【正文】 ................................................................. 18 PC 機(jī) .......................................................................................................................... 19 液位控制對(duì)象 ........................................................................................................... 20 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 II 頁(yè) 本設(shè)計(jì)的信號(hào)流程圖 ............................................................................................... 22 第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ....................................................................... 24 程序模塊化設(shè)計(jì)概述 ............................................................................................... 24 軟件系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)原則 ............................................................................. 24 本設(shè)計(jì)的軟件系統(tǒng)模塊劃分 ............................................................................. 26 系統(tǒng)總體程序流程圖 ........................................................................................ 27 設(shè)計(jì)過(guò)程中的量程變換 ..................................................................................... 28 系統(tǒng)各模塊應(yīng)用程序 ............................................................................................... 28 數(shù)據(jù)采集與輸出程序 ........................................................................................ 28 PID 控制算法程序 .............................................................................................. 29 數(shù)據(jù)保存程序 .................................................................................................... 29 歷史數(shù)據(jù)讀取程序 ............................................................................................ 30 第四章 系統(tǒng)軟件的具體實(shí)現(xiàn) .......................................................... 31 系統(tǒng)監(jiān)控界面 ........................................................................................................... 31 實(shí)驗(yàn)步驟及其調(diào)試結(jié)果 ........................................................................................... 31 歷史數(shù)據(jù)讀取 ........................................................................................................... 33 第五章 總 結(jié) ..................................................................................... 34 參 考 文 獻(xiàn) ....................................................................................... 36 致 謝 .............................................................................................. 37 附 錄 .................................................................................................. 38 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 III 頁(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū) 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印 件和電子版，允許論文被查閱和借閱。實(shí)踐證明虛擬儀器是一種優(yōu)秀的解決方案，能夠高效的實(shí)現(xiàn)各種測(cè)控任務(wù)。 不能排除人為發(fā)生錯(cuò)誤的因素 , 如記錄時(shí)的誤讀和誤記等 [2]。虛擬儀器技術(shù)最核心的思想，就是利用計(jì)算機(jī)的硬 /軟件資源，使本來(lái)需要硬件實(shí)現(xiàn)的技術(shù)軟件化（虛擬化），以便最大限度地降低系統(tǒng)成本，增強(qiáng)系統(tǒng)的功能與靈活性 [4]。七十年代初第一片微處理器問(wèn)世，微型計(jì)算機(jī)技術(shù)從此發(fā)展迅猛，在其影響下測(cè)量?jī)x器呈現(xiàn)出新的活力并取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。 1982年美國(guó)西北儀器公司總裁德 1997年美國(guó) NI 公司推出了一種新的儀器總線標(biāo)準(zhǔn) PXI總線標(biāo)準(zhǔn)。 虛擬儀器的出現(xiàn)是儀器發(fā)展史上的一場(chǎng)革命，代表著儀器發(fā)展的最新趨勢(shì)和新方向，并且是信息技 術(shù)的重要領(lǐng)域擴(kuò)充，對(duì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)將產(chǎn)生不可估量的影響。 Labview 集成了 與滿足 GPIB、 VXI、 RS232和 RS485 協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 6 頁(yè) 基于 Labview 平臺(tái)的虛擬儀器程序設(shè)計(jì) 所有的 Labview 應(yīng)用程序，即虛擬儀器 (VI)，它包括前面板 (Front Panel)、流程圖(Block Diagram)以及圖標(biāo) /連結(jié)器 (Icon/Connector)三部分。 ② 設(shè)計(jì)的思路和運(yùn)行過(guò)程清晰而且直觀。同時(shí)也對(duì)于將來(lái)系統(tǒng)的維護(hù)提供了便利。它是計(jì)算機(jī)與外部物理世界連接的橋梁。所有 x(0)， x(△ t)， x(2△ t)都是采樣值。如果信號(hào)中包含頻率高于奈奎斯特頻率的成分，信號(hào)將在直流和恩奎斯特頻率之間畸變。在數(shù)據(jù)采集之前，程序?qū)?duì)采集板卡初始化，板卡上和內(nèi)存中的 Buffer 是數(shù)據(jù)采 集存儲(chǔ)的中間環(huán)節(jié)。具有放大器的數(shù)據(jù)采集卡可配置成差分測(cè)量系統(tǒng)。圖 16 通道的 RSE 測(cè)量系統(tǒng)。 PID 控制器是一個(gè)在工業(yè)控制應(yīng)用中常見(jiàn)的 反饋 回路部件。這種控制器輸出的變化與輸入控制器的偏差成比例關(guān)系。導(dǎo)數(shù)的結(jié)果越大，那么控制系統(tǒng)就對(duì)輸出結(jié)果作出更快速的反應(yīng)。這幾種控制規(guī)律可以單獨(dú)使用，但是更多場(chǎng)合是組合使用。只要有偏差產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用。積分控制規(guī)律又稱無(wú)差控制規(guī)律。比例積分控制器是目前應(yīng)用最為廣泛的一種控制器，多用于工業(yè)生產(chǎn)中液位、壓力、流量等控制系統(tǒng)。微分控制器輸出的大小取決于輸入偏差變化的速度。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 17 頁(yè) 比例和微分作用結(jié)合，比單純的比例作用更快。 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。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。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(lái)選擇不同的增益倍數(shù)。其先進(jìn)的電路設(shè)計(jì)使得它具有更高的質(zhì)量和更多的功能。本實(shí)驗(yàn)要求根據(jù)圖 ,正確開(kāi)關(guān)手動(dòng)截止閥將 1~2中任意一組水 箱的其中一個(gè)液位作為被控參數(shù)。液位變送器為 LSRY 或 LSRT，水箱量程為 0~380mmH2O，變送輸出 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 21 頁(yè) 為 4~20mA，通過(guò)接入 R=250 歐的電阻，使其輸入到數(shù)據(jù)采集卡的信號(hào)為 1V— 5V。具體框圖見(jiàn)圖 基于虛擬儀器的液位控制系統(tǒng) 信號(hào)流圖 。對(duì)抽象算法做進(jìn)一步求精，進(jìn)入下一層抽象。 5）模塊接口應(yīng)保持簡(jiǎn)明 降低模塊接口的復(fù)雜性，是模塊設(shè)計(jì)中必須考慮的問(wèn)題。 ABAB CAF l a g = ?BAF l a g = ?B C( a ) ( b ) ( c ) ( d ) 圖 3. 1模塊結(jié)構(gòu)增加判斷層次 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 26 頁(yè) 本設(shè)計(jì)的軟件系統(tǒng)模塊劃分 系統(tǒng)程序的主要功能為模塊劃分的標(biāo)準(zhǔn)，其 中 包括數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示，數(shù)據(jù)保存，歷史數(shù)據(jù)的讀取等功能。具體程序見(jiàn)圖 。具體程序見(jiàn)圖 。 Labview 提供了非常豐富的圖形界面來(lái)進(jìn)行前面板的設(shè)計(jì)，波形圖表能非常清晰的實(shí)時(shí)顯示采集的液位波形。 ，所涉及的硬件部分都有現(xiàn)成的。這都說(shuō)明了在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)條件所遇到的問(wèn)題是多種多樣的，不同的環(huán)境有不同的特殊性，要具體問(wèn)題具體分析。比如說(shuō)，由于 實(shí)驗(yàn)條件的限制， 在控制過(guò)程中由于電壓源的擾動(dòng)特別大，輸出的數(shù)據(jù)波動(dòng)特別大，經(jīng)過(guò)分析我在電阻兩端并聯(lián)了一個(gè)電容，使外部擾動(dòng)大大減小，很好的完成了實(shí)驗(yàn)，實(shí) 現(xiàn)了設(shè)計(jì)要求 。 圖 4. 4歷史數(shù)據(jù)表格顯示界面 圖 4. 5 歷史數(shù)據(jù)表格顯示界面 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 34 頁(yè) 第五章 總 結(jié) 在這兩個(gè)多月的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我用在課堂上所學(xué)到的知識(shí)親自去設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試一個(gè)完整的自動(dòng)控制系統(tǒng)，雖然只是部分地實(shí)現(xiàn)了所給定的功能要求，但我覺(jué)得收獲還是很多的，可以從以下幾個(gè)方面來(lái)說(shuō)： 1. 在整個(gè)設(shè)計(jì)中我學(xué)會(huì)了在復(fù)雜的問(wèn)題面前怎樣去分析，找到問(wèn)題的關(guān)鍵所在，而且認(rèn)識(shí)到這種能力的重要性。 最后將滿足要求的曲線保存。具體程序見(jiàn)圖 。 95） ⑶偏差信號(hào)經(jīng) PID 運(yùn)算控制后的輸出信號(hào) U范圍為 1V5V,由于執(zhí)行器閥門開(kāi)度 Y%范圍為 0%100%，其對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)為 4mA20mA，而數(shù)據(jù)采集卡的輸出為 1V5V, 1V5V與 4mA20mA之間的變換可以用設(shè)備上的調(diào)節(jié)器來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，這里當(dāng)電壓為 1V 時(shí)對(duì)應(yīng)的電流為 4mA,其間為線性變換。這樣在擴(kuò)展時(shí)，除增加 C 外，尚須修改 A，這種修改可能是困難的。 4）依據(jù)邏輯功能確定模塊之間的調(diào)用關(guān)系 模塊之間的調(diào)用與被調(diào)用，決定于模塊各自的邏輯功 能，因而對(duì)模塊的扇入扇出并無(wú)加以限制的必要。 軟件系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)原則 為使研制出的軟件具有良好的可靠性、易維護(hù)性、易擴(kuò)充性及易裝卸性，軟件設(shè)計(jì)應(yīng)遵循規(guī)范化的模塊化設(shè)計(jì)原則 [13]。（本設(shè)計(jì)中 PID 控制環(huán)節(jié)，由 Labview 提供的 PID 控制模塊直接控制） 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 22 頁(yè) 圖 2. 10液位控制系統(tǒng)原理方框圖 本設(shè)計(jì) 的 信號(hào)流圖 整個(gè)系統(tǒng)從被測(cè)對(duì)象開(kāi)始，通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理模塊進(jìn)行簡(jiǎn)單的信號(hào)出來(lái)，將信號(hào)送 PCLD1710 接線板，然后通過(guò) PCI 總線送入 PCI1710 多功能數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后用軟件進(jìn)行處理。 R：伺服放大器，輸入信號(hào) 4~20mA，每個(gè)通道有兩個(gè)插座孔，其中 1 孔（＋）接調(diào)節(jié)器來(lái)的信號(hào)， 2孔（－）電動(dòng)操作端子的信號(hào)，注意不能接錯(cuò)。因此可以選用實(shí)驗(yàn)室通常用的計(jì)算機(jī)。以上四個(gè)部分是數(shù)