網(wǎng)絡化測控系統(tǒng)設計與開發(fā)

1、<p>　　網(wǎng)絡化測控系統(tǒng)設計與開發(fā)</p><p>　　摘要 介紹基于LabVIEW軟件下的平面磨床工作臺液壓測量控制系統(tǒng)的硬件和軟件結構，以及通信方式的組成，并對系統(tǒng)進行分析調(diào)試，系統(tǒng)已基本達到設計要求。</p><p>　　關鍵詞 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）技術就是利用現(xiàn)有的個人計算機，加上特殊設計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)絡化測控系統(tǒng)就是利用計算機網(wǎng)絡通信技術、虛擬儀器技術和自動測試技術有機的融合來實現(xiàn)網(wǎng)絡化測控的。</p><p>　　2 系統(tǒng)的硬件開發(fā)</p

3、><p>　　2．1 系統(tǒng)硬件的總體設計</p><p>　　該監(jiān)測系統(tǒng)結構上分成中心管理計算機和現(xiàn)場智能采集模塊兩個部分。圖2.1所示，虛線左側為中心管理計算機，包括主機，顯示器、鍵盤、研華ADAM4520轉換模塊等幾個部分。右側則是由現(xiàn)場智能采集模塊ADAM4019模塊和壓力、溫度、速度各種傳感器構成。</p><p>　　圖2.1 監(jiān)測系統(tǒng)結構</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)終端設備（DTE）與數(shù)據(jù)通信設備(DCE)之間的接口。如把計算機作為DTE,把調(diào)制解調(diào)器（MODEM）作為DCE,則RS232C接口就是計算機與MODEM之間的接口。當PC機與外部設備進行串行通信時，可將兩個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，當電機帶動液壓泵轉動時，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），進入手動三位四通換向閥的P-A通道，再進入二位四通電磁換向閥流入液壓缸的左腔，推動活塞連同工作臺向右運動，液壓缸右腔的油液被活塞壓回油箱中。</p><p>　　工作臺的往復運動靠工作臺上的撞鐵和擋塊的共同作用進而控制行程開關間斷打開和關閉，則電磁換向閥的右位和左位輪換進入系統(tǒng)，從而實現(xiàn)工作臺的往復運動。若要手動換向，可將撞鐵扳向上方操作換向閥即可實現(xiàn)。</p><p>　　

8、液壓泵工作時同樣可以實現(xiàn)工作臺在任意位置停止，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，活塞不再運動，工作臺立即停止，此時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>　　計算機與采集模塊之間能進行串行通訊，是由于

9、PC機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與RS232串行通訊接口進行通訊，這種包含有UART(通用異步接收發(fā)送器)的串行卡，有作為存儲單元尋址寄存器之用，串行端口存儲器地址如表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)組成結構圖</p><p>　　由于工業(yè)現(xiàn)

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

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

12、現(xiàn)場總線技術是以ISO/OSI模型為基礎的，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，通訊轉換模塊完成RS485協(xié)議和RS232協(xié)議之間轉換。通訊轉換模塊通過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。但由于本實驗中通訊轉換模塊與PC機很近，可以不考慮該問題[2]。</p&

13、gt;<p>　　RS232的信號電平和串行接口的電平不同，所以加入電平轉換電路[3]。</p><p>　　4 系統(tǒng)的軟件設計</p><p>　　3．1在LabVIEW平臺上構建的測控系統(tǒng)結構</p><p>　　如圖4.1所示，測試管理層是一個帶有易用操作的界面，用于管理和執(zhí)行某一測試任務、與設備無關的測試管理環(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)提供一個專門的測試運行程序。高層測試管理軟</p><p>　　圖4.1 程序結構圖 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，包括生成測試報告、數(shù)據(jù)訪問和結果分析等。</p><p>　　在測試程序層開發(fā)的功能模塊是一種有其特殊性的獨立軟件組件。用戶只需要在LabVIEW開發(fā)平臺上以圖形方式調(diào)出相應的

15、儀器功能模塊和數(shù)據(jù)處理模塊，即可構成一個具體的儀器對象，節(jié)約大量時間。</p><p>　　儀器驅動層的儀器驅動程序都是按模塊化、與設備無關的方式向用戶釋放，供使用者迅速將儀器鏈入自己的測試系統(tǒng)。而且驅動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)化和增強這些驅動程序。</p><p>　　I/O接口軟件是測試系統(tǒng)軟件的基礎，用于處理計算機與儀器硬件間連接的低層通訊協(xié)議。當今的虛擬測

16、試軟件都建立在一個標準化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）安裝驅動</b></p><p>　　如圖4.2，在運行程序之前，要先安裝所使用的模塊的驅動程序。即ADVANTECH DRIVER FOR XP的 DRIVER INSTALL

17、.EXE。</p><p>　　b）端口調(diào)用 </p><p>　　圖4.2 安裝驅動圖</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這四個函數(shù)。這四個函數(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，然后將其轉化為庫函數(shù)，以便以后調(diào)用。。</p><p><b>　　c）參數(shù)設定</b></p><p&

19、gt;　　圖4.5 設定采樣頻率 圖4.6 設定各溫度、壓力和速度報警范圍</p><p>　　圖4.7 設定系統(tǒng)開關按鈕</p><p>　　這個部分設定了各種頻率和范圍，因不同設備的實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-時間圖、速度-時間圖和壓力時間圖）反映出來，溫度值再配有溫度計顯示；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)更加實時直觀的表達。</p><p><b>　　e）報警系統(tǒng)</b>

21、;</p><p>　　這部分是報警系統(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定的上下限進行比較，再用個或門將它們收集起來，無論是哪一個超過界限都會使得報警燈亮，都沒有超過</p><p>　　圖4.9 報警裝置程序圖 則報警燈滅。</p><p><

22、b>　　f）采樣分析</b></p><p>　　這部分是數(shù)據(jù)采樣分析，它將計算機從傳感器采集到的數(shù)據(jù)信號進行收集、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時查詢到數(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 結束語</b></p><p>　　隨著計算機技術的發(fā)展，網(wǎng)絡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)絡化環(huán)境下虛擬測控系統(tǒng)在平面磨床液壓工作臺的應用，論文的主要工作有：</p><p>　　a) 在對網(wǎng)絡化測控系統(tǒng)分析的基礎上，進行了系統(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)絡化測控系統(tǒng)的總體設計。</p><p>　　c) 基于LabVIEW平臺，完成了網(wǎng)絡化系統(tǒng)的軟件設計、開發(fā)與調(diào)試，該系統(tǒng)實現(xiàn)了工業(yè)環(huán)境溫度、壓力和速度的測量與監(jiān)控、越限報警以及實時溫度曲線的輸出等功能的集成。</p><p><b>　　參 考 文 獻</b></p><p>　　1 張紀偉，陸寶春，

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