敖 陽，郭 烽，王宏娟

(1.沈陽黎明航發(fā)集團物資配送中心原材料倉儲中心，遼寧 沈陽 110043；2.中國科學院沈陽計算技術研究所有限公司,遼寧 沈陽 110168)

一、虛擬儀器概述

二、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計

虛擬儀器(Virtual Instrument，簡稱VI)是基于計算機系統(tǒng)的數(shù)字化測試測量儀器，是應用于通用計算機上的一種軟件和硬件的組合，可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的測量儀器，如信號發(fā)生器、示波器、頻譜分析儀、邏輯分析儀等；它充分利用現(xiàn)有計算機資源，并配以獨特設計的儀器硬件和專用軟件,能實現(xiàn)普通儀器的全部功能以及某些普通儀器無法實現(xiàn)的特殊功能，常被稱作軟件儀器。可利用數(shù)據(jù)采集模塊完成一般測量測試儀器的數(shù)據(jù)采集功能,利用軟件實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的分析處理、表達以及圖形化用戶接口，最終使得計算機系統(tǒng)完成一般測量測試儀器的數(shù)據(jù)分析和輸出顯示等功能。

虛擬儀器是計算機技術、現(xiàn)代測量技術共同發(fā)展的結晶,代表著當今儀器發(fā)展的最新趨勢。虛擬儀器的軟件結構是虛擬儀器的關鍵部分。其軟件結構分為三部分:輸入輸出(I/O)接口軟件、儀器驅動程序和應用軟件開發(fā)環(huán)境。其開發(fā)框圖如圖1所示。

1.硬件結構

(1)整體架構

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要通過傳感器采集特定部位的流量、壓力、溫度等信號，采集的信號經(jīng)過處理后再傳輸?shù)接嬎銠C中，現(xiàn)場采集的模擬信號主要是0~10V直流電壓信號及4~20mA電流信號，由于系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集的實時性要求較高，總體上的采樣頻率要求較高，軟件開發(fā)采用的是美國NI公司推出的LabVIEW軟件，該軟件具有友好的圖形化開發(fā)界面，節(jié)省了編程時間，提高了工作效率。硬件結構整體框圖如圖2所示。

(2)PCI數(shù)據(jù)采集卡

PCI(Peripheral Component Interconnect，外圍部件互聯(lián))是一種獨立于CPU的同步局部總線，也是目前計算機上使用極為廣泛的高性能總線。它是處理器、存儲器與外圍控制部件、外圍擴展卡之間的互連設備，其優(yōu)點是具有獨立處理能力、運行速度快、數(shù)據(jù)傳輸速率高、而且擴展性與兼容性好、可靠性高。

為保證采集數(shù)據(jù)的實時性及準確性，避免數(shù)據(jù)采集過程受到嚴重干擾，選用研華公司的工控機和數(shù)據(jù)采集卡PCI-1713。PCI-1713是基于PCI總線的隔離高速模擬量輸入卡，它提供32路單端或16路差分模擬量輸入通道，或組合輸入方式，A/D轉換器的采樣速率可達100KS/s，采用12位高速A/D轉換，并在輸入和PCI總線之間提供2500VDC的直流隔離保護。PCI-1713板卡的安裝使用十分方便，在Windows2K/XP/9X下板卡安裝的流程圖如圖3所示。

(3)傳感器的選擇

圖3 PCI板卡安裝流程圖

該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要用于監(jiān)測現(xiàn)場的運行參數(shù)，主要采集流量、壓力、溫度等信號，下面以采集流量信號為例，說明傳感器的選擇原則。由于測量的流量計種類繁多，因此在選擇流量計時需要根據(jù)實際的情況合理的選擇流量計量儀表。選擇時主要遵循以下原則：確定被測流體的類型；確定工藝過程的工作條件如何及溫度和壓力的界限值；確定流量計的安裝條件；確定性能和測量能力方面總的要求；確定流量計安裝和運行的經(jīng)濟性。

總之，選擇流量計時，要綜合考慮并權衡以上這些重要的因素，才可能同時做到既滿足技術要求，并且經(jīng)濟上合理，實現(xiàn)流量計合理的選型。

2.軟件開發(fā)

(1)LabVIEW介紹

虛擬儀器系統(tǒng)應用軟件的開發(fā)環(huán)境主要有兩種:一種是基于傳統(tǒng)的文本語言式的平臺，主要是Nl公司的Labwmdows/CVI、VC、VB等;一種是基于圖形化工程環(huán)境的平臺，如Nl公司的LabVIEW和HP公司的VEE等。該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件設計采用專業(yè)圖形化編程軟件進行開發(fā)即NI公司的LabVIEW，LabVIEW是一個多線程、最佳化的圖形編譯器，它能在最大程度上優(yōu)化系統(tǒng)的性能。該環(huán)境包括三個部分：程序前面板、框圖程序和圖標連接端口。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，輸入量被稱為控制(Controls)，為虛擬儀器的框圖程序提供數(shù)據(jù);輸出量被稱為顯示(Indicators)，顯示虛擬儀器流程圖中獲得或產(chǎn)生的數(shù)據(jù)?？刂坪惋@示是以各種圖標形式出現(xiàn)在前面板上，如旋鈕、開關、按鈕、圖表、圖形等，這使得前面板直觀易懂。

(2)功能模塊

該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件功能模塊包括參數(shù)設定、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、波形顯示、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)保存、數(shù)據(jù)查看、打印報表等。

該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)現(xiàn)已成功應用于某航空領域的現(xiàn)場，并進行了大量的試驗，試驗結果表明：該系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠、測試精度高、操作簡單、維護方便，大大提高了工作效率，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控，為實現(xiàn)高性能的計量管理奠定了基礎。

三、結論

本文通過對虛擬儀器以及開發(fā)軟件LabVIEW介紹，設計了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，通過友好的人機界面，可實現(xiàn)對現(xiàn)場參數(shù)的監(jiān)控，該系統(tǒng)具有功能擴展性強、開發(fā)周期短、測試性能穩(wěn)定等特點，可實現(xiàn)大批量、無限時的實時數(shù)據(jù)采集，有著廣闊的應用前景。

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