【正文】 最重要的基礎 ? 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 ,運行速度等同于編好的 C 或 C++程序 ?LabVIEW 具有模塊化特性 ,有利于程序的可重用性 ?LabVIEW 將軟件的界面設計與功能設計獨立開來 ,修改人機界面無需對整個程序進行調整 ,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 ,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雜過程 ?而通用的編程軟件需利用組件技術實現(xiàn)軟面板的設計 ,這使程序設計變得非常麻煩 ?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 簡介 LabVIEW 是實驗室虛擬儀器工程平臺 (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)的簡稱 ,是美國 NI 公司的創(chuàng)新軟件產(chǎn)品 ,也是目前應用最廣泛 ?發(fā)展最快 ?功能最強的圖形化軟件開發(fā)環(huán)境 ?LabVIEW 的特點在于 :它使用圖形化編程語言在流程圖中創(chuàng)建源程序 ,運行方便 ,編程簡單易懂 ? LabVIEW 作為開發(fā)環(huán)境所具有的優(yōu)點總結如下所述 [8]: (1)圖形化編程 ,降低了對使用者編程經(jīng)驗的要求 。 (3)對象 ?框圖及其構成的虛擬儀器在 Windows,Windows XP,UNIX等多平臺之間和各種 PC 機及工作站間兼容 ,便于軟件移植 。 (5)具有豐富的庫函數(shù)和例子 ,對于大多數(shù)應用程序 ,用戶可以從例子中取得程序框架 ,便于提高開發(fā)速度 。 (7)直接支持動態(tài)數(shù)據(jù)交換 (DDE)?對象聯(lián)接與嵌入 (OLE)?結構化查詢語言(SQL),便于與其它 Windows 應用程序和數(shù)據(jù)庫應用程序接口 。 (9)為加強 LabVIEW 的功能 ,適應各種工業(yè)應用的需要 ,NI 公司又開發(fā)了一系列與 LabVIEW 配合使用的軟件包 ,如自動測試工具 ?可連結 25 種數(shù)據(jù)庫的 SQL 工具 ?SPC 分析函數(shù)工具 ?信號處理套件 ?PID 控制工具 ?圖形控制工具等 ? LabVIEW 程序組成 LabVIEW 的核心是 VI?該環(huán)境包含包括三個部分 :程序前面板 (Front Panel)?類似于源代碼功能的方框圖 (Diagram)和圖標 /連接端口 ?程序前面板用于設置輸入數(shù)值和觀察輸出量 ,用于模擬真實儀表的前面板 ?在程序前面板上 ,輸入量被稱為控件(Controls)模擬了儀器的輸入裝置并把數(shù)據(jù)提供給 VI 的方框圖 。壓力采集選用擴散硅式差壓變送器 ,其采集輸出的就是 4~20mA 的標準電信號 ?可以直接被板卡采集 ?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 (DAQ)是指從傳感器和其他待測設備等模擬或數(shù)字被測單元中自動采集信息的過程 ?數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是結合基于計算機的測量軟硬件產(chǎn)品來實現(xiàn)靈活的 ?用戶自定義的測量系統(tǒng) ?一個完整的 DAQ系統(tǒng)包括傳感 器或變換器 ?信號調理設備 ?數(shù)據(jù)采 集和分析硬件 ?計算 機 ?驅動程序和應用軟件等 [10],如下圖 ? 圖 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 當然 ,很多設備制造商已經(jīng)把傳感器 ?信號調理甚至 DAQ 卡集成為標準的設備 ,這種情況下用戶不在需要考慮傳感器 ?信號調理和 DAQ 卡 ,而只需要考慮如何與硬件設備通信以及如何開發(fā)上層應用程序 ?譬如有些廠商已經(jīng)將溫度傳感器 ?信號調理和數(shù) 據(jù)采集硬件集成為一個溫度采集模塊 ,用戶需要做的就 是直接通過標準的 RS232 口向數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) ? 傳感器和變 送 器 一 ?銅熱電阻傳感器 本設計溫度測量部分使用 銅 熱電阻傳感器 ?下面是 熱電阻的特性及優(yōu)點 [9]? 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 到精度要求 ?在溫度為 50~150℃ 范圍內(nèi) ,銅熱電阻與溫度呈線性關系 ,可用特性方程表示 :Rt=R0(1+acut)式中 :Rt ,R0 分別為溫度 t℃ 和 t0℃ 時 電阻值 。二 ,工藝性好 ,價格便宜 ?其缺點是 :一 ,電阻率小 ,僅為鉑的 1/6,故體積大 ,熱慣性大 ?二 ,當溫度高于 100℃ 時 ,易氧化 ?測量范圍小 ,不適于在腐蝕性介質和高溫下工作 ? 二 ?擴散硅式差壓變送器 壓力測量部分使用擴散硅式差壓變送器 ,具體介紹如下 [9]? 擴散硅式差壓變送器是無杠桿的變送器 ?它采用硅杯壓阻傳感器為敏感元件 ,同樣具有體積小 ?重量輕 ?結構簡單 ?線性化和穩(wěn)定性好的優(yōu)點 ,精度也較高 ? 敏感元件由兩片研磨后膠合成杯狀的硅片組成 ?當硅杯受壓時 ,壓阻效應使其上的應變電阻阻值發(fā)生變化 ,從而使由這些電阻組成的電橋產(chǎn)生不平衡電壓 ?硅杯兩面浸在硅油中 ,硅油和被測介質之間用金 屬隔離膜片分開 ?當被測差壓輸入到測量室內(nèi)作用于隔離 膜 片上時 ,膜片將驅使硅油移動 ,并把壓力傳遞給硅杯壓阻傳感器 ?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 ? 本設計具體使用 EDR75NL型擴散硅式傳感器 (95B71004)?其各種參數(shù)如下 ,測量范圍 :0~400kPa?；菊`差 :調校量程的 177。電 源電 壓 : 。環(huán)境 濕 度 :40~+90℃ 。阻尼 特性 :時間常數(shù)在 ~18 之間 。 177。由于共模噪聲可以被導線所消除 ,從而減小了噪聲誤差 ? 采樣速率 這一參數(shù)決定了每秒鐘進行模數(shù)轉換的次數(shù) ?一個高采樣速率可以在給定時間下采集更多數(shù)據(jù) ,應此能更好地反映原始信號 ? 分辨率 模數(shù)轉換器用來表示模擬信號的位數(shù)既是分辨率 ?分辨率越高 ,信號范圍被分割成的區(qū)間數(shù)目越多 ,應此 ,能探測到的電壓變量就越小 ? 輸入范圍 輸入范圍是 ADC 可以量化的最小和最大值的電壓 ?NI 公司的多功能數(shù)據(jù)采集設備能對量程范圍進行選擇 ,可以在不同輸入電壓范圍下進行配置 ?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 ?此外 ,評估數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品是 ,還需要考慮微分非線性度 ?相對精度 ?儀用放大器的穩(wěn)定時間和噪聲等 ? (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 ?數(shù) 模轉換器 (DAC)的一些技術指標決定了所產(chǎn)生輸出信號的質量 :穩(wěn)定時間 ?轉換速率和輸出分辨率 ? 穩(wěn)定時間 穩(wěn)定時間是指輸出達到規(guī)定精度時所需要的時間 ?穩(wěn)定時間通常由電壓上的滿量程變化來規(guī)定 ? 轉換速率 轉換速率是指數(shù)模轉換器所產(chǎn)生的輸出信號的最大變化速率 ? 穩(wěn)定時間和轉換速率一起決定模數(shù)轉換器改變輸出信號值的速率 ?因此 ,一個模數(shù)轉換器在一個小的穩(wěn)定時間和一個高的轉換速率下可產(chǎn)生高頻率的信號 ,這是因為輸出信號精確地改變至一個新的電壓值這一過程所需要的時間極短 ? 輸出分辨率 輸出分辨率與輸 入分辨率類似 ,它是產(chǎn)生模擬輸出的數(shù)字碼的位數(shù) ?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 ?對于要求動態(tài)范圍寬 ?增量小的模擬輸出應用 ,需要有高分辨率的電壓輸出 ? (3)觸發(fā)采集 許多數(shù)據(jù)采集的應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 ?數(shù)字觸發(fā)使用外部數(shù)字脈沖來同步采集與電壓生成 ?模擬觸發(fā)主要用于模擬輸入操作 ,當一個輸入信號達到一個指定的模擬電壓值時 ,根據(jù)相應的變化方向來啟動或停止數(shù)據(jù)采集的操作 ? (4)數(shù)字 I/O DIO 接口經(jīng)常被用來控制過程 ?產(chǎn)生測試波形 ?與外圍設備 進行通信 ?在每一種情況下最重要的參數(shù)有可應用的數(shù)字線的數(shù)目 ?在這些道路上能接收和提供數(shù)字數(shù)據(jù)的速率 ?通路的驅動能力 ?如果數(shù)字線被用來控制事件 ,比如打開或關掉加熱器 ?電 動機或燈 ,由于這些設備并不能很快地響應 ,因此通常不采用高速輸入輸出 ? 一個常見的 DIO 應用是傳送計算機和設備之間的數(shù)據(jù) ,這些設備包括數(shù)據(jù)記錄器 ?數(shù)據(jù)處理器以及打印機 ? (5)定時 I/O 計數(shù)器 /定時器在許多應用中具有很重要的作用 ,包括對數(shù)字事件產(chǎn)生次數(shù)的技術 ?數(shù)字脈沖計時以及產(chǎn)生方波和脈沖 ? 應用一個計數(shù)器 /計時器時最重要的指標是分辨率和時鐘頻 率 ?分辨率是計數(shù)器所應用的位數(shù) ?簡單的說 ,越高的分辨率意味著計數(shù)器可以計數(shù)的位數(shù)越高 ?時鐘頻率越高 ,計數(shù)器遞增得越快 ,應此對于輸入可探測的信號頻率越高 ,對于輸出則可產(chǎn)生更高頻率的脈沖和方形波 ? 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 ?分析和顯示系統(tǒng) ?沒有軟件 ,數(shù)據(jù)采集硬件是毫無用處的 ?軟件分為驅動程序和上層應用程序 ? 驅動程序可以直接對數(shù)據(jù)采集硬件的寄存器編程 ,管理數(shù)據(jù)采集硬件的操作并把它和處理器中斷 ?DMA 和內(nèi)存這樣的計算機資源結合在一起 ?驅動程序隱藏了復雜的硬件底層編程細節(jié) ,為用戶 提供容易理解的接口 ?一般來說 ,贏家廠商在賣出硬件的同時也會提供驅動程序 ? 上層應用程序用來完成數(shù)據(jù)的分析 ?存儲和顯示等 ?LabVIEW 就是一個極佳的開發(fā)上層應用程序的開發(fā)平臺 ?LabVIEW 包含豐富的驅動函數(shù)和功能強大的 DAQ助手 ,通過它與設備的連接變得非常容易 ,用戶可以將大部分的精力集中在數(shù)據(jù)的分析 ?顯示和存儲等方面 ? 伺服放大器 DFC1100 1?概述 DFC型系列伺服放大器 (以下簡稱伺放 )是電動執(zhí)行機構的配套裝置 ,也是工業(yè)過程控制自動調節(jié)系統(tǒng)的核心部件之一 ?它與電動執(zhí)行機構配合 ,廣泛用于電力 ?冶金 ?化工等工業(yè)過程控制自動化調節(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 ,便于觀察和調試 ? 2?主要技術參數(shù) [13] (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 ) (2)輸入電阻 DFC 110 型 :200? DFC 1100 型 :250? DFC 1200 型 :250? (3)死區(qū)可調節(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 3?工作原理與結構 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或反轉 ?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 : 圖 接線端子排列圖 4?模擬調試 伺放在接入系統(tǒng)使用前 ,一般應進行調試 ?調試接線方法如下圖 : 圖 伺放效驗接線圖 調試步驟如下 : (1)調試平衡 (即調零 )出廠時已調好 ,一 般無需調整 ? a?分別調整 Ic 和 If,使兩輸入信號相等 (推薦在輸入信號量程的 20%~50%點調平衡 )。 c?改變 Ic,H1?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 ? 5?接入系統(tǒng)調試 經(jīng)以上模擬調試 ,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)行機構的阻尼特性不符合要求 ,在確定執(zhí)行機構制動部件及位置發(fā)送器輸出信號正常的情況下 ,可將伺放的調穩(wěn)電位器 R1s 向 “ 穩(wěn) ” 的方向作少量調整 ? 手操器 DFD0500 DFD05 型電動操作器是 DDZII 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 型變送器和調節(jié)器與電動執(zhí)行器組成的自動調節(jié)系統(tǒng)中 ,應用 DFD05?DFD0500 可以使執(zhí)行機構工作在自動調節(jié) ?手動控制和就地操作三種工作狀態(tài) ?與 PID調節(jié)器或 PI調節(jié)器配合使用 ,可實現(xiàn)調節(jié)系統(tǒng)由 “ 手動 ” 到 “ 自動 ” 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節(jié)工作狀態(tài)的顯示 ? 主要技術性能指標 : (1)電流指示 :DFD05 0~10 mA,DFD0500 4~20 mA,指示表 的 刻度誤差 為177。輸入通道個數(shù) :1(分立式為3 個 )。2 5%。工作環(huán)境 :溫度 :整體式 10~+55℃ ,分立式 25~+70℃