基于虚拟仪器技术的多功能无纸记录仪

2014-11-06 12:08:02来源: ck365

  1虚拟仪器技术

自1986年美国国家仪器公司(NI)提出虚拟仪器(VirtualInstrument)的概念以来,这种集计算机技术、通讯技术和测量技术于一体的模块化仪器便在世界范围内得到了广泛的认同与应用,逐步体现了仪器仪表技术发展的一种趋势。由于微电子技术、计算机技术、网络通讯技术和软件技术的高度发展,以及它们与各种测量技术在仪器仪表上的应用,使新的测试理论、测试方法、测试领域以及仪器结构不断涌现并发展成熟,在许多方面已经冲破了传统仪器的概念,仪器测量的功能和作用也发生了质的变化。虚拟仪器概念的产生正是基于这样一种技术背景。

  仪器仪表技术的发展大致经历了以下两条发展主线:从测量的技术和方法上划分,经历了从机械仪表、模拟电子仪表、数字化电子仪表到智能仪表的发展过程;从仪表结构上划分,经历了单机仪表、叠架式仪器系统到虚拟仪器系统的发展过程。传统仪器一般均为一个独立的装置,有机箱、操作面板、信号I/O端子、信号处理机构或电路等,检测结果输出方式有数字、指针或图形窗口等,有的还有打印输出口。传统仪表的功能可概括描述为:信号采集与控制、信号分析与处理、结果的表达与输出,这些功能均以硬件或固化软件的形式存在。这种架构形式决定了传统仪器只能由仪器的生产厂来定义制造,而用户无法改变。传统仪器基本上未能摆脱独立使用、手动操作、功能相对固定、使用具有局限性的模式。计算机技术的发展,给传统仪表技术注入了强大的活力,在微电子技术和LSIC技术推动下,有力地促进了数字化仪器、智能仪器的快速发展。

  虚拟仪器技术就是利用高性能的模块化硬件,结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。灵活高效的软件能帮助您创建完全自定义的用户界面,模块化的硬件能方便地提供全方位的系统集成,标准的软硬件平台能满足对同步和定时应用的需求。这也正是NI近30年来始终引领测试测量行业发展趋势的原因所在。只有同时拥有高效的软件、模块化I/O硬件和用于集成的软硬件平台这三大组成部分,才能充分发挥虚拟仪器技术性能高、扩展性强、开发时间少,以及出色的集成这四大优势。

  虚拟仪器的构成:如果按照构成仪器的三大功能部件来分,所有控制系统、工业计测系统均可归纳至虚拟仪器的框架中来。目前较为常见的虚拟仪器是数据采集系统(SCADA),见图1。可编程仪器的信号处理、定时控制、集成总线、高速缓存、DMA等技术的应用,使这样的SCADA系统能达到仪器级的性能、精度与可靠性。

  虚拟仪器的软件开发平台:虚拟仪器的软件开发平台目前主要有两类:第一类是基于传统语言的TurboC、VB、VC++等,这类语言具有适应面广、开发灵活的特点,但开发人员需有较多的编程经验和较强的调试能力;第二类是基于图形组态和编程的图形组态软件,如HP公司的VEE、IOtech公司的Dasylab、NI公司的Labview、CapitalEquipment公司的Testpoint2.0和HEM公司的Snap-Master等。这类组态软件都通过建立和连接图标来构成虚拟仪器工作程序并定义其功能,而不是用传统的文本编辑形式。它们具有编程效率高、通用性强、交叉平台互换性好的特点,适用于大批量多品种仪器的生产。该类软件缺点是缺少程序流程控制,大都解释执行。

  虚拟仪器技术的三大组成部分:

  (1)高效的软件

  软件是虚拟仪器技术中最重要的部份。使用正确的软件工具虚拟仪器技术

  并通过设计或调用特定的程序模块,工程师和科学家们可以高效地创建自己的应用以及友好的人机交互界面。提供的行业标准图形化编程软件——LabVIEW,不仅能轻松方便地完成与各种软硬件的连接,更能提供强大的后续数据处理能力,设置数据处理、转换、存储的方式,并将结果显示给用户。此外,还提供了更多交互式的测量工具和更高层的系统管理软件工具,例如连接设计与测试的交互式软件SignalExpress、用于传统C语言的LabWindows/CVI、针对微软VisualStudio的MeasurementStudio等等,均可满足客户对高性能应用的需求。有了功能强大的软件,您就可以在仪器中创建智能性和决策功能,从而发挥虚拟仪器技术在测试应用中的强大优势。

  (2)模块化的I/O硬件

  面对如今日益复杂的测试测量应用,已经提供了全方位的软硬件的解决方案。无论您是使用PCI,PXI,PCMCIA,USB或者是1394总线,都能提供相应的模块化的硬件产品,产品种类从数据采集、信号条理、声音和振动测量、视觉、运动、仪器控制、分布式I/O到CAN接口等工业通讯,应有尽有。高性能的硬件产品结合灵活的开发软件,可以为负责测试和设计工作的工程师们创建完全自定义的测量系统,满足各种独特的应用要求。

  (3)用于集成的软硬件平台

  专为测试任务设计的PXI硬件平台,已经成为当今测试、测量和自动化应用的标准平台,它的开放式构架、灵活性和PC技术的成本优势为测量和自动化行业带来了一场翻天覆地的改革。PXI作为一种专为工业数据采集与自动化应用度身定制的模块化仪器平台,内建有高端的定时和触发总线,再配以各类模块化的I/O硬件和相应的测试测量开发软件,您就可以建立完全自定义的测试测量解决方案。无论是面对简单的数据采集应用,还是高端的混合信号同步采集,借助PXI高性能的硬件平台,您都能应付自如。这就是虚拟仪器技术带给您的无可比拟的优势。

       2多功能无纸记录仪的技术要求和系统功能

  记录仪是工业生产自动化系统中十分常见的二次仪表。传统型模拟记录仪结构简单、功能单一,存在着卡纸、卡笔、断线等易发故障和换笔、换纸、添墨等大量日常维护工作。此类记录仪由于其结构与功能的局限性,无法满足综合生产管理、生产过程智能化、数据传输网络化和在线数据分析处理的需要。90年代以来,随着虚拟仪器技术的日益发展,采用低成本自动化技术,研制与开发各类多功能智能型记录仪表呈迅猛发展之势,并逐渐批量进入工业应用领域。特别是在石化、冶金等行业的基础自动化与过程自动化系统中,已大量融入各种类型的虚拟嵌入式仪表,其卓越的性能、良好的数据在线处理能力和实时数据通讯能力以及友好的人机交互平台,得到人们日益重视。

  基于虚拟仪器的多功能无纸记录仪在技术上不仅要具备传统式仪表所应具有的电气性能和环境适应能力,而且还应具备如下的通用技术指标和系统功能:

  (1)信号采样:设置模拟输入通道1~16路,采样周期可选0.25秒/0.5秒/1秒。记录间隔可通过设置画面设定为1秒/2秒/4秒/8秒/20秒/40秒/120秒等。开关量输入24点,接收被测对象的状态信号。模拟量输入通道可允许0~10V、1~5V、4~20mA的标准信号和S、B、R、K、N、T、E、J热电偶以及PT100、Cu50热电阻等多种信号输入,且可提供隔离输入。

  (2)设置功能:系统应具有强大的设置功能,可对仪表的通道名称、量程、报警上下限、信号类型、单位、记录周期、流量累计、流量温度压力补偿参数等进行设置。允许保存100组用户自定义设置。

  (3)存储功能:配置硬盘,使存储历史数据量达GB级。根据采样时间不同,16个通道数据可存储三年以上,形成数据文件并能调出任意历史时刻曲线、数据、报警、流量累计值;可通过软盘转存任意时间段的历史数据或通过RS-232接口传送给其他PC机,在其上进行回放和分析打印。

  (4)显示功能:全中文人机界面,显示信息丰富直观,操作简单。主要显示画面应有:①单通道趋势、棒图、瞬时数字显示(选显/循显)画面;②单通道历史趋势追忆;③多通道棒图、数字显示画面;④多通道历史趋势追忆;⑤多通道流量累计画面;⑥参数设置画面;⑦报警显示画面;⑧软盘转存画面;⑨RS-232通讯画面。

  (5)连锁与报警功能:配置24点开关量输出通道,根据采样信号,提供简单的连锁和状态控制信号;并可任意设置各通道上限、上上限、下限、下下限报警,在各显示画面上实时显示报警值,同时实现报警输出。

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关键字:labview  虚拟仪器技术  无纸记录仪

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2014/1106/article_9967.html
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