【正文】 虛擬儀器 傳統(tǒng)儀器 軟件使得開發(fā)與維護(hù)費(fèi)用低 開發(fā)與維護(hù)費(fèi)用高 關(guān)鍵是軟件 關(guān)鍵是硬件 價(jià)格低，可重復(fù)用，可重配置性強(qiáng) 價(jià)格昂貴 用戶定義儀器功能 廠商定義儀器功能 技術(shù)更新周期短（ 1~2 年） 技術(shù)更新周期長（ 5~10 年） 開放，靈活， 與計(jì)算機(jī)同步發(fā)展 封閉，固定 與網(wǎng)絡(luò)及外設(shè)互聯(lián)方便 功能固定，互聯(lián)有限 虛擬儀器軟件開發(fā)平臺(tái) LabVIEW 虛擬儀器開發(fā)軟件的比較選擇 在給定計(jì)算機(jī)必要的儀器硬件之后，構(gòu)成和使用虛擬儀器的關(guān)鍵在于軟件。虛擬儀器的開發(fā)廠家，為擴(kuò)大虛擬儀器的功能，在測(cè)量結(jié)果 的數(shù)據(jù)處理、表達(dá)模式及其變換方面發(fā)布了各種軟件，建立了數(shù)據(jù)處理的高級(jí)分析庫和開發(fā)工具庫 （ 例如測(cè)量結(jié)果的譜分析、快速傅立葉內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 變換、各種數(shù)字濾波器、卷積處理和相關(guān)函數(shù)處理、微積分、峰值和波形發(fā)生、噪聲發(fā)生、回歸分析、數(shù)值運(yùn)算、時(shí)域和頻域分析等 ） ，使虛擬儀器發(fā)展成為可以組建極為復(fù)雜自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的儀器系統(tǒng)。虛擬儀器的出現(xiàn)，徹底打破了傳統(tǒng)儀器由廠家定義、用戶無法改變的模式。 （ 2） 強(qiáng)調(diào)“軟件就是儀器”的新概念，軟件在儀器中充當(dāng)了以往由硬件甚至整機(jī)實(shí)現(xiàn)的角色，減少了許多隨時(shí)間可能漂移、需要定 期校準(zhǔn)的分立式模擬硬件，加上標(biāo)準(zhǔn)化總線的使用，使系統(tǒng)的測(cè)量精度、測(cè)量速度和可重復(fù)性都大大提高。 由于 USB 的接口方式比較簡(jiǎn)單，通用性強(qiáng)，具有熱插拔、即插即用、傳輸速度快等特點(diǎn)，因而采用 接口。但是 USB 在儀器控制方面亦有一些缺點(diǎn)，比如 USB 的傳輸線沒有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 的規(guī)格，在惡劣的環(huán)境下，可能造成數(shù)據(jù)的丟失；此外， USB 對(duì)傳輸線的距離也有一定的限制。 （ 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)?，F(xiàn)在，有關(guān)MCN(Measurement and Control Networks)方面的標(biāo)準(zhǔn)正在積極進(jìn)行，并取得了一定進(jìn)展。 （ 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(cè)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。 （ 5） PXI 總線方式的 VI PXI 總線是 PCI eXtension for Instrumentation 的縮寫，是 PCI 在 VI 領(lǐng)域的擴(kuò)展。內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 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。適用于精確度要求高，但對(duì)計(jì)算機(jī)速率要求和總線控制實(shí)時(shí)性要求不高的場(chǎng)合應(yīng)用。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。它的出現(xiàn)使電子測(cè)量由獨(dú)立的單臺(tái)手工操作向大規(guī)模自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)發(fā)展。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。但因插卡式儀器價(jià)格便宜，因此其用途廣泛，特別適合于工業(yè)測(cè)控現(xiàn)場(chǎng)、各種實(shí)驗(yàn)室和教學(xué)部門使用。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)。虛擬儀器的構(gòu)成如圖 所示。利用計(jì)算機(jī)豐富的軟、硬件資源，可以大大突破傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)的分析、處理、表達(dá)、傳遞、儲(chǔ)存等方面的限制，達(dá)到傳統(tǒng)儀器無法比擬的效果。軟件是虛擬儀器的關(guān)鍵，當(dāng)基本硬件確定以后，就可以通過不同的軟件實(shí)現(xiàn)不同的功能。虛擬儀器突破了傳統(tǒng)儀器以硬件為主體的模式，而使用者是在操作具有測(cè)試軟件的電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行測(cè)量。 虛擬儀器的概念 虛擬儀器是指通過應(yīng)用程序?qū)⒂?jì)算機(jī)、軟件的功能模塊和儀器硬件結(jié)合起來，用戶可以通過友好的圖形界面 （ 通常叫做虛擬前面板，簡(jiǎn)稱前面板 ） 來操作這臺(tái)計(jì)算機(jī)就像在操作自己定義、自己設(shè)計(jì)的一臺(tái)個(gè)人儀器一樣，從而完成對(duì)被測(cè)信號(hào)的采集、分析、判斷、顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等。隨著現(xiàn)代軟件和硬件技術(shù)的飛速發(fā)展，儀器的智能化和虛擬化已經(jīng)成為研究的方向。 虛擬儀器的概念 [7]，是美國國家儀器公司 （ National Instruments Corp 以下簡(jiǎn) NI公司 ） 于 1986 年提出的。虛擬儀器技術(shù)是當(dāng)今計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試領(lǐng)域的一項(xiàng)重要技術(shù)，它推動(dòng)著傳統(tǒng)儀器朝著數(shù) 字化、智能化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 第二章 虛擬儀器的概述 虛擬儀器的產(chǎn)生 微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、軟件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高度發(fā)展及其在電子測(cè)量技術(shù)與儀器上的應(yīng)用，新的測(cè)試?yán)碚?、新的測(cè)試方法、新的測(cè)試領(lǐng)域以及新的儀器結(jié)構(gòu)不斷出現(xiàn)，在許多方面已經(jīng)突破的傳統(tǒng)儀器的概念，電子測(cè)量儀器的功能和作用已經(jīng)發(fā)生了質(zhì)的變化。 對(duì)于問題 （ 1） ，通過國內(nèi)外學(xué)者的大量研究，一般從兩方面來解決，一方面 通過制定新的材料配方，使硫化過程中輪胎內(nèi)部各區(qū)域的溫度上升速度基本一致 ；另一方面，通過在硫化前對(duì)輪胎進(jìn)行預(yù)熱，使硫化開始時(shí)，輪胎內(nèi)部保持較高 的溫度，從而加快輪胎內(nèi)部各點(diǎn)的硫化速度，以達(dá)到硫化程度的內(nèi)外均。硫化中，外界條件一般存在一定的波動(dòng)，它對(duì)輪胎的硫化效應(yīng)影響很大。輪胎內(nèi)部組成材料的不均勻必然導(dǎo)致其內(nèi)部溫度上升速度的不均勻，最終使得其內(nèi)部各區(qū)域硫化程度的不均勻。同時(shí)，輪胎內(nèi)部各部分的組成材料是不同的，圖 為輪胎的截面圖 。 （ 1） 如何提高輪胎內(nèi)部各點(diǎn)硫化程度的均勻性。2℃的誤差。1℃以內(nèi)。 （ 5） 測(cè)溫輸入點(diǎn)為 9 點(diǎn) ，即罐體上，中，下各 3 點(diǎn)。等效硫化公式 [5]（其中硫化溫度系數(shù)可調(diào)）如下： τ1/τ2=K (t2t1)/10 τ1－溫度為 t1 的硫化時(shí)間 τ2－溫度為 t2 的硫化時(shí)間 K－硫化溫度系數(shù)（該系數(shù)根據(jù)產(chǎn)品不同為可變值） （ 3） 溫度控制精度為 177。 下圖分別為溫度壓力設(shè)定曲線。若抽真空過度 ， 膠囊會(huì)緊貼中心機(jī)構(gòu) ， 上環(huán)下降時(shí)容易夾破膠囊 （ B 型硫化機(jī) ） 。 由于主排時(shí)間的長短直接影響到硫化效率 ， 因此主排管徑的設(shè)定和走向以及輔助措施 （ 如安裝排空管 ） 對(duì)主排的效果至關(guān)重要。 其中熱排是為了把膠囊中的冷凝水排出。 第 8 步的開模壓力一般設(shè)置為 。 第 4 步 可采用兩種方式 ： 用高壓蒸汽把膠囊中的過熱水趕回除氧器或設(shè)置一熱水回收罐。硫化工藝過程取決硫化介質(zhì)，而硫化介質(zhì)的選取必須綜合考慮兩個(gè)方面的因素，一是對(duì)輪胎各項(xiàng)物理機(jī)械性能的保證，如抓著力、耐久性能和外觀質(zhì)量等 ； 二是要求能在生產(chǎn)過程中降內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 低成本，提高生產(chǎn)效率，減少能耗和環(huán)境污染。目前，后兩種硫化方式較前兩種有明顯的優(yōu)勢(shì)和更廣闊市場(chǎng)前景。 （ 4） 熱氮硫化。首先向膠囊中通入低壓氮?dú)饣蛘羝M(jìn)行定型，然后在通入 190~210 度高壓飽和蒸汽之后，再向膠囊中通入 ~ 兆帕高純氮?dú)膺M(jìn)行增壓硫化。優(yōu)點(diǎn)是，時(shí)間短，硫化效率高，飽和蒸汽使硫化中能耗降低，削減了設(shè)備投資 ； 缺點(diǎn)是，對(duì)輪胎生產(chǎn)中其它工序的設(shè)備和 裝置有嚴(yán)格的要求，硫化中，內(nèi)壓偏低，容易造成局部壓力不足。 （ 2） 高溫蒸汽硫化。首先采用低壓蒸氣使輪胎定型，然后利用高壓過熱水進(jìn)行硫化，硫化中溫度一般為 170~180 度，內(nèi)壓一般在 ~ 兆帕。下面簡(jiǎn)要介紹四種內(nèi)溫硫化方式 [5]的基本步驟及 優(yōu)缺點(diǎn)。 輪胎硫化的方式及步驟 硫化的方式 硫化工藝過程根據(jù)硫化介質(zhì)的不同而有明顯的區(qū)別，硫化介質(zhì)主要給硫化過程內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 提供溫度和壓力，硫化中，內(nèi)溫和外溫通常不為同一熱源，外溫介質(zhì)一般為蒸汽，內(nèi)溫介質(zhì)一般分為“過熱水”、“高溫蒸汽”、“蒸汽 /氮?dú)狻焙汀盁岬彼姆N。 硫化的三要素 [4]為時(shí)間、溫度和壓力 ， 其中時(shí)間和溫度具有密切的關(guān)聯(lián)性。自 1839 年美國人 Goodyear 發(fā)現(xiàn)橡膠硫化至今 ， 人們對(duì)硫化所用材料和工藝以及硫化機(jī)理的研究從未間斷過。當(dāng)橡膠加入硫化劑以后，經(jīng)熱處理或其他方式能使橡膠分子之間產(chǎn)生交聯(lián)，形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而使其性能大大改善，尤其是橡膠的定伸應(yīng)力、彈性、硬度、拉伸強(qiáng) 度等一系列物理機(jī)械性能都會(huì)大大提高 [1]。 輪胎硫化是輪胎加工生產(chǎn)過程中很重要的一 個(gè)環(huán)節(jié) 。 pressure. Key words: solid tyre； tyre vulcanization； PID control； LabVIEW； imitative instrument內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 目 錄 摘 要 .................................................................................................................................... I Abstract .................................................................................................................................. II 第一章 引 言 ....................................................................................................................... 1 輪胎硫化的目的及意義 ........................................................................................ 1 輪胎硫化的方式及步驟 ........................................................................................ 1 硫化的方式 ................................................................................................. 1 硫化的步驟 ................................................................................................. 3 輪胎硫化的工藝要求 ............................................................................................ 4 硫化過程的主要問題 ............................................................................................ 5 第二章 虛擬儀器的概述 ..................................................................................................... 7 虛擬 儀器的產(chǎn)生 .................................................................................................... 7 虛擬儀器的概念 .................................................................................................... 7 虛擬儀器的構(gòu)成 .................................................................................................... 8 虛擬儀器的特點(diǎn) .................................................................................................. 11 虛擬儀器軟件開發(fā)平臺(tái) LabVIEW ..................................................................... 12 虛擬儀器開發(fā)軟件的比較選擇 ................................................................ 12 LabVIEW 簡(jiǎn)介 ........................