【正文】 器系統(tǒng)變成一個(gè)子系 (SubVI)，然后被其它的虛擬儀器程序調(diào)用?？驁D程序其實(shí)就是 LabVIEW的程序代碼，不過它是用圖形化編程語言 (G 語言 )編寫的。 LabVIEW 提供了旋鈕、按鈕、圖表、開關(guān)等控制，以及表頭、表盤、指示針等指示器，這些控制和指示器統(tǒng)稱為控件，它們是 LabVIEW 平臺與用戶的接口界面。 前面板 前面板是虛擬儀器圖形化的用戶界面，主要用來操作儀器、提供主要山東科技大學(xué) 30 的測試功能、輸入設(shè)置參數(shù)、輸出數(shù)據(jù)結(jié)果等等。利用 LabVIEW 軟件開發(fā)平臺進(jìn)行虛擬儀器應(yīng)用程序的開發(fā)，可以提高編程的效率、縮短開發(fā)時(shí)間，因此 LabVIEW 成為目前自動測試領(lǐng)域研究的一個(gè)熱點(diǎn)。 利用 LabVIEW 進(jìn)行編程，用戶不必掌握豐富的編程知識。這不但適合于各種測量和自動化領(lǐng)域，而 且無論工程師是否有豐富的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，都能順利應(yīng)用。 由于 LabVIEW 的卓越表現(xiàn)，其在包括航空、航天、通信、汽車、半導(dǎo)體和生物醫(yī)學(xué)等世界范圍的眾多領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用，從簡單的儀器控制、數(shù)據(jù)采集到尖端的測試和工業(yè)自動化，從大學(xué)實(shí)驗(yàn)室到工廠，從探索研究到技術(shù)集成，都可以發(fā)現(xiàn)應(yīng)用 LabVIEW的成果和開發(fā)產(chǎn)品。 LabVIEW 更為科學(xué)家和工程師提供了功能強(qiáng)大的高級數(shù)學(xué)分析庫，包括統(tǒng)計(jì)、估計(jì)、回歸分析、線性代數(shù)、信號生成算法、時(shí)域和頻域算法等眾多領(lǐng)域，可滿足各種計(jì)算和分析需要。 針對各個(gè)不同領(lǐng)域的需求， LabVIEW 提供了專門的軟件包進(jìn)行支持。除了具有傳統(tǒng)編程語言支持的單步運(yùn)行、斷點(diǎn)和探針等調(diào)試手段之外，還添加了一種特有的調(diào)試手段 —— 實(shí) 時(shí)顯示數(shù)據(jù)流動畫。 LabVIEW程序采用不同于傳統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)方法，數(shù)據(jù)流驅(qū)動的軟件結(jié)構(gòu)，使得程序擺脫了傳統(tǒng)程序語言線性結(jié)構(gòu)的困擾，可以設(shè)計(jì)出可同時(shí)執(zhí)行多個(gè)程序的流程圖。程序用圖形化編程語言編寫，相當(dāng)于傳統(tǒng)編程語言程序中的源代碼。 LabVIEW 開發(fā)的 VI程序，采用模塊化多層結(jié)構(gòu)：一個(gè) VI由更底層的多個(gè) VI構(gòu)成，底層 VI代表了最基本的功能 —— 計(jì)算、輸入和輸出操作。圖標(biāo)是子 VI在其他程序框圖中被調(diào)用的節(jié)點(diǎn) 表現(xiàn)形式；而連接器則表示節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的輸入 /輸出口，就象函數(shù)的參數(shù)?？驁D程序由端口、節(jié)點(diǎn)、山東科技大學(xué) 28 圖框和連線構(gòu)成，其中端口被用來同程序前面板的控制和顯示傳遞數(shù)據(jù)，節(jié)點(diǎn)被用來實(shí)現(xiàn)函數(shù)和功能調(diào)用，圖框被用來實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化程序控制命令，而連線代表程序執(zhí)行過程中的數(shù)據(jù)流，定義了框圖內(nèi)的數(shù)據(jù)流動方向。每一個(gè)程序前面板都對應(yīng)著一段框圖程序。在程序前面板上，輸入量被稱為控制（ Controls），輸出量被稱為顯示（ Indicators） 。 LabVIEW 程序，即虛擬儀器 (VIs)，主要包括三個(gè)部分：程序前面板、框圖程序和圖標(biāo) /連接器。 由于 LabVIEW 的廣泛 應(yīng)用，大部分硬件廠商的產(chǎn)品都針對 LabVIEW 提供了專門的應(yīng)用接口， 使得應(yīng)用 LabVIEW 可以方便的同其他廠商的硬件產(chǎn)品進(jìn)行交互。同時(shí) LabVIEW 內(nèi)置了 TCP/IP， ActiveX 軟件標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)，使其與其他系統(tǒng)的交互簡單易行。 虛擬儀器內(nèi)部功能 山東科技大學(xué) 26 圖 35 內(nèi)部功能 虛擬儀器系統(tǒng)框圖 計(jì)算機(jī)上開發(fā)虛擬儀器的軟件開發(fā)環(huán)境包括 NI 的 LabVIEW、 LabWindows/CVI ， Microsoft 的 Visual Basic(VB) 、 Visual C/C++(VC/VC++)， HP 公司（現(xiàn)在的 Agilent 公司）的 HP VEE 等 系統(tǒng)框圖 山東科技大學(xué) 27 labview 概述 美國 NI 公司的創(chuàng)新軟件 LabVIEW，是目前應(yīng)用最廣、發(fā)展最快、功能最強(qiáng)的圖形化軟件開發(fā)集成環(huán)境，并已發(fā)展成為測試與測量領(lǐng)域的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。 虛擬儀器技術(shù)目前在國外發(fā)展很快，從簡單的儀器控制、數(shù)據(jù)采集到尖端的測試和工業(yè)自動化，虛擬儀器技術(shù)廣泛應(yīng)用于測試與自動化的各個(gè)領(lǐng)域。與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器除了在性能、易用性、用戶可定制性等方面具有更多優(yōu)點(diǎn)外，在工程應(yīng)用和社會經(jīng)濟(jì)效益方面也具有突出優(yōu)勢。從一般的儀器設(shè)計(jì)模型看，一種儀器無非是由數(shù)據(jù)采集、分析處理、人機(jī)交互和顯 示等幾部分功能模塊組成的整體。虛擬儀器圖形化開發(fā)環(huán)境 LabVIEW，集成了對硬件產(chǎn)品的強(qiáng)大支持，數(shù)據(jù)流驅(qū)動方式的軟件結(jié)構(gòu)，便于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的快速并行開發(fā)。虛擬儀器技術(shù)利用一種硬件投資，開發(fā)多種功能，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用與功能復(fù)合。 虛擬儀器技術(shù)的提出與發(fā)展，標(biāo)志著二十一世紀(jì)自動測試與電子測量儀器領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。第 1 代電磁式儀器的原理只要以電磁 感應(yīng)和機(jī)械傳動為主；第 2 代智能儀器的主要標(biāo)志是含有單片機(jī)等計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備或一些固化的軟件，而虛擬儀器是以軟件開發(fā)儀器為主，硬件只是一個(gè)安插在計(jì)算機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)采集卡，起到模 /數(shù)轉(zhuǎn)換或數(shù) /模轉(zhuǎn)換的作用，儀器的其他顯示、分析、計(jì)算等數(shù)據(jù)處理功能全部通過軟件編程來實(shí)現(xiàn)。任何一個(gè)使用者都可以通過修改軟件，很方便地改變或增減儀器系統(tǒng)的功能與規(guī)模，所以有 “ 軟件就是儀器 ” 之說。這也正是 NI 近 30年來始終引領(lǐng)測試測量行業(yè)發(fā)展趨勢的原因所在 。 虛擬儀器 技術(shù)就是利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高 效靈活的軟件來完成各種測試、測量和自動化的應(yīng)用。 4 系統(tǒng)軟件介紹 虛擬儀器簡介 PC 機(jī)監(jiān)控軟件 并插 入采集卡 FRS500 變頻器 攪拌機(jī)電機(jī) 旋轉(zhuǎn)編碼器 PID 控制器 山東科技大學(xué) 24 虛擬儀器的 90 年代提出的新概念。 CB68LP 有一個(gè)垂直放置的 68 針連接器。該附件包括一個(gè) 68 針公口 SCSI 連接器，可直接連接于 68山東科技大學(xué) 23 針電纜。它將采集旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出值作為其輸入值，可以選擇輸出數(shù)字量，通過 PC 機(jī)的程序轉(zhuǎn)換成電壓值從而與實(shí)際電壓值一起作為 PID控制器的輸入。 數(shù)據(jù) 采集卡 ，即實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集 (DAQ)功能的 計(jì)算機(jī) 擴(kuò)展卡，可以通過 USB、 PXI、 PCI、 PCI Express、山東科技大學(xué) 22 火線 (1394)、 PCMCIA、 ISA、 Compact Flash、 48 23 以太網(wǎng) 、各種 無線網(wǎng)絡(luò) 等總線接入 個(gè)人計(jì)算機(jī) 。數(shù)據(jù)采集 (DAQ)，是指從 傳感器 和其它待測設(shè)備等 模擬 和 數(shù)字 被測單元中自動采非電量或者電量信號，送到 上位機(jī) 中進(jìn)行分析，處理。很多視頻采集卡能在捕捉視頻信息的同時(shí)獲得伴音，使音頻部分和視頻部分在數(shù)字化時(shí)同步保存、同步播放。由于數(shù)據(jù)采集卡等工業(yè)采集卡并不常用，因此，一般采集卡默認(rèn)為靜態(tài)圖像采集 卡、動態(tài)視頻采集卡。 本 次設(shè)計(jì)采用旋轉(zhuǎn)編碼器來采集攪拌機(jī)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，并將轉(zhuǎn)速傳給數(shù)據(jù)采集卡。 編碼器碼盤的材料有玻璃、金屬、塑料，玻璃碼盤是在玻璃上沉積很薄的刻線，其熱穩(wěn)定性好，精度高，金屬碼盤直接以通和不通刻線，不易碎，但由于金屬有一定的厚度，精度就有限制，其熱穩(wěn)定性就要比玻璃的差一個(gè)數(shù)量級，塑料碼盤是經(jīng)濟(jì)型的，其成本低， 但精度、熱穩(wěn)定性、壽命均要差一些。其 工作原理 由一個(gè)中心有軸的光電 碼盤 ，其上有環(huán)形通、暗的刻線，有光電發(fā)射和接收器件讀取 ,獲得四組正弦波信號組合成 A、 B、 C、 D,每個(gè)正弦波相差 90 度相位差（相對于一個(gè) 周波 為360 度），將 C、 D 信號反向，疊加在 A、 B 兩相上，可增強(qiáng)穩(wěn)定信號；另每轉(zhuǎn)輸出一個(gè) Z 相 脈沖 以代表零位參考位。技術(shù)參數(shù)主要有每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)（幾十個(gè)到幾千個(gè)都有）山東科技大學(xué) 20 和供電電壓等。 旋轉(zhuǎn)編碼器直接與旋轉(zhuǎn)軸連接時(shí)，可以測定旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，即每轉(zhuǎn)一圈會發(fā) 出 一 定 數(shù)目的脈沖信號，這樣就可以根據(jù)脈沖數(shù)的多少計(jì)算出旋轉(zhuǎn)的圈數(shù) 。單路輸出是指旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出是一組 脈沖，而雙路輸出的旋轉(zhuǎn)編碼器輸出兩組 A/B 相位差 90 度的脈沖，通過這兩組脈沖不僅可以測量轉(zhuǎn)速，還可以判斷旋轉(zhuǎn)的方向。它分為 單路 輸出和雙路輸出兩種。 YVF 系列頻調(diào)速電機(jī)和變頻器配套使用，具有效率高，噪聲低，節(jié)能效果明顯，驅(qū)動平穩(wěn)，變速范圍廣，快速響應(yīng)性能優(yōu)良等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于數(shù)控，紡織，冶金等要求高精度調(diào)速的場合，也可應(yīng)用于以節(jié)能為目的的風(fēng)機(jī)水泵類負(fù)載，單機(jī)平均節(jié)電率可達(dá) 3060。 除此之外 ,選擇電動機(jī)還必須符合節(jié)能要求 ,并綜合考慮運(yùn)行可靠性、供貨情況、備品備件通用性、安裝檢修難易程度、產(chǎn)品價(jià)格、運(yùn)行和維修費(fèi)用等因素。 ④根據(jù)企業(yè)電網(wǎng)電壓標(biāo)準(zhǔn)和對功率因數(shù)的要求 ,確定電動機(jī)的電壓等級。同時(shí)選定的電動機(jī)型號和額定功率應(yīng)滿足攪拌設(shè)備開車時(shí)啟動功率增大的要求。 攪拌機(jī)電動機(jī)選用的基本原則 通常應(yīng)根據(jù)攪拌軸功率和攪拌設(shè)備周圍的工作環(huán)境等因素選擇電動機(jī)的型山東科技大學(xué) 18 號 ,并遵循以下基本原則 : ①根據(jù)攪拌設(shè)備的負(fù)載性質(zhì)和工藝條件對電動機(jī)的啟動、制動、運(yùn)轉(zhuǎn)、調(diào)速等的要求 ,選擇電動機(jī)類型。為此 ,選用電動機(jī)時(shí) ,應(yīng)特別考慮與變速器匹配問題。 攪拌機(jī)電動機(jī) 電動機(jī) 攪拌機(jī)的攪拌軸通常由電動機(jī)驅(qū)動。 外部端子控制。 15 段速， PID， 420mA 輸入和漏源型轉(zhuǎn)換等多功能。 數(shù)字式撥盤，設(shè)定簡單快捷。 （ 5）保護(hù)電路：檢測主電路的電壓、電流等，當(dāng)發(fā)生過載或過電壓等異常時(shí)，為了防止逆變器和異步電動機(jī)損壞 。它與控制電路隔離使主電路器件導(dǎo)通、關(guān)斷。 （ 2）電壓、電流檢測電路：與主回路電位隔離檢測電壓、電流等。 控制 電路 是給異步電動機(jī)供電（電壓、頻率可調(diào)）的主電路提供控制信號的回路，它有頻率、電壓的 “ 運(yùn)算電路 ” ，主電路的 “ 電壓、電流檢測電路 ” ，電動機(jī)的 “ 速度檢測電路 ” ，將運(yùn)算電路的控制信號進(jìn)行放大的 “ 驅(qū)動電路 ” ，以及逆變器和電動機(jī)的 “ 保護(hù)電路 ” 組成。裝置容量小時(shí)，如果電源和主電路構(gòu)成器件有余量，可以省去電感采用簡單的平波回路。 平波回路是 在整流器整流后的直流電壓 中，含有電源 6 倍頻率的 脈動電壓 ，此外逆變器產(chǎn)生的 脈動電流也使直流電壓變動。其中整流器是 大量使用的是二極管的變流器，它山東科技大學(xué) 16 把工頻電源變換為直流電源。電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。隨著工業(yè)自動化程度的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的應(yīng)用。變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動單元、驅(qū)動單元、檢測單元微處理單元等組成。 本次設(shè)計(jì)中，利用 PID 控制器，智能的比較設(shè)定轉(zhuǎn)速和采集卡實(shí)際采集到的轉(zhuǎn)速，并輸出偏差信號，從而控制變頻器，改變頻率，進(jìn)而改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。這一點(diǎn)在計(jì)算它是否會最終達(dá)到穩(wěn)定結(jié)果時(shí)很有用。一些實(shí)際中的速度緩慢的系統(tǒng)可以不需要 D 參數(shù)。這個(gè) D 參數(shù)也是PID 被稱為可預(yù)測的控制器的原因。這個(gè)導(dǎo)數(shù)的控制會對系統(tǒng)的改變作 出反應(yīng)。所以，最終這個(gè) PID 回路系統(tǒng)會在預(yù)定值定下來。一個(gè)簡單的比例系統(tǒng)會振蕩，會在預(yù)定值的附近來回變化，因?yàn)橄到y(tǒng)無法消除多余的糾正。 積分 來控制過去，誤差值是過去一段時(shí)間的誤差和，然后乘以一個(gè)負(fù)常數(shù) I，然后和預(yù)定值相加。C 的時(shí)候會輸出 50%，在 19176。那么它在 10176。C ，它的預(yù)定值是 20176。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。這三種算法是： 比例 來控制當(dāng)前，誤差值和一個(gè)負(fù)常數(shù) P（表示比例）相乘，然后和山東科技大學(xué) 14 預(yù)定的值相加。這三種算法都是用加法調(diào)整被控制的數(shù)值?？梢酝ㄟ^數(shù)學(xué)的方法證明，在其他控制方法導(dǎo)致系統(tǒng)有穩(wěn)定誤差或過程反復(fù)的情況下，一個(gè) PID 反饋回路卻 可以保持系統(tǒng)的穩(wěn)定。這個(gè)控制器把收集到的數(shù)據(jù)和一個(gè)參考值進(jìn)行比較，然后把這個(gè)差別用于計(jì)算新的輸入值，這個(gè)新的輸入值的目的是可以讓系統(tǒng)的數(shù)據(jù)達(dá)到或者保持在參考值。 PID 控制器主要適用于基本線性和動態(tài)特性不隨時(shí)間變化的系統(tǒng) 。 PID 控制器（ Proportion Integration 積分 微分 控制器 ），由比例單元 P、積分單元 I 和微分單元 D 組成。 PID 控制器是根據(jù) PID 控制原理對整個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行偏差調(diào)節(jié)，從而使被控變量的實(shí)際值與工藝要求的預(yù)定值一致。 220V 實(shí)驗(yàn)插座采用 4護(hù)套插座及實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線，具有良好的安全保護(hù)和誤操作保護(hù)。具有控制、顯示、操作、零壓、短路保護(hù)功能。 山東科技大學(xué) 12 電源模塊 電源模塊 電源模塊是可以直接貼裝在印刷電路板上的電源供應(yīng)器，其特點(diǎn)是可為專用集成電路 （ ASIC）、 數(shù)字信號處理器 (DSP)、 微處理器 、存儲器、現(xiàn)場可編程門陣列 (FPGA) 及其 他數(shù)字或模擬負(fù)載提供供電 。變頻器就是通過改變電動機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速手段 3 硬件介紹 本次設(shè)計(jì)的硬件主要包括 電源模塊、 PID 控制器、數(shù)據(jù)采集卡、數(shù)據(jù)接線盒、變頻器、旋轉(zhuǎn)編碼器等組成。 2 系統(tǒng) 基本原理 系統(tǒng)流程圖 _ 系統(tǒng)流程圖