea o dispositivo o sin ellos.

Línea serie

Una línea de este controlador es la línea descrita en Líneas serie, con los campos de una línea del controlador Generic serial and TCP. Su página dice "Un bus serie físico: los ajustes de puerto que comparten sus instrumentos, una petición cada vez." y su tarjeta Línea física contiene Nombre, Puerto serie (con Actualizar), Baudios y Formato serie, con los diez formatos ofrecidos, seis de 8 bits y cuatro de 7 bits. No tiene modo de transmisión, tiempo de espera de respuesta, intervalo mínimo entre transacciones ni la tarjeta de descubrimiento de unidades: cada instrumento dice en su propia tarjeta Instrumento qué termina sus mensajes y cuánto espera una respuesta, y un instrumento se distingue por lo que se le pregunta, no por una dirección, así que la tabla Dispositivos de la línea no tiene la columna ID de unidad.

Una línea creada aquí nace deshabilitada, para que los ajustes del puerto se escriban antes de que el puerto se abra; el puerto, los baudios y el formato solo cambian con la línea deshabilitada. Añadir dispositivo en la línea, o en su menú del clic derecho, crea un dispositivo de este controlador en esa línea. Una línea pertenece para siempre al controlador bajo el que se creó: ningún dispositivo de otro controlador entra en ella, y un puerto pertenece a una línea, sea cual sea el controlador de la línea.

El controlador abre el puerto una vez para todos los instrumentos de la línea y envía una petición cada vez, esperando su respuesta antes de la siguiente. Mantiene DTR activo mientras el puerto está abierto, porque un instrumento que marca el ritmo de su salida con DTR y DSR, como el Keysight 34401A o una fuente E36xx, no envía nada con DTR inactivo. Un puerto que falla se reabre tras una pausa que se duplica de 1 segundo hasta 1 minuto mientras sigue fallando, y cada instrumento de la línea se prepara de nuevo, con sus comandos de preparación enviados otra vez, como en su primera conexión.

Dispositivo

Conexión

Un dispositivo nuevo es un dispositivo TCP: dice "Host aún sin indicar" y no se conecta mientras no tenga host. Un dispositivo VISA no llama a ningún host y nunca espera uno. Pasar a VISA guarda el host y el puerto para cuando vuelva el TCP, y pasar a TCP guarda el recurso. Un dispositivo con el que el controlador no puede trabajar no se guarda, y el registro de acciones dice por qué:

La Base URI que muestra la cabecera es la dirección de ejecución: scpi://tcp/<host>:<port>, scpi://visa/<resource> o scpi://serial/<line id>/<port>/<baud>/<format>, seguida del terminador (term), del tiempo de espera de respuesta (timeout), de la confirmación de escritura (check) y de los comandos de preparación (setup, uno tras otro, separados por %0A). La copia de un dispositivo en una línea se queda en esa línea; la copia de un dispositivo TCP o VISA va al nivel del propio controlador.

La tarjeta Instrumento

Bajo la tarjeta Conexión, la tarjeta Instrumento dice qué es el instrumento y cómo le habla la estación.

Cada vez que la estación se conecta al instrumento, y cada vez que una línea serie reabre su puerto, envía, en orden: *CLS cuando la confirmación de escritura lee la cola de errores, los comandos de preparación, luego lee la cola de errores en el diario técnico (un error que causó un comando de preparación queda anotado allí y no detiene el dispositivo) y pregunta *IDN?, cuya respuesta es lo que muestra el campo Identidad. Un valor que la tarjeta no admite no se guarda, y el registro de acciones dice por qué: "El tiempo de espera de respuesta debe estar entre 100 y 60000 ms.", "Un comando de preparación contiene un carácter fuera del ASCII simple, como una comilla tipográfica, que ningún instrumento lee." o "Envíe como máximo 32 comandos de preparación, de 512 caracteres como máximo cada uno." SCPI es ASCII simple, así que un comando copiado de un manual con una comilla tipográfica o un espacio de no separación se rechaza donde se escribe, en lugar de enviarse a un instrumento que no puede leerlo.

VISA en este ordenador

El producto no trae ningún VISA ni instala ninguno. Un dispositivo VISA abre su instrumento a través de la biblioteca VISA de 64 bits (visa64.dll) que ya está en este ordenador, la que NI-VISA, que instala LabVIEW, y Keysight IO Libraries Suite dejan allí. Solo los dispositivos VISA la necesitan: un instrumento por TCP o por una línea serie se conecta sin ella. La estación comprueba por sí misma si la biblioteca carga, sin esperar a un dispositivo: la primera vez que la página del controlador, la página de un dispositivo VISA o el agente lo preguntan, y otra vez cada 30 segundos mientras falta. Hasta que el Connector ha arrancado, no se sabe si VISA está, y no se dice nada. Mientras falta:

Para instalarlo:

1. Descargue NI-VISA de la página de NI NI-VISA Download, o Keysight IO Libraries Suite de la página de Keysight IO Libraries Suite Downloads.
2. Cualquiera de los dos sirve, y un ordenador con LabVIEW ya tiene NI-VISA. La página de NI pide iniciar sesión con una cuenta de NI antes de la descarga; la de Keysight enlaza el instalador directamente. Tome el instalador de Windows más reciente: en Windows de 64 bits los dos instalan el VISA de 64 bits, el único que Ganter Lab ve.
3. Ejecute el instalador como administrador, desde una carpeta de la unidad C: (el de Keysight no instala desde otra unidad), y reinicie el ordenador cuando lo pida.

Un VISA que instaló solo su biblioteca de 32 bits (visa32.dll), como uno hecho para Windows de 32 bits, no se ve: Ganter Lab lee solo la visa64.dll de 64 bits.

Como mucho 30 segundos después de la instalación, el aviso desaparece y los dispositivos VISA se conectan con la configuración que tienen, sin reiniciar Ganter Lab. Un instrumento con puerto de red también se puede alcanzar por TCP, sin VISA.

Direccionamiento del tag

Un tag de este controlador hace una consulta a su instrumento. Su tarjeta Fuente contiene:

Un campo que el acceso del tag no usa no se dibuja, y guarda su valor para cuando vuelva a usarse. Los tipos de datos son Boolean, Int32, Int64, Float, Double y String, Float por defecto. Un tag cuyos campos no pueden funcionar no se guarda, y la página del tag dice qué le falta:

La línea de solo lectura Dirección de origen (bus) muestra lo que recibe el controlador: ask=READ? para un tag que lee la respuesta completa, ask=READ?&field=3 para su tercer valor, ask=VOLT?&write=VOLT {value} para un tag que se lee y se escribe, y write=*TRG para un tag de Solo escritura.

Lectura

En el intervalo de sondeo del tag, la estación envía la consulta y lee una respuesta, hasta el terminador, dentro del tiempo de espera de respuesta. El texto tomado, la respuesta completa o el valor que indica el tag, se lee como el tipo del tag antes de que las etapas propias del tag lo conviertan, como en cualquier controlador (vea La cadena de valor):

Escritura

Una escritura pasa por el mismo embudo que la de cualquier otro controlador: la casilla de escritura toma el valor de ingeniería, y las etapas de conversión se invierten antes de enviar el valor en bruto (vea Connector). El comando es el comando de escritura con el valor donde está {value}: un número en cultura invariante, el texto más corto que vuelve a leerse como el mismo número, o con el formato de {value:FORMAT} según un formato numérico de .NET (CURR {value:0.000} envía 1,5 como CURR 1.500); un Boolean como 1 o 0, que admite todo parámetro Boolean de SCPI; un texto tal cual, con el comando llevando las comillas que necesita (DISP:TEXT "{value}"). El no-número y el infinito se rechazan antes de enviar nada. En un tag Boolean, un comando sin {value}, como *TRG, se envía al escribir true, y escribir false se rechaza.

Las escrituras esperan su turno en la cola del dispositivo con las lecturas: en una línea comparten la petición única de cada vez de la línea, por TCP y VISA la conexión propia del dispositivo.

Descubrimiento

La página del controlador lleva una tarjeta Alcance de la exploración con una casilla opcional, "Dirección de un instrumento para un sondeo TCP, p. ej. 192.168.0.20 o 192.168.0.20:5025 (vacío = los instrumentos que lista VISA)". Descubrir hace entonces dos preguntas, una tras otra:

Cada instrumento tiene 1,5 segundos para responder, y el que no responde no se ofrece. Un candidato recibe el nombre del fabricante y el modelo que respondió (Keysight Technologies 34461A), lleva todos los valores por defecto de la tarjeta Instrumento y ningún tag, porque un instrumento no publica la lista de sus consultas: "No se informó de ningún tag. Añada el dispositivo para configurar sus tags en el editor." Un candidato VISA cuyo recurso ya tiene un dispositivo del controlador se marca como ya configurado y ofrece Abrir en lugar de Añadir; un instrumento encontrado por TCP nunca se empareja, porque un host es solo donde se alcanza un instrumento. VISA lista cada puerto serie del ordenador como un recurso (ASRL3::INSTR), haya algo conectado o no, y preguntar escribiría en lo que hubiera: la exploración los deja fuera, y un instrumento serie va en una línea serie de este controlador. Un recurso serie escrito a mano en un dispositivo VISA se sigue abriendo. Lo que en la casilla no es un host se rechaza bajo ella, y Descubrir se pone gris: "Una exploración SCPI pide al instrumento escrito aquí que se identifique sobre TCP: su dirección IP o su nombre, con el puerto si hace falta (por ejemplo 192.168.0.20 o 192.168.0.20:5025). Déjelo vacío para preguntar solo a los instrumentos que lista VISA." El resto del comportamiento de la exploración está en Descubrimiento.

Ejemplo: un multímetro por TCP

Un Keysight 34461A en la red responde en SCPI en su socket LXI, puerto 5025. Para leer su tensión continua:

1. En la página del controlador, Añadir dispositivo; llámelo DMM, deje TCP (socket LXI), escriba Host o IP 192.168.0.20 y deje Puerto 5025.
2. En la tarjeta Instrumento deje LF (salto de línea), un Tiempo de espera de respuesta (ms) de 2000 y Cola de errores (SYST:ERR?), y escriba dos Comandos de preparación, *RST y luego CONF:VOLT:DC 10: el multímetro se reinicia y se pone en voltios de continua en su rango de 10 V cada vez que la estación se conecta.
3. Una vez conectado, el campo Identidad muestra lo que respondió el multímetro, como Keysight Technologies,34461A,MY53212345,A.02.14-02.40-02.14-00.49-02-01.
4. Añadir tag; llámelo Voltage, Double, Solo lectura, con la Consulta READ?, el Valor de la respuesta vacío y la Unidad V. READ? toma una medición en la función configurada y la responde.

La Base URI queda scpi://tcp/192.168.0.20:5025?term=lf&timeout=2000&check=errorqueue&setup=*RST%0ACONF:VOLT:DC 10. Un agente hace lo mismo con dos llamadas a herramientas:

device_upsert driver=Scpi name=DMM transport=Tcp host=192.168.0.20 port=5025 setupCommands='*RST\nCONF:VOLT:DC 10'
tag_upsert device=DMM name=Voltage opcUaType=Double address='READ?' unit=V

Ejemplo: una fuente de alimentación por RS-232

Una Keysight E3631A responde en SCPI en su puerto RS-232, a 9600 baudios con 8 bits de datos, sin paridad y 2 bits de parada, y por RS-232 solo acepta comandos una vez puesta en modo remoto. Para ajustar su tensión, conmutar su salida y leer su corriente:

1. Añadir línea en la página del controlador; llámela PSU line, elija COM4, ponga Baudios en 9600 y Formato serie en 8N2, y después Habilitar la línea.
2. Añadir dispositivo en la línea; llámelo PSU. En la tarjeta Instrumento ponga el Tiempo de espera de respuesta (ms) en 3000, escriba SYST:REM como única línea de Comandos de preparación y ponga la Confirmación de escritura en Finalización y luego cola de errores (*OPC?, SYST:ERR?), para que una escritura solo quede hecha cuando la salida la haya seguido.
3. Añadir tag Setpoint, Double, Lectura y escritura, Consulta VOLT?, Comando de escritura VOLT {value}.
4. Añadir tag Output, Boolean, Lectura y escritura, Consulta OUTP?, Comando de escritura OUTP {value}: escribir true envía OUTP 1, false OUTP 0, y la fuente responde a OUTP? con 1 o 0.
5. Añadir tag MeasuredCurrent, Double, Solo lectura, Consulta MEAS:CURR?, Unidad A.

La dirección de bus del tag Setpoint es ask=VOLT?&write=VOLT {value}. Una fuente con varias salidas, como esta, actúa sobre la salida que tiene seleccionada; un segundo comando de preparación como INST:SEL P6V la elige. Lo mismo con las herramientas del agente:

serial_line_upsert driver=Scpi name='PSU line' serialPort=COM4 baudRate=9600 serialFormat=8N2
device_upsert driver=Scpi name=PSU transport=SerialLine serialLineId=<id> responseTimeoutMs=3000 setupCommands='SYST:REM' writeCheck=CompletionAndErrorQueue
tag_upsert device=PSU name=Setpoint opcUaType=Double accessType=ReadAndWrite address='VOLT?' writeTemplate='VOLT {value}'
tag_upsert device=PSU name=Output opcUaType=Boolean accessType=ReadAndWrite address='OUTP?' writeTemplate='OUTP {value}'
tag_upsert device=PSU name=MeasuredCurrent opcUaType=Double address='MEAS:CURR?' unit=A

Herramientas del agente

driver_capabilities describe este controlador bajo scpi: sus tres transportes, si este ordenador tiene VISA (en prerequisite, con cada paso para instalarlo), los terminadores, el tiempo de espera de respuesta, las confirmaciones de escritura, los comandos de preparación, cómo se escriben una consulta y un comando de escritura, cómo se leen las respuestas, el descubrimiento y los dos ejemplos de arriba. device_upsert driver=Scpi toma transport (Tcp, el valor por defecto, Visa, o SerialLine, que serialLineId implica), host y port por TCP, visaResource por VISA, serialLineId para una línea de este controlador, terminator (Lf, CrLf o Cr; también se leen \n, \r\n y \r), responseTimeoutMs (de 100 a 60000), writeCheck (ErrorQueue, CompletionAndErrorQueue o None) y setupCommands (uno por línea, o separados por \n; '' los borra). tag_upsert toma la consulta como address, valueField (de 1 a 1000; 0 u omitido lee la respuesta completa) y writeTemplate ('' lo borra). serial_line_upsert driver=Scpi crea una línea de este controlador, solo con serialPort, baudRate y serialFormat. device_discover driver=Scpi lanza la exploración, con target para el sondeo TCP. Un dispositivo que devuelven las herramientas lleva scpi, con la identidad del instrumento una vez que respondió, y un tag también. Las demás herramientas están en Herramientas del agente.

Límites que conviene conocer

• Los Fluke NetDAQ 2640A, 2645A, 2680A y 2686A hablan un protocolo propio de Fluke, que no es SCPI: este controlador no los lee. El Fluke 1586A Super-DAQ y el 2638A Hydra Series III hablan SCPI, y él los lee.
• Las respuestas enviadas como bloque binario IEEE 488.2 (un #, una longitud y bytes en bruto), como una forma de onda o una imagen de la pantalla, no se leen: un tag lee una respuesta escrita como texto.
• El producto no instala VISA. Sin NI-VISA ni Keysight IO Libraries Suite en este ordenador, los instrumentos USB y GPIB no se alcanzan; los instrumentos TCP y serie sí.
• La exploración no lista los recursos serie de VISA (ASRL…::INSTR): un instrumento serie va en una línea serie de este controlador.
• Cada valor se lee por sondeo: el controlador no espera solicitudes de servicio (SRQ) ni el byte de estado.
• Un dispositivo no se puede mover entre una línea serie y la red, ni a otra línea: créelo donde le corresponde y elimine el antiguo.