【正文】 ”的方針，這必然導(dǎo)致多數(shù)情況下輪胎過硫，從而影響產(chǎn)品質(zhì)量和硫化效率。對于問題（2），需將固定周期修改為可變周期，每個輪胎的硫化時間需根據(jù)外界條件的波動而動態(tài)確定。在這種背景下，八十年代末美國率先研制成功虛擬儀器（Virtual Instrument，簡稱VI）。虛擬儀器，它是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和測量技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是傳統(tǒng)儀器觀念的一次巨大變革，是未來儀器產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個重要方向。NI公司同時也提出了“軟件即儀器”的概念，打破了傳統(tǒng)儀器只能由廠家定義，用戶無法改變的局面。虛擬儀器，它既具有傳統(tǒng)儀器的功能，又有別于其他傳統(tǒng)儀器，它能夠充分利用和發(fā)揮現(xiàn)有計(jì)算機(jī)的先進(jìn)技術(shù)，使儀器的測試和測量及自動化工業(yè)系統(tǒng)的測試和監(jiān)控變得異常方便和快捷。虛擬儀器通過軟件對數(shù)據(jù)的分析處理、表達(dá)以及圖形化用戶接口，把計(jì)算機(jī)資源（如微處理器、顯示器等）和儀器硬件（如A/D、D/A、數(shù)字I/O、定時器、信號調(diào)理等）的測量能力、控制能力結(jié)合在一起。虛擬儀器技術(shù)的實(shí)質(zhì)[8]是充分利用最新的計(jì)算機(jī)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)和擴(kuò)展傳統(tǒng)儀器的功能。用戶可以根據(jù)自己的需要，設(shè)計(jì)自己的儀器系統(tǒng)，滿足多種多樣的應(yīng)用要求。 虛擬儀器的構(gòu)成虛擬儀器從構(gòu)成[8]要素上講，由計(jì)算機(jī)、應(yīng)用軟件和儀器硬件等構(gòu)成；從構(gòu)成方式上講，則由以DAQ板卡和信號調(diào)理為儀器硬件而組成的PCDAQ測試系統(tǒng)，或以GPIB，VXI，Serial和Field bus等標(biāo)準(zhǔn)總線儀器為硬件組成的GPIB系統(tǒng)、VXI系統(tǒng)、串口系統(tǒng)和現(xiàn)場總線系統(tǒng)等多種形式。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)。但因插卡式儀器價格便宜，因此其用途廣泛，特別適合于工業(yè)測控現(xiàn)場、各種實(shí)驗(yàn)室和教學(xué)部門使用。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)，又可與臺式PC相連，實(shí)現(xiàn)臺式和便攜式兩用，非常方便。它的出現(xiàn)使電子測量由獨(dú)立的單臺手工操作向大規(guī)模自動測試系統(tǒng)發(fā)展。在標(biāo)準(zhǔn)情況下，一塊GPIB接口卡可帶多達(dá)14臺的儀器，電纜長度可達(dá)20m。適用于精確度要求高，但對計(jì)算機(jī)速率要求和總線控制實(shí)時性要求不高的場合應(yīng)用。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。（5）PXI總線方式的VIPXI總線是PCI eXtension for Instrumentation的縮寫，是PCI在VI領(lǐng)域的擴(kuò)展。（6）網(wǎng)絡(luò)接口方式的VI盡管Internet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瀏覽器觀測這些嵌入式儀器設(shè)備的產(chǎn)品，使人們可以通過Internet操作儀器設(shè)備?，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。（7）USB接口方式的VIUniversal Serial Bus(USB)因?yàn)槠湓赑C機(jī)上的廣泛使用、逐漸的成為儀器控制的主流總線技術(shù)。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)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對傳輸線的距離也有一定的限制。由于USB的接口方式比較簡單，通用性強(qiáng)，具有熱插拔、即插即用、傳輸速度快等特點(diǎn)。（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)的測量精度、測量速度和可重復(fù)性都大大提高。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。虛擬儀器的開發(fā)廠家，為擴(kuò)大虛擬儀器的功能，在測量結(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)處理的高級分析庫和開發(fā)工具庫（例如測量結(jié)果的譜分析、快速傅立葉變換、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)雜自動測試系統(tǒng)的儀器系統(tǒng)。 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較 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 價格低，可重復(fù)用，可重配置性強(qiáng) 價格昂貴 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。正確選擇軟件對程序開發(fā)和設(shè)計(jì)起著非常重要的作用。（1）通用編程軟件進(jìn)行編寫。（2）用專業(yè)圖形化編程軟件進(jìn)行開發(fā)。在虛擬儀器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中必須考慮以下因素：開發(fā)成本低、執(zhí)行效率佳、程序彈性大、易于擴(kuò)展。G語言是一種適合應(yīng)用于任何編程任務(wù)，具有擴(kuò)展函數(shù)庫的通用編程環(huán)境。G語言與傳統(tǒng)高級編程語言最大的差別在于編程方式一般高級語言采用文本編程，而G語言采用圖形化編程語言。LabVIEW是帶有可以產(chǎn)生最佳編碼的編譯器的圖形化開發(fā)環(huán)境，運(yùn)行速度等同于編好的C或C++程序。LabVIEW將軟件的界面設(shè)計(jì)與功能設(shè)計(jì)獨(dú)立開來，修改人機(jī)界面無需對整個程序進(jìn)行調(diào)整，LabVIEW是利用數(shù)據(jù)流框圖接收指令，使程序簡單明了，充分發(fā)揮了G語言的優(yōu)點(diǎn)，這就大大簡短了虛擬儀器的開發(fā)周期、消除了虛擬儀器編程的復(fù)雜過程。因此相比之下，本論文選擇使用G語言的圖形化編程軟件LabVIEW。LabVIEW的特點(diǎn)在于：它使用圖形化編程語言在流程圖中創(chuàng)建源程序，運(yùn)行方便，編程簡單易懂。 LabVIEW程序組成LabVIEW的核心是VI。程序前面板用于設(shè)置輸入數(shù)值和觀察輸出量，用于模擬真實(shí)儀表的前面板?？丶惋@示是以各種圖標(biāo)形式出現(xiàn)在前面板上，如旋鈕、開關(guān)、按鈕、圖表、圖形等，這使得前面板直觀易懂?？刂贫丝诤椭甘径丝谟糜谇懊姘鍖ο?，當(dāng)VI程序運(yùn)行時，從控制輸入的數(shù)據(jù)通過控制端傳遞到框圖程序，供其中的程序使用，產(chǎn)生的輸出數(shù)據(jù)在通過指示端口傳輸?shù)角懊姘鍖?yīng)的指示中顯示。用LabVIEW編制出的圖形化VI是分層次和模塊化的，可以將它用于頂層(Top level)程序，也可用作其它程序或子程序的子程序。SubVI在調(diào)用它的程序中同樣是以一個圖標(biāo)的形式出現(xiàn)的。首先設(shè)計(jì)SubVI完成每個子任務(wù)，然后將之逐步組合成能夠解決最終問題的VI。整體設(shè)計(jì)可以分為兩部分：軟件設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)。各個子程序的正確連接就可以實(shí)現(xiàn)對溫度壓力的調(diào)節(jié)，起到調(diào)節(jié)器的作用，即圖中的PC機(jī)部分。硬件部分由兩部分組成，即數(shù)據(jù)采集部分和執(zhí)行部分。傳感器包括溫度傳感器銅熱電阻傳感器，壓力傳感器擴(kuò)散硅式差壓變送器。DAQ板卡是選用的NI公司的PCI6221數(shù)據(jù)采集卡。執(zhí)行部分是由伺服放大器、手操器和電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。其中控制閥包括進(jìn)氣閥和排氣閥。 溫度壓力反饋控制系統(tǒng)方塊圖 溫度反饋控制系統(tǒng)采用單回路控制系統(tǒng)，方塊圖如下。此時控制閥只包括進(jìn)氣閥。此時，系統(tǒng)輸出的控制量只對硫化罐進(jìn)氣閥的開度進(jìn)行調(diào)節(jié)。溫度給定也是由程序給定。其中壓力給定也是由編寫程序給定的。當(dāng)溫度控制之后，便開始對硫化罐內(nèi)壓力進(jìn)行控制。系統(tǒng)輸出控制量對排氣閥的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行控制。同時，當(dāng)罐內(nèi)壓力進(jìn)入飽壓階段時，由于時間的推移，也需要對進(jìn)氣閥進(jìn)行控制，適當(dāng)?shù)难a(bǔ)氣，保證罐內(nèi)壓力恒定。 壓力單回路控制系統(tǒng)方塊圖第四章 智能溫度壓力控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)采集（DAQ）系統(tǒng)本設(shè)計(jì)一共設(shè)計(jì)九個采集點(diǎn)。其中溫度采集選用的是八只銅熱電阻，這樣就需要有四個銅熱電阻調(diào)理模塊。溫度采集與輸出分別占用八個模擬采集通道和八個模擬輸出通道；壓力采集選用擴(kuò)散硅式差壓變送器，其采集輸出的就是4～20mA的標(biāo)準(zhǔn)電信號。壓力采集與輸出分別占用DAQ板卡的一個模擬采集通道和一個數(shù)字量輸出通道。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是結(jié)合基于計(jì)算機(jī)的測量軟硬件產(chǎn)品來實(shí)現(xiàn)靈活的、用戶自定義的測量系統(tǒng)。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)當(dāng)然，很多設(shè)備制造商已經(jīng)把傳感器、信號調(diào)理甚至DAQ卡集成為標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備，這種情況下用戶不在需要考慮傳感器、信號調(diào)理和DAQ卡，而只需要考慮如何與硬件設(shè)備通信以及如何開發(fā)上層應(yīng)用程序。 傳感器和變送器一、銅熱電阻傳感器 本設(shè)計(jì)溫度測量部分使用銅熱電阻傳感器。 在測量精度要求不太高、測量范圍不大的情況下，可采用銅熱電阻來代替鉑熱電阻，這樣可降低成本，同時也能達(dá)到精度要求。銅熱電阻的優(yōu)點(diǎn)是：一，輸出輸入特性近似線性；二，工藝性好，價格便宜。二，當(dāng)溫度高于100℃時，易氧化、測量范圍小，不適于在腐蝕性介質(zhì)和高溫下工作。擴(kuò)散硅式差壓變送器是無杠桿的變送器。敏感元件由兩片研磨后膠合成杯狀的硅片組成。硅杯兩面浸在硅油中，硅油和被測介質(zhì)之間用金屬隔離膜片分開。于是傳感器上的不平衡電橋就有電壓信號輸出給放大器，經(jīng)放大處理輸出4～20mA直流電流信號。其各種參數(shù)如下，測量范圍：0～400kPa；輸出信號：4～；基本誤差：調(diào)校量程的177。主要應(yīng)用于石油、化工、冶金、電站等領(lǐng)域。信號調(diào)理的方法主要包括放大、衰減、隔離、多路復(fù)用、濾波、激勵和數(shù)字信號調(diào)理等。此外，使用放置在更接近信號源或轉(zhuǎn)換器的外部信號調(diào)理裝置，可以通過在信號被環(huán)境噪聲影響之前提高信號電平來提高測量的信號噪聲比。它在電壓（即被數(shù)字化的）超過數(shù)字化儀輸入范圍是十分必要的。（3）隔離隔離的信號調(diào)理設(shè)備通過使用變壓器、光或電容性的耦合技術(shù)，無須物理連接即可將信號從它的源傳輸至測量設(shè)備。（4）多路復(fù)用通過多路復(fù)用技術(shù)，一個測量系統(tǒng)可以不間斷地將多路信號傳輸至一個單一的數(shù)字化儀，從而提供了一種節(jié)省成本的方式來極大地?cái)U(kuò)大系統(tǒng)通道數(shù)量。（5）濾波濾波器在一定的頻率范圍內(nèi)去除不希望的噪聲。大部分信號調(diào)理裝置都包括了為最大程度上抑制50Hz或60Hz的噪聲而專門設(shè)計(jì)的低通濾波器。例如應(yīng)變計(jì)、電熱調(diào)節(jié)器和RTD需要外部電壓或電流激勵信號。應(yīng)變計(jì)是一種超低電阻的設(shè)備，通常利用一個電壓激勵源來用于惠斯登電橋配置。（8）數(shù)字信號調(diào)理數(shù)字信號在某種情況下也要進(jìn)行調(diào)理才能進(jìn)入DAQ卡。NI也提供了豐富的信號調(diào)理設(shè)備，譬如，SCXI、SCC、SC系列，即插即用傳感器(TEDS)測量設(shè)備和5B系列等。通常情況下數(shù)據(jù)采集設(shè)備是一個數(shù)據(jù)采集卡，與計(jì)算機(jī)的連接可以采用多種方式。本設(shè)計(jì)所用的是PCI6221數(shù)據(jù)采集卡，如下圖。 PCI6221引腳圖 下面是對PCI6221性能的一些介紹：輸入通道：16路模擬輸入分辨率：16位分辨率采樣率: 250ks/s采樣速率模擬輸出：2路模擬輸出更新速率：833ks/s數(shù)字I/O: 24路數(shù)字I/O計(jì)數(shù)器/定時器: 2個32位的計(jì)數(shù)器/定時器觸發(fā)方式：數(shù)字觸發(fā)輸入范圍：177。10VNI的數(shù)據(jù)采集設(shè)備支持的總線類型包括PCI、PCI Express、PXI、PCMCIA、USB、Compactflash、Ethernet以及火線等各種總線。（1）模擬輸入簡稱模入，模入主要考慮的基本參數(shù)包括通道數(shù)、采樣速率、分辨率和輸入范圍等。在單端輸入中，輸入信號均以共同的地線為基準(zhǔn)。輸入信號達(dá)不到這個標(biāo)準(zhǔn)，此時應(yīng)該用差分輸入。采樣速率這一參數(shù)決定了每秒鐘進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的次數(shù)。分辨率模數(shù)轉(zhuǎn)換器用來表示模擬信號的位數(shù)既是分辨率。輸入范圍輸入范圍是ADC可以量化的最小和最大值的電壓。由于具有這種靈活性，你可以使信號的范圍匹配ADC的輸入范圍，從而充分利用測量的分辨率。（2）模擬輸出簡稱模出，經(jīng)常用它來為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提供激勵源。穩(wěn)定時間穩(wěn)定時間是指輸出達(dá)到規(guī)定精度時所需要的時間。轉(zhuǎn)換速率轉(zhuǎn)換速率是指數(shù)模轉(zhuǎn)換器所產(chǎn)生的輸出信號的最大變化速率。因此，一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器在一個小的穩(wěn)定時間和一個高的轉(zhuǎn)換速率下可產(chǎn)生高頻率的信號，這是因?yàn)檩敵鲂盘柧_地改變至一個新的電壓值這一過程所需要的時間極短。較大的位數(shù)可以縮小輸出電壓增量的量值，因此可以產(chǎn)生更平滑的變化信號。（3）觸發(fā)采集許多數(shù)據(jù)采集的應(yīng)用過程需要基于一個外部事件來啟動或停止一個數(shù)據(jù)采集的工作。模擬觸發(fā)主要用于模擬輸入操作，當(dāng)一個輸入信號達(dá)到一個指定的模擬電壓值時，根據(jù)相應(yīng)的變化方向來啟動或停止數(shù)據(jù)采集的操作。在每一種情況下最重要的參數(shù)有可應(yīng)用的數(shù)字線的數(shù)目、在這些道路上能接收和提供數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的速率、通路的驅(qū)動能力。一個常見的DIO應(yīng)用是傳送計(jì)算機(jī)和設(shè)備之間的數(shù)據(jù)，這些設(shè)備包括數(shù)據(jù)記錄器、數(shù)據(jù)處理器以及打印機(jī)。應(yīng)用一個計(jì)數(shù)器/計(jì)時器時最重要的指標(biāo)是分辨率和時鐘頻率。簡單的說，越高的分辨率意味著計(jì)數(shù)器可以計(jì)數(shù)的位數(shù)越高。 PC與軟件軟件使PC與數(shù)據(jù)采集硬件形成了一個完整的數(shù)據(jù)采集、分析