【正文】 ）和可重復(fù)用庫函數(shù)等軟件結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)了儀器模塊間的通信、定時(shí)與觸發(fā)。 虛 擬 儀 器 開 發(fā) 者虛 擬 儀 器 軟 件 面 板虛 擬 儀 器 軟 件 開 發(fā) 平 臺(tái)底 層 驅(qū) 動(dòng) 程 序硬 件 模 塊虛 擬 儀 器 開 發(fā) 者操 作 系 統(tǒng) 圖 虛擬儀器開發(fā)框圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 12 虛擬儀器技術(shù)的優(yōu)勢在于可由用戶定義自己的專用儀器系統(tǒng)，且功能靈活，很容易構(gòu)建，所以應(yīng)用面極為廣泛。此外，不斷發(fā)展的因特網(wǎng)和越來越快的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)使得虛擬儀器技術(shù)展現(xiàn)其更強(qiáng)大的優(yōu)勢。 (3)開發(fā)時(shí)間少 在驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用兩個(gè)層面上， Nl 高效的軟件構(gòu)架能與計(jì)算機(jī)、儀器 儀表和通訊方面的最新技術(shù)結(jié)合在一起。 Nl 的虛擬儀器軟件平臺(tái)為所有的 FO 設(shè)備提供了標(biāo)準(zhǔn)的接口，幫助用戶輕松地將多個(gè)測量設(shè)備集成到單個(gè)系統(tǒng)，減少了任務(wù)的復(fù)雜性。它充分利用了計(jì)算機(jī)的總線、機(jī)箱、電源以及軟件的便利，其關(guān)鍵在于A/D 轉(zhuǎn)換技術(shù)。它的最大好處是可以與筆記本計(jì)算 機(jī)相連，方便野外作業(yè)，又可與臺(tái)式 PC 相連，實(shí)現(xiàn)臺(tái)式和便攜式兩用，非常方便。在標(biāo)準(zhǔn)情況下，一塊 GPIB 接口卡可帶多達(dá) 14 臺(tái)的儀器，電纜長度可達(dá) 20m。由于它的標(biāo)準(zhǔn)開放，且具有結(jié)構(gòu)緊湊、數(shù)據(jù)吞吐能力強(qiáng)、定時(shí)和同步精確、模塊可重復(fù)利用眾多儀器廠家支持的優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。 （ 6）網(wǎng)絡(luò)接口方式的 VI 盡管 Inter 技術(shù)最 初并沒有考慮如何將嵌入式智能儀器設(shè)備連接在一起，不過 NI等公司己經(jīng)開發(fā)了通過 Web 瀏覽器觀測這些嵌入式儀器設(shè)備的產(chǎn)品，使人們可以通過Inter 操作儀器設(shè)備。 （ 7） USB 接口方式的 VI Universal Serial Bus(USB)因?yàn)槠湓?PC 機(jī)上的廣泛使用、即插即用的易用性和 高達(dá) 480Mbits/s 的傳輸速率，逐漸的成為儀器控制的主流總線技術(shù)。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 16 第三章 系統(tǒng)的 總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的總原理框圖 圖 系統(tǒng)原理框圖 本設(shè)計(jì)的原理圖如圖 31，該系統(tǒng)總體上可分為：硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。信號(hào)調(diào)理模塊只有熱電阻調(diào)理模塊，擴(kuò)散硅式差壓變送器輸出的信號(hào)可以直接給 DAQ板卡。其中控制閥包括進(jìn)氣閥和排氣閥。 各子程序的具體介紹將在第五章詳細(xì)說明。在進(jìn)行溫度控制階段，排氣閥始終處于關(guān)閉狀態(tài)。 溫 度 P I D 調(diào) 節(jié) 器 控 制 閥 硫 化 罐P t 1 0 0 熱 電 阻 傳 感器溫 度 給 定溫度測量偏 差溫 度_ 圖 溫度單回路控制系統(tǒng)方塊圖 壓力反饋控制系統(tǒng)也是采用單回路控制系統(tǒng)，其方塊圖如下。此 時(shí)控制閥還是包括進(jìn)氣閥和排氣閥。 本設(shè)計(jì)僅以 Pt100 傳感器，SCCRTD01 溫度調(diào)理模塊為 模型進(jìn)行說明 。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 19 圖 34 熱電阻及調(diào)理模塊參數(shù)設(shè)定前面板 該面板對熱電阻及調(diào)理模塊參數(shù)的設(shè)定。 圖 37 輸出端設(shè)置 該面板可對數(shù)據(jù)輸出的通道最大值、最小值、輸出 采樣頻率進(jìn)行設(shè)置 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 21 圖 38 數(shù)據(jù)曲線回放前面板 該面板可以對溫度壓力曲線保存到指定文件夾中，并且從指定文件夾中 回放 歷史曲線。 Pt100 熱電阻簡介 熱電阻是電阻體、絕緣導(dǎo)管和接線盒等主要部件組成，其中，電阻體是熱電阻的最主要組成部分。可見 PT100在常溫0~150攝氏度之間變化時(shí)限性度非常好，其阻值表達(dá)式可近似簡化為： RPt=100（ 1+At），當(dāng)溫度變化 1攝氏度， PT100阻值近似變化 。 另外， Pt100溫度傳感器還具有抗振動(dòng)、穩(wěn)定性好、準(zhǔn)確度高、耐高壓等優(yōu)點(diǎn)。 敏感元件由兩片研磨后膠合成杯狀的硅片組成。于 是傳感器上的不平衡電橋就有電壓信號(hào)輸出給放大器，經(jīng)放大處理輸 出 4～ 20mA 直流電流信號(hào)。主要應(yīng)用于石油、化工、冶金、電站等領(lǐng)域。此外，使用放置在更接近信號(hào)源或轉(zhuǎn)換器的外部信號(hào)調(diào)理裝置，可以通過在信號(hào)被環(huán)境噪聲影響之前提高信號(hào)電平來提高測量的信號(hào) 噪聲比。 （ 3）隔離 隔離的信號(hào)調(diào)理設(shè)備通過使用變壓器、光或電容性的耦合技術(shù)，無須物理連接即可將信號(hào)從它的源傳輸至測量設(shè)備。 （ 5）濾波 濾波器在一定的頻率范圍內(nèi)去除不希望的噪聲。例如應(yīng)變計(jì)、電熱調(diào)節(jié)器和 RTD 需要外部電壓或電內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 26 流激勵(lì)信號(hào)。 （ 8）數(shù)字信號(hào)調(diào)理 數(shù)字信號(hào)在某種情況下也要進(jìn)行調(diào)理才能進(jìn)入 DAQ 卡。 而且每一模塊還具有一個(gè)用于 1 或 2 RTD 的 1 mA 激勵(lì)源。也內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 27 可以通過在信號(hào)源附近放大處理電壓水平偏低的 RTD 電壓，顯著改善系統(tǒng)的噪聲性能。 數(shù)據(jù)采集卡的主要性能指標(biāo) 1）采樣頻率 采樣頻率的高低，決定了在一定時(shí)間內(nèi)獲取原始信號(hào)信息的多少，為了能夠較好的再現(xiàn)原始信號(hào)，不產(chǎn)生波形失真，采樣率必須要足夠高才行。但是處于成本的考慮，現(xiàn)在普遍流行的是各個(gè)數(shù)據(jù)通道公用一套放大器和 A/D 轉(zhuǎn)換器。如果增加到十二位，代碼數(shù)從8 增加到 212=4096，這 樣就可以獲得就能獲得十分精確的模擬信號(hào)數(shù)字化表示。 2）放大器。把采集到的信號(hào)瞬間值，保持在 A/D 轉(zhuǎn)換的過程中不變化。以上四個(gè)部分是數(shù)據(jù)采集卡的重要組成部分，與其他的電路如定時(shí) /計(jì)數(shù)器、總線接口等電路儀器組成 DAQ。 系統(tǒng)采用的是 NI PCI6221 采集卡，由于該卡支持 DAQmx 驅(qū)動(dòng)程序，所以本設(shè)計(jì)是直接使用 DAQmxData Acquisition 開發(fā)的，在這部分中，主要是 采集參數(shù)的設(shè)置，其中包括物理通道的選擇，采樣模式、采樣率、每通道采樣數(shù)、輸入方式的配置，采樣最大最小值的設(shè)置。 本伺服采用固態(tài)繼電器做 功率輸出部件，體積小，耐振動(dòng)，可靠性高， DFC1200 型產(chǎn)品還具有信號(hào)斷失保護(hù)功能，可提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。 伺放的輸入信號(hào)一般有兩路，一路為控制信號(hào) Ic，由調(diào)節(jié)器或其他控制器提供，另一路為位置反饋信號(hào) If，由電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置發(fā)送器提供。當(dāng) IcIf=0（或不超過死區(qū)）時(shí)，伺放無輸出。 c、調(diào)整調(diào)零電位器 Rs，使 Vo 的值為數(shù)毫伏即可。 接 入系統(tǒng)調(diào)試 經(jīng)以上模擬調(diào)試，如無異常情況，可將伺放接入系統(tǒng)使用。 DFD05或 DFD0500 適用于 DDZII、 DDZIII 型變送器和調(diào)節(jié)器與電動(dòng)執(zhí)行器組成 的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，應(yīng)用 DFD0 DFD0500 可以使執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作在自動(dòng)調(diào)節(jié)、手動(dòng)控制和就地操作三種工作狀態(tài)。％。 （ 5）能對系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、自動(dòng)無干擾切換。 （ 9）外形尺寸： 80 80 275(mm) 開口尺寸： 75 75(mm) 電路原理圖由切換開關(guān) (HK)和操作開關(guān) (1K、 2K)，雙針槽形表 (1CB、 2CB)及工作狀 態(tài)指示燈 (1ZD、 2ZD)及電源變壓器 (R)組成。當(dāng)切換開關(guān)在手動(dòng)位置時(shí)，這時(shí)指示燈綠燈亮。電流表 1CB 指示出 PID 調(diào)節(jié)器的輸出電流對位置反饋電流進(jìn)行跟蹤調(diào)節(jié)，因此當(dāng)調(diào)節(jié)器偏差表指示為零耐，執(zhí)行器停在某位置后，即可由手動(dòng)切換到自動(dòng)。提高了運(yùn)行的可靠性，這時(shí)仍然由 1CB 指示出調(diào)節(jié)器輸出電流，由 2CB 指示出位置反饋電流。 DKZ 系列直行程電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是輸出直線位移的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，控制各種需要直線位移韻調(diào)節(jié)閥、套筒閥。2 5％ ；電源電壓： 220vAC+10％ (15％ ) 50Hz；工作環(huán)境：溫度：整體式 10～ +55℃，分立式 25～ +70℃；濕度： =85％ 周圍空氣中不含腐蝕性質(zhì)。 輸入信號(hào)執(zhí)行機(jī)構(gòu)操作器放大器1調(diào)節(jié)器 圖 45伺服放大器、手操器及電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的接線圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 36 第五章 軟件設(shè)計(jì) 模塊設(shè)計(jì) 目前，常用的溫度采集系統(tǒng)絕大部分是由集成溫度傳感器和單片機(jī)構(gòu)成的，這種方案從傳感器到 CPU還有許多環(huán)節(jié)需要系統(tǒng)設(shè)計(jì)者來設(shè)計(jì)，過程繁瑣、調(diào)試期長、修改不方便，而本文借助 LabVIEW 圖形化軟件開發(fā)系統(tǒng)。參考上面的文字說明及該圖連線，正確的接線便可以實(shí) 現(xiàn)對控制閥的動(dòng)作。 DKZ 系列直行程 電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)配上各種電動(dòng)操作器，可完成調(diào)節(jié)系統(tǒng)的 “ 手動(dòng) ” 到“ 自動(dòng) ” 的無干擾自動(dòng)切換及被調(diào)節(jié)對象的遠(yuǎn)方手動(dòng)操作。 電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) DKZ5500M DKZ 系列直行程電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是自動(dòng)調(diào)節(jié)系繞的終端執(zhí)行單元。 當(dāng)切換開關(guān)在中間位置時(shí)，這時(shí)執(zhí)行器的伺服電機(jī)斷電。執(zhí)行器位置反饋端子 (1)和 (2)與操作器端子 (5)和 (6)相聯(lián)位置反饋電流經(jīng)過電流表 2CB 指示出位置反饋電流和電阻 1R， 2R 上產(chǎn)生的跟蹤電壓經(jīng)過操作器端子14 和 15。 “ 自動(dòng) ” 到 “ 就地 ” 到“ 手動(dòng) ” 三種狀態(tài)的切換。 （ 7）手動(dòng)狀態(tài)：操作開關(guān)觸頭額定電壓 220V電流 5A。 （ 3）反饋回路 電阻： 200?。操作器本身具有手動(dòng)控制和自動(dòng)調(diào)節(jié)工作狀態(tài)的顯示。 電動(dòng)伺服操作器 DFD0500 DFD05 型電動(dòng)操作器是 DDZIII 型電動(dòng)單元組合儀表中的一個(gè)輔助單元。 b、調(diào)整調(diào)死區(qū)電位器 R1s，至 H1 或 H2 剛好不亮（ Ic 是增加的，則 H1 亮，若 Ic是減少的，則 H2 亮）； c、改變 Ic， H H2 應(yīng)交替亮（但不應(yīng)有同時(shí)亮的現(xiàn)象）。調(diào)試接線方法如下圖： 圖 44 伺放效驗(yàn)接線圖 調(diào)試步驟如下： （ 1）調(diào)試平衡（即調(diào)零）出廠時(shí)已調(diào)好，一般無需調(diào)整。當(dāng) IcIf0（且超過死區(qū)）時(shí)，伺放有正向輸出。 主要技術(shù)參數(shù) （ 1）輸入信號(hào) DFC 110 型： 0～ 10mA DC DFC 1100 型： 4～ 20mA DC DFC 1200 型： 4～ 20mA DC (帶斷信號(hào)保護(hù) ) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 30 （ 2）輸入電阻 DFC 110 型： 200? DFC 1100 型： 250? DFC 1200 型： 250? （ 3）死區(qū)可調(diào)節(jié)范圍： 1%～ 3% （ 4）額定負(fù)載電流： 5A（交流有效值） （ 5）斷信號(hào)識(shí)別： 2mA， DC（僅對 DFC 1200） （ 6）工作電源： 220v， 50Hz （ 7）使用環(huán)境：溫度： 0～ 50℃ 相對溫度 85% 大氣壓力： 86～ 106KPa，周圍空氣中無腐蝕介質(zhì) 。 伺服放大器 伺服放大器概述 DFC型系列伺服放大器（以下簡稱伺放）是電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的配套裝置，也是工業(yè)過程控制自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的核心部件之一。該板卡的主要性能如下： ? 16 路模擬信號(hào)輸入通道，采樣率為 250kS/s，輸入范圍為 10V～ +10V； ? 2 路模擬量輸出通道，分辨率為 16 位； ? 24 路數(shù)字 I/O，數(shù)字觸發(fā)； ? 2 個(gè) 32 位定時(shí)計(jì)數(shù)器； ? NIDAQmx 測試軟件和硬件配置支持； ? NIMCal 校準(zhǔn)支持； ? NIST 校準(zhǔn)證書和多于 70 多種的信號(hào)調(diào)理模塊選擇。將模擬的輸入信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字量輸出，完成信號(hào)幅值的量化。通常中的放大器都是增益可調(diào)的，使用者可根據(jù)需要來選擇不同的增益倍數(shù)。 數(shù)據(jù)采集卡（ DAQ） 卡的組成 1）多路開關(guān)。例如，三位的 A/D 轉(zhuǎn)換把模擬電壓范圍分成 23=8 段，每段用二進(jìn)制代碼在 000 到 111 之間表示。 2）采樣方法 采集卡通常都有好幾個(gè)數(shù)據(jù)通道，如果所有的數(shù)據(jù)通道都輪流使用同一個(gè)放大器和A/D 轉(zhuǎn)換器，要比每 個(gè)通道單獨(dú)使用各自的經(jīng)濟(jì)的多，但這僅適用于對時(shí)間不是很重要的場合。 數(shù)據(jù)采集卡的選擇 數(shù)據(jù)采集板卡的性能與眾多因素相關(guān)，要根據(jù)具體情況來具體分析。在 RTD 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中常常使用低通濾波器，以有效濾除 RTD 測量結(jié)果中的高頻噪聲。 RTD01 簡介 圖 RTD01 硬件圖 本設(shè)計(jì)采用 NI SCCRTD01，它為雙通道模塊，可連接 3 或 4 線鉑 RTD。應(yīng)變計(jì)是一種超低電阻的設(shè)備，通常利用一個(gè)電壓激勵(lì)源來用于惠斯登電橋配置。大部分信號(hào)調(diào)理裝置都包括了為最大程度上抑制 50Hz 或 60Hz 的噪聲而專門設(shè)計(jì)的低通濾波器。 （ 4）多路復(fù)用 通過多路復(fù)用技術(shù)，一個(gè)測量系統(tǒng)可以不間斷地將多路信號(hào)傳輸至一個(gè)單一的數(shù)字化儀，從而提供了一種節(jié)省成本的方式來極大地?cái)U(kuò)大系統(tǒng)通道數(shù)量。它在電壓（即被數(shù)字化的）超過數(shù)字化儀輸入范圍是十分必要的。信號(hào)調(diào)理的方法主要包括放大、衰減、隔離、內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 25 多路復(fù)用、濾波、激勵(lì)和數(shù)字信號(hào)調(diào)理等。其各種參數(shù)如下 ， 測量范圍： 0～ 400kPa；輸出信號(hào)： 4～ ； 基本誤差：調(diào)校量程的 177。硅杯兩面浸在硅油中，硅油和被測介質(zhì)之間用金屬隔離膜片分開。 擴(kuò)散硅式差壓變送器是無杠桿的變送器。（ ＋ │t│）， B級(jí) 177。鉑熱電阻的物理化學(xué)性能在高溫和氧化性介質(zhì)中很穩(wěn)定，它能用作工業(yè)測溫元件；且此元件線性較好，在 0~100 攝氏度之間變化時(shí)，最大非線性偏差小于 攝