網(wǎng)絡(luò)化測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)

1、<p>　　網(wǎng)絡(luò)化測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)</p><p>　　摘要 介紹基于LabVIEW軟件下的平面磨床工作臺(tái)液壓測量控制系統(tǒng)的硬件和軟件結(jié)構(gòu)，以及通信方式的組成，并對系統(tǒng)進(jìn)行分析調(diào)試，系統(tǒng)已基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　關(guān)鍵詞 測控系統(tǒng) LabVIEW VI ADAM4000系列模塊</p><p><b>　　1 緒論

2、</b></p><p>　　虛擬儀器（Virtual Instruments，簡稱VI）技術(shù)就是利用現(xiàn)有的個(gè)人計(jì)算機(jī)，加上特殊設(shè)計(jì)的儀器硬件和專用的軟件，形成既有普通儀器的基本功能又有一般儀器所沒有的特殊功能的新型儀器[1]。網(wǎng)絡(luò)化測控系統(tǒng)就是利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、虛擬儀器技術(shù)和自動(dòng)測試技術(shù)有機(jī)的融合來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化測控的。</p><p>　　2 系統(tǒng)的硬件開發(fā)</p

3、><p>　　2．1 系統(tǒng)硬件的總體設(shè)計(jì)</p><p>　　該監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上分成中心管理計(jì)算機(jī)和現(xiàn)場智能采集模塊兩個(gè)部分。圖2.1所示，虛線左側(cè)為中心管理計(jì)算機(jī)，包括主機(jī)，顯示器、鍵盤、研華ADAM4520轉(zhuǎn)換模塊等幾個(gè)部分。右側(cè)則是由現(xiàn)場智能采集模塊ADAM4019模塊和壓力、溫度、速度各種傳感器構(gòu)成。</p><p>　　圖2.1 監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</p>

4、;<p>　　2．2 系統(tǒng)硬件的連接</p><p>　　如圖2.2所示連接硬件系統(tǒng)，RS232C接口是數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）與數(shù)據(jù)通信設(shè)備(DCE)之間的接口。如把計(jì)算機(jī)作為DTE,把調(diào)制解調(diào)器（MODEM）作為DCE,則RS232C接口就是計(jì)算機(jī)與MODEM之間的接口。當(dāng)PC機(jī)與外部設(shè)備進(jìn)行串行通信時(shí)，可將兩個(gè)DTE直接相連，而省去作為DCE的MODEM.這種連接方法成為零MODEM連接[2]

5、。</p><p>　　可以采取圖2.3的連接方式，這種接線方</p><p>　　圖2.2 硬件連接圖 式簡單但具有良好的硬件握手性能。</p><p>　　ADAM4520與PC機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸不需要所有的引腳，主要用到TXD,RXD,RTS和信號(hào)地。 </p>

6、<p>　　表2.1 引腳說明</p><p>　　DTE DTE</p><p>　　圖2.3 ADAM4520與PC相連</p><p>　　1．3 液壓系統(tǒng)的分析</p><p>　　如圖2.4所示，當(dāng)電機(jī)帶動(dòng)液壓泵轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，油箱中的油液經(jīng)過過濾器被吸入系統(tǒng)。來自液壓泵的壓力油經(jīng)節(jié)流閥

7、（控制流量），進(jìn)入手動(dòng)三位四通換向閥的P-A通道，再進(jìn)入二位四通電磁換向閥流入液壓缸的左腔，推動(dòng)活塞連同工作臺(tái)向右運(yùn)動(dòng)，液壓缸右腔的油液被活塞壓回油箱中。</p><p>　　工作臺(tái)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)靠工作臺(tái)上的撞鐵和擋塊的共同作用進(jìn)而控制行程開關(guān)間斷打開和關(guān)閉，則電磁換向閥的右位和左位輪換進(jìn)入系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。若要手動(dòng)換向，可將撞鐵扳向上方操作換向閥即可實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　

8、液壓泵工作時(shí)同樣可以實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)在任意位置停止，只</p><p>　　圖2.4 液壓系統(tǒng)圖 需要將換向閥的手柄扳到中位，使液壓缸兩腔封閉，活塞不再運(yùn)動(dòng)，工作臺(tái)立即停止，此時(shí)液壓泵輸出的高壓油液因無去處，全部經(jīng)溢流閥排回油箱。</p><p><b>　　3 系統(tǒng)的通訊</b></p><p>　　計(jì)算機(jī)與采集模塊之間能進(jìn)行串行通訊，是由于

9、PC機(jī)里安裝了異步通訊適配板，主要器件為可編程8250UART芯片。這種芯片有能力使主機(jī)與RS232串行通訊接口進(jìn)行通訊，這種包含有UART(通用異步接收發(fā)送器)的串行卡，有作為存儲(chǔ)單元尋址寄存器之用，串行端口存儲(chǔ)器地址如表3.1所示。</p><p>　　表3.1 串行端口寄存器地址</p><p>　　圖3.1 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　由于工業(yè)現(xiàn)

10、場大多應(yīng)用的是RS-485進(jìn)行通信，因此，我們將現(xiàn)場采集的信號(hào)輸入研華ADAM-4019模塊，ADAM-4019通過RS-485輸出采集的現(xiàn)場信號(hào)，然后通過ADAM-4520進(jìn)行RS-485和RS-232轉(zhuǎn)換。將RS-232信號(hào)輸入進(jìn)算機(jī)進(jìn)行軟件處理。</p><p>　　以往，PC與智能設(shè)備通訊多借助RS232、RS485、以太網(wǎng)等方式，主要取決于設(shè)備的接口規(guī)范。但RS232、RS485只能代表通訊的物理介質(zhì)層

11、和鏈路層，如果要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向訪問，就必須自己編寫通訊應(yīng)用程序，但這種程序多數(shù)都不能符合ISO/OSI的規(guī)范，只能實(shí)現(xiàn)較單一的功能，適用于單一設(shè)備類型，程序不具備通用性。在RS232或RS485設(shè)備聯(lián)成的設(shè)備網(wǎng)中，如果設(shè)備數(shù)量超過2臺(tái)，就必須使用RS485做通訊介質(zhì)，RS485網(wǎng)的設(shè)備間要想互通信息只有通過“主（Master）”設(shè)備中轉(zhuǎn)才能實(shí)現(xiàn)，這個(gè)主設(shè)備通常是PC，而這種設(shè)備網(wǎng)中只允許存在一個(gè)主設(shè)備，其余全部是從（Slave）設(shè)備。而

12、現(xiàn)場總線技術(shù)是以ISO/OSI模型為基礎(chǔ)的，具有完整的軟件支持系統(tǒng)，能夠解決總線控制、沖突檢測、鏈路維護(hù)等問題。</p><p>　　數(shù)據(jù)處理部分與數(shù)據(jù)采集部分通過RS485協(xié)議通訊，如圖3.1，通訊轉(zhuǎn)換模塊完成RS485協(xié)議和RS232協(xié)議之間轉(zhuǎn)換。通訊轉(zhuǎn)換模塊通過RS232協(xié)議與串行接口通訊。RS232的通訊距離較短，幾米到十幾米。但由于本實(shí)驗(yàn)中通訊轉(zhuǎn)換模塊與PC機(jī)很近，可以不考慮該問題[2]。</p&

13、gt;<p>　　RS232的信號(hào)電平和串行接口的電平不同，所以加入電平轉(zhuǎn)換電路[3]。</p><p>　　4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　3．1在LabVIEW平臺(tái)上構(gòu)建的測控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</p><p>　　如圖4.1所示，測試管理層是一個(gè)帶有易用操作的界面，用于管理和執(zhí)行某一測試任務(wù)、與設(shè)備無關(guān)的測試管理環(huán)境。它為測試系統(tǒng)與操作者交互、被

14、測器件分析、順序測試、分支、循環(huán)提供一個(gè)專門的測試運(yùn)行程序。高層測試管理軟</p><p>　　圖4.1 程序結(jié)構(gòu)圖 件還能為用戶提供企業(yè)范圍內(nèi)的聯(lián)系，將用戶的測試程序與其余部分集成在一起，包括生成測試報(bào)告、數(shù)據(jù)訪問和結(jié)果分析等。</p><p>　　在測試程序?qū)娱_發(fā)的功能模塊是一種有其特殊性的獨(dú)立軟件組件。用戶只需要在LabVIEW開發(fā)平臺(tái)上以圖形方式調(diào)出相應(yīng)的

15、儀器功能模塊和數(shù)據(jù)處理模塊，即可構(gòu)成一個(gè)具體的儀器對象，節(jié)約大量時(shí)間。</p><p>　　儀器驅(qū)動(dòng)層的儀器驅(qū)動(dòng)程序都是按模塊化、與設(shè)備無關(guān)的方式向用戶釋放，供使用者迅速將儀器鏈入自己的測試系統(tǒng)。而且驅(qū)動(dòng)程序是以源代碼的方式提供給用戶，用戶可以很容易的優(yōu)化和增強(qiáng)這些驅(qū)動(dòng)程序。</p><p>　　I/O接口軟件是測試系統(tǒng)軟件的基礎(chǔ)，用于處理計(jì)算機(jī)與儀器硬件間連接的低層通訊協(xié)議。當(dāng)今的虛擬測

16、試軟件都建立在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化I/O接口軟件組件的通訊內(nèi)核上的。</p><p><b>　　3．2 軟件開發(fā)</b></p><p><b>　　a）安裝驅(qū)動(dòng)</b></p><p>　　如圖4.2，在運(yùn)行程序之前，要先安裝所使用的模塊的驅(qū)動(dòng)程序。即ADVANTECH DRIVER FOR XP的 DRIVER INSTALL

17、.EXE。</p><p>　　b）端口調(diào)用 </p><p>　　圖4.2 安裝驅(qū)動(dòng)圖</p><p>　　虛擬儀器I/O接口調(diào)用必須按以下順序 在LabVIEW中I/O接口調(diào)用程序如下</p><p>　　圖4.3 I/O接口調(diào)用流程圖

18、 圖4.4 端口調(diào)用程序圖</p><p>　　端口使用DeviceOpen、DeviceClose、AIGetConfig、AIVoltageIn這四個(gè)函數(shù)。這四個(gè)函數(shù)由廠家提供，若使用的軟件沒有此函數(shù)，則可以自己編寫，然后將其轉(zhuǎn)化為庫函數(shù)，以便以后調(diào)用。。</p><p><b>　　c）參數(shù)設(shè)定</b></p><p&

19、gt;　　圖4.5 設(shè)定采樣頻率 圖4.6 設(shè)定各溫度、壓力和速度報(bào)警范圍</p><p>　　圖4.7 設(shè)定系統(tǒng)開關(guān)按鈕</p><p>　　這個(gè)部分設(shè)定了各種頻率和范圍，因不同設(shè)備的實(shí)際情況而由操作人員自行調(diào)節(jié)，這樣的好處使程序適應(yīng)面更廣。</p><p><b>　　d）圖象顯示</b></p&g

20、t;<p>　　圖4.8 圖形顯示程序圖</p><p>　　這部分程序是用來采集各種傳感器送來的溫度、壓力和速度值，將這些值用波形圖表（溫度-時(shí)間圖、速度-時(shí)間圖和壓力時(shí)間圖）反映出來，溫度值再配有溫度計(jì)顯示；速度值配有圓形量表盤顯示；壓力配有扇形儀表盤顯示，這樣的好處使測量出的數(shù)據(jù)更加實(shí)時(shí)直觀的表達(dá)。</p><p><b>　　e）報(bào)警系統(tǒng)</b>

21、;</p><p>　　這部分是報(bào)警系統(tǒng)，無論溫度、速度還是壓力都有一定的范圍，超過上限還是下限都會(huì)使得儀器損害甚至毀壞。對于采集到的溫度、速度和壓力值，將它們分別于操作人員所設(shè)定的上下限進(jìn)行比較，再用個(gè)或門將它們收集起來，無論是哪一個(gè)超過界限都會(huì)使得報(bào)警燈亮，都沒有超過</p><p>　　圖4.9 報(bào)警裝置程序圖 則報(bào)警燈滅。</p><p><

22、b>　　f）采樣分析</b></p><p>　　這部分是數(shù)據(jù)采樣分析，它將計(jì)算機(jī)從傳感器采集到的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行收集、整理和壓縮，并給出最大值，最小值和平均值。</p><p>　　圖4.10 數(shù)據(jù)采樣分析圖</p><p><b>　　g）表格輸出</b></p><p>　　這個(gè)部分是將采集來的數(shù)據(jù)

23、放入數(shù)組中以表格的形式在界面上創(chuàng)建出來。這樣做能夠幫住使用者實(shí)時(shí)查詢到數(shù)據(jù)。</p><p>　　圖4.11 數(shù)據(jù)表格輸出圖</p><p><b>　　h）數(shù)據(jù)保存</b></p><p>　　這部分是用來保存當(dāng)前數(shù)據(jù)，它將根據(jù)操作者輸入的路徑來保存，便于日后的查找。</p><p>　　圖4.12 數(shù)據(jù)保存圖&l

24、t;/p><p><b>　　5 結(jié)束語</b></p><p>　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器越來越成為今后儀器發(fā)展方向的主流。本文研究了網(wǎng)絡(luò)化環(huán)境下虛擬測控系統(tǒng)在平面磨床液壓工作臺(tái)的應(yīng)用，論文的主要工作有：</p><p>　　a) 在對網(wǎng)絡(luò)化測控系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了系統(tǒng)方案的論證。</p><p>　　

25、b) 完成了基于工業(yè)數(shù)據(jù)采集和通信模塊的網(wǎng)絡(luò)化測控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)。</p><p>　　c) 基于LabVIEW平臺(tái)，完成了網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)、開發(fā)與調(diào)試，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)環(huán)境溫度、壓力和速度的測量與監(jiān)控、越限報(bào)警以及實(shí)時(shí)溫度曲線的輸出等功能的集成。</p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　1 張紀(jì)偉，陸寶春，

26、張世琪.虛擬測控實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研究[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2001，14（5）：10～11.</p><p>　　2 楊樂平,李海濤,肖凱等.虛擬儀器技術(shù)概論［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2003</p><p>　　3 楊樂平.自動(dòng)化測試與虛擬儀器技術(shù)［M］.長沙：國防科技大學(xué)出版社,1998.</p><p>　　4 美國國家儀器（NI）有限公司.虛擬儀器（白皮書）[