【導讀】上比較先進的技術(shù)---虛擬儀器。虛擬儀器是指通過應用程序?qū)⒂嬎銠C、軟件的功能模塊。析、顯示、數(shù)據(jù)存儲等。硫化是輪胎生產(chǎn)中影響輪胎質(zhì)量的一個重要環(huán)節(jié)。硫化過程受多種因素的影。響，其中，溫度、壓力、時間被稱為硫化的三要素。影響輪胎硫化的三要素中由于對溫。度的控制比較復雜，所以在輪胎硫化控制系統(tǒng)中，它就成為系統(tǒng)控制的關(guān)鍵。統(tǒng)，包括溫度壓力給定信號的設定、現(xiàn)場溫度壓力信號的采集以及溫度壓力的調(diào)節(jié)等等。

　　

【正文】 采樣頻率的高低，決定了在一定時間內(nèi)獲取原始信號信息的多少，為了能夠較好的再現(xiàn)原始信號，不產(chǎn)生波形失真，采樣率必須要足夠高才行。根據(jù)奈奎斯特理論采樣頻率至少是原信號的兩倍，但實際中，一般都需要 5～ 10 倍。 2）采樣方法 采集卡通常都有好幾個數(shù)據(jù)通道，如果所有的數(shù)據(jù)通道都輪流使用同一個放大器和A/D 轉(zhuǎn)換器，要比每 個通道單獨使用各自的經(jīng)濟的多，但這僅適用于對時間不是很重要的場合。如果采樣系統(tǒng)對時間要求嚴格，則必須同時采集，這就需要每個通道都有自己的放大和 A/D 轉(zhuǎn)換器。但是處于成本的考慮，現(xiàn)在普遍流行的是各個數(shù)據(jù)通道公用一套放大器和 A/D 轉(zhuǎn)換器。 3）分辨率 ADC 的位數(shù)越多，分辨率就越高，可區(qū)分的電壓就越小。例如，三位的 A/D 轉(zhuǎn)換把模擬電壓范圍分成 23=8 段，每段用二進制代碼在 000 到 111 之間表示。因而，數(shù)字信號不能真實地反映原始信號，因為一部分信息被漏掉了。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數(shù)字化表示。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 28 4） I/O 通道數(shù) 該參數(shù)表明了數(shù)據(jù)采集卡所能夠采集的最多的信號路數(shù)。 數(shù)據(jù)采集卡（ DAQ） 卡的組成 1）多路開關(guān)。將各路信號輪流切換至放大器的輸入端，實現(xiàn)多參數(shù)多路信號的分時采集。 2）放大器。將切換進入采集卡的信號放大至需要的量程內(nèi)。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)。 3）采樣保持器。把采集到的信號瞬間值，保持在 A/D 轉(zhuǎn)換的過程中不變化。 4） A/D 轉(zhuǎn)換器。將模擬的輸入信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字量輸出，完成信號幅值的量化。 目前， 通常將采樣保持器和 A/D 轉(zhuǎn)換器集成在同一塊芯片上。以上四個部分是數(shù)據(jù)采集卡的重要組成部分，與其他的電路如定時 /計數(shù)器、總線接口等電路儀器組成 DAQ。 NI PCI6221 數(shù)據(jù)采集卡 本設計采用的是 NI PCI6221 數(shù)據(jù)采集卡，它 是 NI 公司的 M 系列多功能數(shù)據(jù)采集卡，采用的是一個 A/D 轉(zhuǎn)換器，雖然是多路采集，實際上是分時工作的，所有在多路同時工作時采樣率會成倍降低。該板卡的主要性能如下： ? 16 路模擬信號輸入通道，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 32 位定時計數(shù)器； ? NIDAQmx 測試軟件和硬件配置支持； ? NIMCal 校準支持； ? NIST 校準證書和多于 70 多種的信號調(diào)理模塊選擇。 整個系統(tǒng)從被測對象開始，通過傳感器轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)過信號調(diào)理模塊進行簡單內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 29 的信號出來，比如 SCCRTD01 熱電阻調(diào)理模塊，將信號送至數(shù)據(jù)采集卡進行采集，然后用軟件進行處理。 系統(tǒng)采用的是 NI PCI6221 采集卡，由于該卡支持 DAQmx 驅(qū)動程序，所以本設計是直接使用 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置。 隨后通過采集卡采集到所需信號，并在 PC 機上進行分析處理，從而得到我們所需的溫度之后再通過采集卡對加熱設備發(fā)送控制信號，來達到對被測對象的實時測溫與控制的目的。 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）是電動執(zhí)行機構(gòu)的配套裝置，也是工業(yè)過程控制自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的核心部件之一。它與電動執(zhí)行機構(gòu)配合，廣泛用于電力、冶金、化工等工業(yè)過程控制自動化調(diào)節(jié)系統(tǒng)中。 本伺服采用固態(tài)繼電器做 功率輸出部件，體積小，耐振動，可靠性高， DFC1200 型產(chǎn)品還具有信號斷失保護功能，可提高系統(tǒng)運行的安全性。伺放還設有狀態(tài)指示，便于觀察和調(diào)試。 主要技術(shù)參數(shù) （ 1）輸入信號 DFC 110 型： 0～ 10mA DC DFC 1100 型： 4～ 20mA DC DFC 1200 型： 4～ 20mA DC (帶斷信號保護 ) 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 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）額定負載電流： 5A（交流有效值） （ 5）斷信號識別： 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) 。 工作原理與結(jié)構(gòu) 伺放有輸入隔離級、磁放大器電路、比較放大電路、功率輸出電路、信號斷失判別控制電路、報警觸點輸出電路和狀態(tài)顯示等部分組成。 伺放的輸入信號一般有兩路，一路為控制信號 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 If，由電動執(zhí)行機構(gòu)的位置發(fā)送器提供。伺放的輸出也有兩路，可分別控制伺服電動機正轉(zhuǎn) 或反轉(zhuǎn)。當 IcIf0（且超過死區(qū)）時，伺放有正向輸出。當 IcIf0（且超過死區(qū)）時，伺放有反向輸出。當 IcIf=0（或不超過死區(qū)）時，伺放無輸出。伺放的接線端子如下圖： 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 31 控 制 信 號 輸 入反 饋 信 號 輸 入接 電 機 （ 正 行 ）正 限公 共反 限報 警 觸 點接 地NL電 源 2 2 0 V 5 0 H z1234567891 02 01 91 81 71 61 51 41 31 21 1 圖 43 接線端子排列圖 模擬調(diào)試 伺放在接入系統(tǒng)使用前，一般應進行調(diào)試。調(diào)試接線方法如下圖： 圖 44 伺放效驗接線圖 調(diào)試步驟如下： （ 1）調(diào)試平衡（即調(diào)零）出廠時已調(diào)好，一般無需調(diào)整。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 32 a、分別調(diào)整 Ic 和 If，使兩輸入信號相等（推薦在輸入信號量程的 20%～ 50%點調(diào)平衡）； b、用數(shù)字式電壓表從伺放電路板上的 “ 調(diào)零 ” 測試孔上測量前置級的輸出電壓 Vo 。 c、調(diào)整調(diào)零電位器 Rs，使 Vo 的值為數(shù)毫伏即可。 （ 2）調(diào)死區(qū) a、保持調(diào)平衡時的 If 不變，改變 Ic，使 Ic 增加（或減少） ～ 。 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 應交替亮（但不應有同時亮的現(xiàn)象）。 （ 3） 斷信號保護檢查 調(diào)整 Ic 和 If 使 H1 或 H2 亮，然后分別斷開 S1 和 S2， H1 和 H2 均應熄滅。 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。 當伺放接入系統(tǒng)后，若執(zhí)行機構(gòu)的阻尼特性不符合要求，在確定執(zhí)行機構(gòu)制動部件及位置發(fā)送器輸出信號正常的情況下，可將伺放的調(diào)穩(wěn)電位器 R1s 向 “ 穩(wěn) ” 的方向作少量調(diào)整。 電動伺服操作器 DFD0500 DFD05 型電動操作器是 DDZIII 型電動單元組合儀表中的一個輔助單元。 DFD0500型電動操作器是 DDZIII型電動單元組合儀表中的一個輔助單元。 DFD05或 DFD0500 適用于 DDZII、 DDZIII 型變送器和調(diào)節(jié)器與電動執(zhí)行器組成 的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，應用 DFD0 DFD0500 可以使執(zhí)行機構(gòu)工作在自動調(diào)節(jié)、手動控制和就地操作三種工作狀態(tài)。與 PID 調(diào)節(jié)器或 PI 調(diào)節(jié)器配合使用，可實現(xiàn)調(diào)節(jié)系統(tǒng)由 “ 手動 ” 到 “ 自內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 33 動 ” 或由 “ 自動 ’ 到 “ 手動 ” 的無干擾切換。操作器本身具有手動控制和自動調(diào)節(jié)工作狀態(tài)的顯示。 主要技術(shù)性能指標： （ 1）電流指示： DFD05 0～ 10 mA， DFD0500 4～ 20 mA， 指示表的刻度誤差為 177。％。 （ 2）輸出跟蹤電壓： DFD05 0～ 10VDC， DFD0500 1～ 5V DC。 （ 3）反饋回路 電阻： 200?。 （ 4）供電電源： 220v(50Hz)。 （ 5）能對系統(tǒng)實現(xiàn)手動、自動無干擾切換。 （ 6）工作狀態(tài)：轉(zhuǎn)換開關(guān)觸頭額定電壓 220V電流 5A。 （ 7）手動狀態(tài)：操作開關(guān)觸頭額定電壓 220V電流 5A。 （ 8）工作狀態(tài)：環(huán)境溫度 (10～ 40℃ )，相對溫度 =80%，周圍腐蝕性氣體及導電塵埃，應用場所應無劇烈震動和沖擊。 （ 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。切換開關(guān)可完成。 “ 自動 ” 到 “ 就地 ” 到“ 手動 ” 三種狀態(tài)的切換。當切換開關(guān)在 “ 自動 ” 位置時，這時指示燈紅燈亮，放大器的輸出端子 (9)(10)和 (11)(12)經(jīng)過操作器與執(zhí)行器伺服電機的 (3)(4)(5)和 (8)(9)(10)相連，執(zhí)行器的位置變送器的 (1)和 (2)經(jīng)過操作器內(nèi)部的電流表 2CB 和電阻 2R 與放大器的(8)和 (7)相連，調(diào)節(jié)器的輸出 (11)與操作器的 (3)相聯(lián)，放大器的 (2)與調(diào)節(jié)器的 (13)相連，由操作器的電流表 1CB 指示出自動信號電流 的大小，這時系統(tǒng)工作在自動調(diào)節(jié)狀態(tài)，并可隨時切換到手動而且是無擾切換。當切換開關(guān)在手動位置時，這時指示燈綠燈亮。 執(zhí)行器的伺服電機端子 (3)(4)(5)和 (8)(9)(10)分別通過操作器內(nèi)的操作開關(guān) (1K)和內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 34 (2K)與電源相連。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。與 PID 調(diào)節(jié)器端子相連，這時操作器端子 16 和 17 被切換開關(guān)短路，與調(diào)節(jié)器的端子變阻器相聯(lián)。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行跟蹤調(diào)節(jié)，因此當調(diào)節(jié)器偏差表指示為零耐，執(zhí)行器停在某位置后，即可由手動切換到自動。從而實現(xiàn)無干擾切換。 當切換開關(guān)在中間位置時，這時執(zhí)行器的伺服電機斷電。保證了就地操作的安全可靠，同時也可以避免因為線路短路或操作開關(guān)觸頭粘連等事故的出現(xiàn)。提高了運行的可靠性，這時仍然由 1CB 指示出調(diào)節(jié)器輸出電流，由 2CB 指示出位置反饋電流。 操作器采用面板安裝式結(jié)構(gòu)，是靠安裝支架將儀表固定在操作盤上，有 “ 手動 ” 和“ 自動 ” 工作狀態(tài)的指示燈， “ 手動 ” 、 “ 自動 ” 和 “ 就地 ” 三種工作狀態(tài)的切換 開關(guān)旋鈕和手動操作開關(guān)的按鈕，位置反饋電流及調(diào)節(jié)器輸出電流指示的雙針電流表表盤，其下表針指示位置反饋電流，上表針指示調(diào)節(jié)器輸出電流。 電動執(zhí)行機構(gòu) DKZ5500M DKZ 系列直行程電動執(zhí)行機構(gòu)是自動調(diào)節(jié)系繞的終端執(zhí)行單元。它接受來自調(diào)節(jié)器或計算機的 4～ 20mA 模擬信號，輸出推力，自動地操縱調(diào)節(jié)機構(gòu)，完成調(diào)節(jié)任務。 DKZ 系列直行程電動執(zhí)行機構(gòu)是輸出直線位移的電動執(zhí)行機構(gòu)，控制各種需要直線位移韻調(diào)節(jié)閥、套筒閥?？蓮V泛用于電站、冶金、化工、石油、建材、輕工及水處理等各個行業(yè)生產(chǎn)過程的自動控制。 DKZ 系列直行程 電動執(zhí)行機構(gòu)配上各種電動操作器，可完成調(diào)節(jié)系統(tǒng)的 “ 手動 ” 到“ 自動 ” 的無干擾自動切換及被調(diào)節(jié)對象的遠方手動操作。 主要技術(shù)性能指標：輸入信號： 4～ 20mA(或 0～ 10mA)；輸入通道個數(shù)： 1(分立式內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 35 為 3 個 )；基本誤差限： 177。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)。 執(zhí)行部分接線圖 下圖為伺服放大器、手操器及電動執(zhí)行機構(gòu)之間的接線圖。參考上面的文字說明及該圖連線，正確的接線便可以實 現(xiàn)對控制閥的動作。從而對現(xiàn)場溫度壓力進行準確的控制。 輸入信號執(zhí)行機構(gòu)操作器放大器1調(diào)節(jié)器 圖 45伺服放大器、手操器及電動執(zhí)行機構(gòu)之間的接線圖 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 36 第五章 軟件設計 模塊設計 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)設計者來設計，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)。用軟件代替 DAQ 數(shù)據(jù)采集卡設計的這種虛擬溫度采集系統(tǒng) ,比以前的更易