【文章內(nèi)容簡介】 控制系統(tǒng)。LabVIEW是一種虛擬儀器平臺，開發(fā)的一個(gè)代碼來替換圖標(biāo)的編程語言文本來創(chuàng)建應(yīng)用程序開發(fā)工具。LabVIEW的強(qiáng)大，提供了數(shù)據(jù)收集，分析和儲存財(cái)富的庫函數(shù)，包括數(shù)據(jù)采集器，GPIO，Rs232/485各種手段，包括所有的標(biāo)準(zhǔn)通信總線功能特點(diǎn)。設(shè)計(jì)使用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可以收集各種模擬信號，但與NI公司的數(shù)據(jù)采集板都比較貴,可以在單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實(shí)際開發(fā)。 基于LabView實(shí)現(xiàn)的溫度控制系統(tǒng),一般比應(yīng)用文本編輯語言節(jié)省一半以上的人力物力以及開發(fā)時(shí)間。由于采用圖形語言G語言變成,程序可讀性強(qiáng), 人機(jī)互動(dòng)更加方便,可以作為正式運(yùn)用的調(diào)試。本設(shè)計(jì)是針對儀器溫度的控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的, 在進(jìn)行整個(gè)虛擬儀器的控制系統(tǒng)時(shí), 可做為其中一項(xiàng)子程序, 和其他的儀器控制程序一起組成一個(gè)強(qiáng)大的控制系統(tǒng)。 本章小結(jié)本章主要介紹了虛擬儀器技術(shù)與LabVIEW的相關(guān)知識。虛擬儀器技術(shù)是一項(xiàng)涉及多種技術(shù)領(lǐng)域的綜合性技術(shù)，而且也是一項(xiàng)仍然在不斷發(fā)展的新技術(shù)。本章分別闡述了它的概念、特點(diǎn)、組成、及應(yīng)用等內(nèi)容，并介紹了虛擬儀器軟件開發(fā)平臺及NI公司的提供的圖形化編程語言LabVIEW的特點(diǎn)及應(yīng)用。3 熱處理爐溫度控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思想1) 程序框圖的設(shè)計(jì)，包括溫度數(shù)據(jù)的采集、溫度數(shù)據(jù)的分析、溫度超限報(bào)警和溫度采集過程的圖形顯示；2) 圖形顯示界面的設(shè)計(jì)，即在程序框圖的主要設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，在前面板上添加相應(yīng)的數(shù)值輸入控件、數(shù)值顯示控件、布爾控件和波形圖顯示控件等；3) 前面板界面布局及顯示部件的屬性設(shè)置，包括對前面板進(jìn)行的整體布局規(guī)劃設(shè)計(jì)，以及對部分控件進(jìn)行的相關(guān)外觀屬性設(shè)置；4) 前面板的設(shè)計(jì)：前面板的“選項(xiàng)卡控件”中共包括2個(gè)選項(xiàng)卡，分別為“Process Timing”和“Process Status”,前者的設(shè)計(jì)需要使用3個(gè)數(shù)值輸入簇控件，即輸入階段“Input Stage”、計(jì)算階段“Computation Stage”和輸出階段“Output State”,并需創(chuàng)建3個(gè)布爾顯示控件標(biāo)示溫度模擬各工作階段的動(dòng)態(tài)變化情況，還包括2個(gè)用于總體循環(huán)參數(shù)設(shè)置的數(shù)值輸入控件，以及溫度模擬工作階段時(shí)序圖的顯示；對于后者來說，可創(chuàng)建1個(gè)XY圖空間以實(shí)時(shí)顯示熱處理爐溫度數(shù)值及其變化波形，以及加熱爐的工作狀態(tài)；5) 子VI的設(shè)計(jì)和創(chuàng)建：熱處理爐加熱裝置實(shí)時(shí)監(jiān)控程序使用了4個(gè)子VI，這4個(gè)子VI各司其職，是實(shí)現(xiàn)熱處理爐溫度模擬和實(shí)時(shí)監(jiān)控功能的重要組成部分，用于為總體程序框圖的編寫做好準(zhǔn)備工作；6) 程序框圖的設(shè)計(jì)和創(chuàng)建：整個(gè)程序運(yùn)行的總框架為一個(gè)定時(shí)循環(huán)結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)的每個(gè)“幀”中可實(shí)現(xiàn)每個(gè)階段功能的編程。 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)要求創(chuàng)建數(shù)字溫度子VI，并通過調(diào)用數(shù)字溫度計(jì)子VI進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的采集；用波形圖標(biāo)顯示出溫度的變化趨勢，并計(jì)算出溫度的最大值、最小值和平均值。當(dāng)溫度低于設(shè)置的溫度的時(shí)候，利用熱電阻加熱爐加熱；溫度高于上限時(shí)，打開保溫，以此來保溫。用熱加熱爐加熱裝置實(shí)時(shí)監(jiān)控來對加熱爐進(jìn)行控制，來保持溫度位于正常的工作范圍。該系統(tǒng)以調(diào)節(jié)熱處理加熱爐加熱和保溫裝置來檢測、控制溫度的變化，以此保持溫度位于正常的工作范圍。 溫度采集模塊功能溫度采集即輸入階段，此功能塊位于定時(shí)循環(huán)結(jié)構(gòu)的首幀，包括三個(gè)主要部分：1)檢查上一階段（輸出階段）和上一循環(huán)的程序執(zhí)行是否完成；2)獲得、記錄并顯示當(dāng)前熱處理爐的溫度；3)配置下一階段（計(jì)算階段）的開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間參數(shù)。詳細(xì)來說，此功能塊所要實(shí)現(xiàn)的功能包括：把本階段的“預(yù)期開始時(shí)間”、“結(jié)束時(shí)間”和前一循環(huán)過程的“實(shí)際結(jié)束時(shí)間”輸入U(xiǎn)pdate Timing Diagram 子VI以繪制Loop Iteration Timing Diagram 圖形，并檢查定時(shí)循環(huán)結(jié)構(gòu)前一循環(huán)過程的輸出階段執(zhí)行程序是否超時(shí)；同時(shí)根據(jù)“世紀(jì)開始時(shí)間”獲得熱處理爐的當(dāng)前溫度，顯示實(shí)時(shí)溫度變化情況；最后設(shè)定本次循環(huán)過程中即將執(zhí)行的計(jì)算階段的時(shí)間（期限）和起始時(shí)間參數(shù)。由于本階段時(shí)定時(shí)循環(huán)結(jié)構(gòu)每次循環(huán)的第一個(gè)階段，所以需檢查前一循環(huán)過程中的循環(huán)結(jié)束是否需要延遲完成。此外，還需完成輸入階段前面板處理過程定時(shí)界面及處理過程狀態(tài)界面的相應(yīng)數(shù)據(jù)更新功能。 溫度分析計(jì)算模塊功能分析計(jì)算階段功能塊位于定時(shí)循環(huán)結(jié)構(gòu)的第二幀，包括3個(gè)主要部分：1）檢查上一階段（輸入階段）的程序執(zhí)行是否完成；2）根據(jù)當(dāng)前溫度顯示進(jìn)行計(jì)算，來實(shí)施應(yīng)該對熱處理爐進(jìn)行何種操作，即加熱、保溫或者空閑無操作；3）配置下一階段（輸出階段）的開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間參數(shù)。分析計(jì)算階段功能塊主要實(shí)現(xiàn)的功能塊是：根據(jù)輸入階段獲取的熱處理爐實(shí)時(shí)溫度，利用Fan Computataion 子VI確定加熱爐加熱、保溫、或者空閑無操作；同時(shí)，把本階段的“預(yù)期開始時(shí)間”、“結(jié)束時(shí)間”和上一階段的“實(shí)際結(jié)束時(shí)間”輸入U(xiǎn)pdate Timing Diagram 子VI以更新Loop Iteration Timing Diagram 圖形，并檢查定時(shí)循環(huán)結(jié)構(gòu)中的前一幀（即輸入階段）是否需要延遲完成；最后為下一階段（即輸出階段）設(shè)定所對應(yīng)的結(jié)束時(shí)間和起始時(shí)間。 溫度處理模塊功能溫度處理階段即輸出階段，該功能塊位于定時(shí)循環(huán)結(jié)構(gòu)的第三幀，同樣包括3個(gè)主要部分：1）檢查上一階段（計(jì)算階段）的程序執(zhí)行是否完成；2）根據(jù)上一階段的計(jì)算，確定對熱處理爐進(jìn)行何種操作，即加熱、保溫或者空閑無操作；3）配置下一階段（下一循環(huán)中的輸入階段）的開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間參數(shù)，更新下一整體循環(huán)的周期值。溫度處理階段（輸出階段）功能塊在前兩個(gè)階段的分析處理過程的基礎(chǔ)上，完成一些模擬過程的執(zhí)行和顯示功能。在前面板上，輸出階段的定時(shí)參數(shù)設(shè)置同樣通過修改簇中數(shù)值輸入控件的值來實(shí)現(xiàn)。輸出階段在每一個(gè)定時(shí)循環(huán)過程中所實(shí)現(xiàn)的功能具體如下：根據(jù)計(jì)算階段中Fan Computation 子VI的處理結(jié)果確定熱處理爐的操作；同時(shí)，把本階段的“預(yù)期開始時(shí)間”、“結(jié)束時(shí)間”和上一階段的“實(shí)際結(jié)束時(shí)間”輸入U(xiǎn)pdate Timing Diagram 子VI以更新Loop Interation Timing Diagram圖形,并檢查前一幀（即計(jì)算階段）的執(zhí)行過程是否需要延遲完成；最后設(shè)置定時(shí)循環(huán)結(jié)構(gòu)的下一次循環(huán)的總時(shí)間（Total Period），一級下一次循環(huán)過程的輸入階段對應(yīng)的結(jié)束時(shí)間。 定時(shí)參數(shù)時(shí)序圖更新子VI將定時(shí)參數(shù)時(shí)序圖更新子VI命名為Update Timing ,所實(shí)現(xiàn)的功能同樣通過對枚舉空間“Operation”各選擇項(xiàng)對應(yīng)的條件結(jié)構(gòu)分支進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)，包括“Initialize”、“Input Stage”、“Computation Stage”和“Output Stage”4個(gè)功能塊。其中，在“Initialize”分之中創(chuàng)建一個(gè)XY圖引用句柄，以調(diào)用XY圖控件對象繪制“Loop Iteration Timing Diagram”圖形，同是對不同階段的時(shí)序圖數(shù)組進(jìn)行初始化；在“Input Stage”分支中創(chuàng)建活動(dòng)游標(biāo)0，標(biāo)示輸入階段的結(jié)束時(shí)刻，并顯示出輸入階段的時(shí)序圖；在“Computation Stage”結(jié)構(gòu)分支中創(chuàng)建活動(dòng)游標(biāo)1，標(biāo)示計(jì)算階段的結(jié)束時(shí)刻Deadline,并顯示出計(jì)算階段的時(shí)序圖；在“Output Stage”分支中創(chuàng)建活動(dòng)游標(biāo)2，標(biāo)示輸出階段的結(jié)束時(shí)刻，并顯示出輸出階段的時(shí)序圖。 熱溫度爐溫升模擬子VI熱溫度爐溫升模擬子VI實(shí)現(xiàn)模擬熱溫度爐溫升控制處理過程的功能。首先將該子VI命名為PACIO with Fan ,其所實(shí)現(xiàn)的功能通過對枚舉空間“Operation”各選擇項(xiàng)對應(yīng)的條件結(jié)構(gòu)分支進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)，包括“Initialize”，“Acquire Temp.”，“Fan ON”“Fan OFF”,“Get Fan Status”和“Idle”6個(gè)功能模塊。其中“Initialize”分之中創(chuàng)建1個(gè)常量數(shù)值，用于產(chǎn)生出使溫度，同時(shí)使用“獲取日期/時(shí)間（秒)”函數(shù)獲取當(dāng)前時(shí)間；在“Acquire Temp.”分之中創(chuàng)建溫度變化生成器；在“Fan ON”“Fan OFF”的結(jié)構(gòu)分支中，根據(jù)熱溫度爐的加熱、保溫狀態(tài)產(chǎn)生不同的溫度變化量。并輸出溫度數(shù)據(jù)，用于模擬熱溫度爐加熱或者保溫造成溫度變化的過程；在“Idle”分之中沒有任何溫度變化的程序，也不進(jìn)行任何熱溫度爐加熱和保溫的操作，因此，通過該功能塊的處理邏輯之后，溫度輸出數(shù)據(jù)不變，只進(jìn)行一定時(shí)間的延時(shí)操作；在“Get Fan Status”分之中，與“Idle”分支相同，只進(jìn)行數(shù)據(jù)流的傳遞。熱溫度爐溫升模擬子VI是整個(gè)程序的關(guān)鍵部分。其產(chǎn)生溫度變化、溫度數(shù)據(jù)采集、加熱爐加熱、保溫等一系列操作所需要的邏輯判斷和操作將在后面的設(shè)計(jì)步驟中介紹，其端子圖如圖2所示圖2 熱溫度爐溫升模擬（PACI/O with Fan Status）子VI的端子圖 熱處理爐溫度記錄子VI熱處理爐溫度記錄子VI的主要功能是根據(jù)輸入的時(shí)間（New Time）和熱處理爐溫度（New Temp.）繪制XY圖，以表示隨著時(shí)間的變化熱處理爐溫度的變化波形和趨勢。熱處理爐溫度記錄子VI的創(chuàng)建過程將在后面的設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行詳細(xì)介紹。 溫區(qū)加熱、保溫判斷子VI將熱處理爐運(yùn)行狀態(tài)計(jì)算子VI命名為Fan Computation .vi。顧名思義，其主要的作