朱 飛，洪榮晶，陳 捷，高學(xué)海，戴克芳

(1.南京工業(yè)大學(xué) 機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，南京 210009；2.馬鞍山方圓回轉(zhuǎn)支承股份有限公司，安徽 馬鞍山 243052)

回轉(zhuǎn)支承是一種能夠承受聯(lián)合載荷的特大型滾動(dòng)軸承，廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、軌道車輛、航空航天等領(lǐng)域?；剞D(zhuǎn)支承一般造價(jià)昂貴，拆卸較困難，維修周期長、費(fèi)用高，并且使用環(huán)境相對惡劣，因此對回轉(zhuǎn)支承的動(dòng)、靜載性能和可靠性指標(biāo)提出了較高的要求，如在風(fēng)電機(jī)組中要求回轉(zhuǎn)支承的壽命在20年以上[1]。另一方面，對于回轉(zhuǎn)支承的可靠性設(shè)計(jì)，國內(nèi)公司大多是建立自己的經(jīng)驗(yàn)公式，而對經(jīng)驗(yàn)公式的修正需要大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，因此建立回轉(zhuǎn)支承的試驗(yàn)設(shè)備是目前國內(nèi)回轉(zhuǎn)支承行業(yè)的需要。風(fēng)電回轉(zhuǎn)支承試驗(yàn)臺[2-3]包括機(jī)械、液壓、測試和控制等幾部分，其中測試和控制系統(tǒng)[4-5](以下簡稱測控系統(tǒng))是試驗(yàn)臺的核心。

試驗(yàn)臺測控系統(tǒng)下位機(jī)采用S公司的s7-200和N公司的數(shù)據(jù)采集卡，上位機(jī)選用N公司的LabVIEW軟件，數(shù)據(jù)庫選用SQL Server。LabVIEW本身并不具備直接訪問數(shù)據(jù)庫功能,不能像VB，VC那樣非常方便地進(jìn)行數(shù)據(jù)庫程序的開發(fā)與訪問，而需要采用其他輔助的方法。主要思路有2種[6-7]：(1)從底層的開發(fā)編程做起，如利用LabVIEW的ActiveX功能，調(diào)用Microsoft ADO控件，用SQL語言實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的訪問；利用其他語言，如C++編寫DLL程序訪問數(shù)據(jù)庫，再利用LabVIEW所帶的DLL接口訪問該程序等。(2)利用已有的工具包訪問數(shù)據(jù)庫，如N公司的LabVIEW SQL Toolkit工具包、LabVIEW用戶開發(fā)的LabSQL工具包等。前者需要從底層進(jìn)行程序開發(fā)，對相關(guān)語言有較深了解且開發(fā)量比較大，不利于項(xiàng)目進(jìn)度；后者中的LabVIEW SQL Toolkit工具包比較昂貴，而LabSQL工具包是用戶自己開發(fā)的免費(fèi)工具包，它將復(fù)雜的底層ADO及SQL操作封裝成一系列LabSQLVIs。在此利用LabSQL工具包內(nèi)置功能的組合調(diào)用，依據(jù)各個(gè)試驗(yàn)內(nèi)容的不同要求，實(shí)現(xiàn)了對SQL Server數(shù)據(jù)庫的靈活訪問，滿足了試驗(yàn)數(shù)據(jù)的查詢、修改、添加、刪除等功能要求。

1 試驗(yàn)臺系統(tǒng)

1.1 試驗(yàn)臺加載驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

圖1為試驗(yàn)臺加載驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)部分機(jī)械結(jié)構(gòu)，回轉(zhuǎn)支承固定于基礎(chǔ)上，由液壓馬達(dá)帶動(dòng)回轉(zhuǎn)支承的動(dòng)圈旋轉(zhuǎn)，采用液壓缸對回轉(zhuǎn)支承進(jìn)行力和力矩的加載?？刂埔簤厚R達(dá)的旋轉(zhuǎn)來控制回轉(zhuǎn)支承的轉(zhuǎn)動(dòng)情況，控制液壓缸加載力來控制回轉(zhuǎn)支承的受力情況，通過改變液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速和液壓缸加載力的大小模擬回轉(zhuǎn)支承在不同應(yīng)用場合不同工況下的實(shí)際受載情況。

圖1 試驗(yàn)臺加載驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)部分機(jī)械結(jié)構(gòu)簡圖

如在風(fēng)電機(jī)組的偏航和變槳系統(tǒng)中，回轉(zhuǎn)支承需要根據(jù)不同的風(fēng)載情況及時(shí)調(diào)整其狀態(tài)。偏航軸承同時(shí)承受機(jī)組質(zhì)量產(chǎn)生的軸向力和風(fēng)載產(chǎn)生的徑向力、傾覆力矩，在風(fēng)向發(fā)生變化時(shí)需完成啟動(dòng)、停止及換向等動(dòng)作；變槳軸承在葉輪旋轉(zhuǎn)的一個(gè)周期內(nèi)受力情況為一個(gè)正弦信號，在風(fēng)速發(fā)生變化時(shí)需通過變槳軸承來調(diào)整氣流對葉片的攻角；當(dāng)風(fēng)載突然增大時(shí)偏航和變槳軸承還可能受到?jīng)_擊。因此，需要綜合考慮具體應(yīng)用場合中的實(shí)際工況，模擬其運(yùn)轉(zhuǎn)與受載情況。

1.2 試驗(yàn)臺測控系統(tǒng)

如圖2所示，LabVIEW與s7-200之間通過自由口通信實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換，在LabVIEW中利用LabSQL 工具包內(nèi)置功能的組合調(diào)用實(shí)現(xiàn)對SQL Server的訪問。SQL Server支持?jǐn)?shù)據(jù)的局域網(wǎng)及遠(yuǎn)程訪問，試驗(yàn)數(shù)據(jù)可在企業(yè)的ERP系統(tǒng)中進(jìn)行統(tǒng)一管理。

圖2 測控系統(tǒng)總體框架

上位機(jī)利用LabVIEW進(jìn)行功能組態(tài)，以結(jié)構(gòu)化和模塊化為思想進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括試驗(yàn)參數(shù)及控制模塊、過程數(shù)據(jù)監(jiān)測模塊、數(shù)據(jù)管理模塊和報(bào)表生成模塊，如圖3所示。其中，在手動(dòng)操作情況下，“試驗(yàn)參數(shù)及控制”界面及“當(dāng)前數(shù)據(jù)存儲”按鈕為灰(不可操作)，其他功能正常使用；在PC控制情況下，所有控制和監(jiān)測功能均可操作。各個(gè)模塊間相互聯(lián)系，在某一個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目運(yùn)行時(shí)共同完成以下幾個(gè)主要功能：

(1) 試驗(yàn)項(xiàng)目運(yùn)行參數(shù)的輸入；

(2) 加載力和液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速的在線監(jiān)測；

(3) 試驗(yàn)狀態(tài)的監(jiān)測及系統(tǒng)出現(xiàn)報(bào)警、急停等狀態(tài)的監(jiān)測；

(4) 定時(shí)記錄各種重要的運(yùn)行參數(shù)，生成各種數(shù)據(jù)報(bào)表，并自動(dòng)保存于數(shù)據(jù)庫中；

(5) 實(shí)時(shí)記錄系統(tǒng)的報(bào)警、急停信息，生成報(bào)警、急停事件，并自動(dòng)保存于數(shù)據(jù)庫中。

圖3 上位機(jī)程序總體框架

試驗(yàn)項(xiàng)目運(yùn)行參數(shù)的輸入界面如圖4所示，而數(shù)據(jù)庫管理模塊用于將試驗(yàn)過程中的各種數(shù)據(jù)及試驗(yàn)參數(shù)等存儲于數(shù)據(jù)庫SQL Server中，同時(shí)可進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)的查詢等。

圖4 試驗(yàn)參數(shù)輸入主界面

2 SQL Server數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

2.1 數(shù)據(jù)庫總體設(shè)計(jì)[8]

在試驗(yàn)臺測控系統(tǒng)中，采用數(shù)據(jù)庫技術(shù)可以使數(shù)據(jù)保存得更加完整、安全，更符合通用型、開放性標(biāo)準(zhǔn)。本試驗(yàn)臺測控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫由測控設(shè)備總表、控制元件分表、控制定義分表、控制數(shù)據(jù)分表、測試位置分表、測試數(shù)據(jù)分表、測試報(bào)警分表等組成，它們通過關(guān)鍵字段聯(lián)系構(gòu)成層次型關(guān)系數(shù)據(jù)庫，如圖5所示。

圖5 數(shù)據(jù)庫總分表關(guān)系圖

2.2 數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)源的建立

在LabVIEW中進(jìn)行查詢、添加、刪除試驗(yàn)數(shù)據(jù)的程序設(shè)計(jì)都是基于所建立的數(shù)據(jù)庫，因而需要先在SQL Server中建立“試驗(yàn)臺測控系統(tǒng)”數(shù)據(jù)庫，同時(shí)在其根目錄下建立測控設(shè)備總表和各個(gè)分表。另外，若要使LabVIEW程序運(yùn)行時(shí)能訪問SQL數(shù)據(jù)庫，還需要建立一個(gè)SQL數(shù)據(jù)源。建立數(shù)據(jù)源主要有3種方法[9]：使用ODBC設(shè)定數(shù)據(jù)源；使用通用數(shù)據(jù)連接UDL文件方式連接數(shù)據(jù)源；以字符串形式輸入連接信息。其中，使用ODBC設(shè)定數(shù)據(jù)源不需精通SQL語言，易于實(shí)現(xiàn)，故采用此方法設(shè)定SQL數(shù)據(jù)源。

2.2.1 數(shù)據(jù)庫的建立

回轉(zhuǎn)支承各項(xiàng)試驗(yàn)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)即存儲于試驗(yàn)臺測控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，其建立路徑為：Microsoft SQL Server企業(yè)管理器控制臺根目錄Microsoft SQL ServerSQL Server組(local)(Windows NT)數(shù)據(jù)庫，在此目錄下建立數(shù)據(jù)庫名為“試驗(yàn)臺測控系統(tǒng)”，在其用戶項(xiàng)目中新建用戶，登陸名為zf_01，SQL Server身份驗(yàn)證密碼為zf_01，并關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫“試驗(yàn)臺測控系統(tǒng)”。

2.2.2 表的建立

表可進(jìn)行手動(dòng)建立或在LabVIEW中調(diào)用應(yīng)用程序自動(dòng)建立，現(xiàn)采用在SQL Server中手動(dòng)建立表的方法。在試驗(yàn)臺測控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的表目錄中分別新建測控設(shè)備總表和控制元件分表、控制定義分表、控制數(shù)據(jù)分表、測試位置分表、測試數(shù)據(jù)分表、測試報(bào)警分表等各表，并定義好各個(gè)用戶表的列名、數(shù)據(jù)類型和長度等信息。在試驗(yàn)臺測控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的關(guān)系圖目錄中新建關(guān)系圖測控系統(tǒng)，并如圖5所示設(shè)定各表的主鍵和外鍵及各表之間的層次關(guān)系。

2.2.3 ODBC數(shù)據(jù)源的建立

使用ODBC設(shè)定數(shù)據(jù)源，即利用ODBC驅(qū)動(dòng)訪問SQL數(shù)據(jù)庫，首先要建立一個(gè)數(shù)據(jù)源名稱(DSN)來訪問相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫。建立DSN的方法有3種，即建立用戶數(shù)據(jù)源名稱(user dsn)、建立系統(tǒng)數(shù)據(jù)源名稱(system dsn)和建立文件數(shù)據(jù)源名稱(file dsn)，本文選擇建立系統(tǒng)數(shù)據(jù)源名稱。

3 LabVIEW中訪問SQL Server

3.1 LabSQL包含的基本VIs

LabSQL是一個(gè)多數(shù)據(jù)庫、跨平臺的LabVIEW數(shù)據(jù)庫訪問工具包，支持Windows操作系統(tǒng)中任何基于ODBC的數(shù)據(jù)庫。按其功能的不同，基本VIs包括Command, Connection和Recordset 3個(gè)模板和可直接調(diào)用SQL頂層的3個(gè)子VIs (Top Level VIs)。Command模板中的子VIs完成一系列的基本ADO操作，如創(chuàng)建或刪除一個(gè)Command、對數(shù)據(jù)庫中的某一參數(shù)進(jìn)行讀或?qū)懙龋籆onnection模板中的子VIs管理LabVIEW與數(shù)據(jù)庫之間的連接；Recordset模板中的子VIs用于對數(shù)據(jù)庫中的記錄進(jìn)行操作，如創(chuàng)建或刪除一條記錄、對記錄中的某一條目進(jìn)行讀或?qū)懙龋籘op Level VIs即為對前3種VIs某些功能的封裝。

3.2 LabVIEW與SQL Server的連接

在LabVIEW中編程實(shí)現(xiàn)對SQL Server訪問的基本流程如圖6所示，包括建立與數(shù)據(jù)庫的連接、建立與記錄集的連接、對記錄集的各種操作、斷開與記錄集的連接、斷開與數(shù)據(jù)庫的連接。其中建立和斷開與數(shù)據(jù)庫的連接主要用Connection功能下的子功能VI命令實(shí)現(xiàn)，建立和斷開與記錄集的連接及對記錄集的各種操作主要用Recordset等功能下的子功能VI命令組合實(shí)現(xiàn)。

圖6 LabVIEW中訪問SQL Server基本流程

以測試數(shù)據(jù)分表扭矩值的查詢?yōu)槔f明程序的實(shí)現(xiàn)方法，主要包括以下步驟：

(1) 建立與數(shù)據(jù)庫的連接。利用ADO Connection Creat.vi和ADO Connection Open.vi兩個(gè)子vi建立與數(shù)據(jù)庫的連接。圖7中，首先利用ADO Connection Creat.vi創(chuàng)建一個(gè)Connection對象，然后利用ADO Connection Open.vi建立與數(shù)據(jù)庫的連接，所連接由字符串“DSN=回轉(zhuǎn)支承試驗(yàn)數(shù)據(jù)”指定(ODBC數(shù)據(jù)源建立時(shí)的數(shù)據(jù)源名稱)。

圖7 扭矩值查詢程序框圖

(2) 建立與記錄集的連接。利用ADO Recordset Creat.vi和ADO Recordset Open.vi建立與記錄集對象的連接。首先利用ADO Recordset Creat.vi創(chuàng)建一個(gè)Recordset對象，然后利用ADO Recordset Open.vi打開這個(gè)Recordset對象，同時(shí)利用SQL語句“select * from 測試數(shù)據(jù)分表”獲得數(shù)據(jù)庫測試數(shù)據(jù)分表中的扭矩值。

(3) 輸出查詢結(jié)果。SQL Fetch Data(GetString).vi的功能為執(zhí)行SQL語句后所輸出的扭矩值結(jié)果，如圖8所示(后兩列分別為液壓馬達(dá)1扭矩值和液壓馬達(dá)2扭矩值)。

(4) 關(guān)閉與記錄集的連接。由ADO Recordset Close.vi子vi完成。

(5) 關(guān)閉與數(shù)據(jù)庫的連接。由ADO Connection Close.vi子vi完成。

圖8 扭矩值查詢結(jié)果

以上步驟即完成了在LabVIEW中查詢SQL Server數(shù)據(jù)庫測試數(shù)據(jù)分表中的扭矩值，其他操作如添加、修改、刪除等功能的實(shí)現(xiàn)方法與查詢數(shù)據(jù)類似，只需在ADO Connection Open.vi后連接ADO Recordset Addnew.vi，ADO Recordset Delete Record.vi等子vi即可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。另外，也可利用Top Level VIs中的子vi: SQL Execute.vi和SQL語句直接調(diào)用SQL Server數(shù)據(jù)庫，圖9給出了利用此方法實(shí)現(xiàn)“修改報(bào)警閾值”、“添加報(bào)警閾值”和“刪除小扭矩信號”的程序框圖。

圖9 利用SQL Execute.vi和SQL語句直接調(diào)用SQL Server程序框圖

4 結(jié)論

在LabVIEW中利用LabSQL工具包訪問SQL Server數(shù)據(jù)庫并應(yīng)用于回轉(zhuǎn)支承試驗(yàn)臺的測控系統(tǒng)中，不但實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)數(shù)據(jù)的局域網(wǎng)共享，而且便于試驗(yàn)數(shù)據(jù)的綜合管理，同時(shí)免費(fèi)的LabSQL工具包加快了項(xiàng)目進(jìn)度，節(jié)約了一定的軟件費(fèi)用。