網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)

網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā) 摘要 介紹基于 件下的平面磨床工作臺(tái)液壓測(cè)量控制系統(tǒng)的硬件和軟件結(jié)構(gòu)，以及通信方式的組成，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析調(diào)試，系統(tǒng)已基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 關(guān)鍵詞 測(cè)控系統(tǒng) 列模塊 1 緒論 虛擬儀器（ 稱 術(shù)就是利用現(xiàn)有的個(gè)人計(jì)算機(jī)，加上特殊設(shè)計(jì)的儀器硬件和專用的軟件，形成既有普通儀器的基本功能又有一般儀器所沒有的特殊功能的新型儀器 1。網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控系統(tǒng)就是利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、虛 擬儀器技術(shù)和自動(dòng)測(cè)試技術(shù)有機(jī)的融合來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控的。 2 系統(tǒng)的硬件開發(fā) 2 1 系統(tǒng)硬件的總體設(shè)計(jì) 該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上分成中心管理計(jì)算機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)智能采集模塊兩個(gè)部分。圖 示，虛線左側(cè)為中心管理計(jì)算機(jī)，包括主機(jī)，顯示器、鍵盤、研華 換模塊等幾個(gè)部分。右側(cè)則是由現(xiàn)場(chǎng)智能采集模塊 塊和壓力、溫度、速度各種傳感器構(gòu)成。 圖 測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 2 2 系統(tǒng)硬件的連接 如圖 示連接硬件系統(tǒng)， 口是數(shù)據(jù)終端設(shè)備（ 數(shù)據(jù)通信設(shè)備 (間的接口 。如把計(jì)算機(jī)作為 調(diào)制解調(diào)器（ 為 間的接口。當(dāng) 與外部設(shè)備進(jìn)行串行通信時(shí)，可將兩個(gè) 接相連，而省去作為 接 2。 可以采取圖 連接方式，這種接線方 圖 件連接圖 式簡(jiǎn)單但具有良好的硬件握手性能。 的數(shù)據(jù)傳輸不需要所有的引腳，主要用到 信號(hào)地。 表 引腳說明 連 1 3 液壓系統(tǒng)的分析 如圖 示，當(dāng)電機(jī)帶動(dòng)液壓泵轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，油箱中的油液經(jīng)過過濾器被吸入系統(tǒng)。來自液壓泵的壓力油經(jīng)節(jié)流閥（控制流量），進(jìn)入手動(dòng)三位四通換向閥的 道，再進(jìn)入二位四通電磁換向閥流入液壓缸的左腔，推動(dòng)活塞連同工作臺(tái)向右運(yùn)動(dòng)，液壓缸右腔的油液被活塞壓回油箱中。 工作臺(tái)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)靠工作臺(tái)上的撞鐵和擋塊的共同作用進(jìn)而控制行程開關(guān)間斷打開 和關(guān)閉，則電磁換向閥的右位和左位輪換進(jìn)入系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。若要手動(dòng)換向，可將撞鐵扳向上方操作換向閥即可實(shí)現(xiàn)。 液壓泵工作時(shí)同樣可以實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)在任意位置停止，只 圖 液壓系統(tǒng)圖 需要將換向閥的手柄扳到中位，使液壓缸兩腔封閉，活塞不再運(yùn)動(dòng)，工作臺(tái)立即停止，此時(shí)液壓泵輸出的高壓油液因無(wú)去處，全部經(jīng)溢流閥排回油箱。 3 系統(tǒng)的通訊 計(jì)算機(jī)與采集模塊之間能進(jìn)行串行通訊，是由于 里安裝了異步通訊適配板，主要器件為可編程 8250片。這種芯片有能力使主機(jī)與 行通訊接口進(jìn)行通 訊，這種包含有 用異步接收發(fā)送器 )的串行卡，有作為存儲(chǔ)單元尋址寄存器之用，串行端口存儲(chǔ)器地址如表 示。 表 串行端口寄存器地址 圖 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖 由于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)大多應(yīng)用的是 行通信，因此，我們將現(xiàn)場(chǎng)采集的信號(hào)輸入研華 塊， 過 出采集的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，然后通過行 換。將 號(hào)輸入進(jìn)算機(jī)進(jìn)行軟件處理。 以往， 智能設(shè)備通訊多借助 太網(wǎng)等方式，主要取決于設(shè)備的接口規(guī)范。但 能代表通訊的物理介質(zhì)層和鏈路層，如果要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向訪問，就必須自己編寫通訊應(yīng)用程序，但這種程序多數(shù)都不能符合 能實(shí)現(xiàn)較單一的功能，適用于單一設(shè)備類型，程序不具備通用性。在 備聯(lián)成的設(shè)備網(wǎng)中，如果設(shè)備數(shù)量超過 2 臺(tái)，就必須使用 通訊介質(zhì)， 的設(shè)備間要想互通信息只有通過 “ 主（ ” 設(shè)備中轉(zhuǎn)才能實(shí)現(xiàn)，這個(gè)主設(shè)備通常是 這種設(shè)備網(wǎng)中只允許存在一個(gè)主設(shè)備，其余全部是從（ 備。而現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是以 型為基礎(chǔ)的，具有完整的軟件支持系統(tǒng)，能夠解決總線控制、沖突檢測(cè)、鏈路維護(hù)等問題。 數(shù)據(jù)處理部分與數(shù)據(jù)采集部分通過 議通訊，如圖 訊轉(zhuǎn)換模塊完成 議和 訊轉(zhuǎn)換模塊通過 議與串行接口通訊。通訊距離較短，幾米到十幾米。但由于本實(shí)驗(yàn)中通訊轉(zhuǎn)換模塊與 很近，可以不考慮該問題 2。 信號(hào)電平和串行接口的電平不同，所以加入電平轉(zhuǎn)換電路 3。 4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 3 1 在 臺(tái)上構(gòu)建的測(cè)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 如圖 示，測(cè)試管理層是一個(gè)帶有易用操作的界面，用于管理和執(zhí)行某一測(cè)試任務(wù)、與設(shè)備無(wú)關(guān)的測(cè)試管理環(huán)境。它為測(cè)試系統(tǒng)與操作者交互、被測(cè)器件分析、順序測(cè)試、分支、循環(huán)提供一個(gè)專門的測(cè)試運(yùn)行程序。高層測(cè)試管理軟 圖 程序結(jié)構(gòu)圖 件還能為用戶提供企業(yè)范圍內(nèi)的聯(lián)系，將用戶的測(cè)試程序與其余部分集成在一起，包括生成測(cè)試報(bào)告、數(shù)據(jù)訪問和結(jié)果分析等。 在測(cè)試程序?qū)娱_發(fā)的功能模塊是一種有其特殊性的獨(dú)立軟件組件。用戶只需要在發(fā)平臺(tái)上以圖形方式 調(diào)出相應(yīng)的儀器功能模塊和數(shù)據(jù)處理模塊，即可構(gòu)成一個(gè)具體的儀器對(duì)象，節(jié)約大量時(shí)間。 儀器驅(qū)動(dòng)層的儀器驅(qū)動(dòng)程序都是按模塊化、與設(shè)備無(wú)關(guān)的方式向用戶釋放，供使用者迅速將儀器鏈入自己的測(cè)試系統(tǒng)。而且驅(qū)動(dòng)程序是以源代碼的方式提供給用戶，用戶可以很容易的優(yōu)化和增強(qiáng)這些驅(qū)動(dòng)程序。 I/O 接口軟件是測(cè)試系統(tǒng)軟件的基礎(chǔ)，用于處理計(jì)算機(jī)與儀器硬件間連接的低層通訊協(xié)議。當(dāng)今的虛擬測(cè)試軟件都建立在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化 I/O 接口軟件組件的通訊內(nèi)核上的。 3 2 軟件開發(fā) a）安裝驅(qū)動(dòng) 如圖 運(yùn)行程序之前，要先安裝所使用的模塊的驅(qū)動(dòng)程 序。即 P 的 b）端口調(diào)用 圖 安裝驅(qū)動(dòng)圖 虛擬儀器 I/O 接口調(diào)用必須按以下順序 在 I/O 接口調(diào)用程序如下 圖 I/O 接口調(diào)用流程圖 圖 端口調(diào)用程序圖 端口使用 四個(gè)函數(shù)。這四個(gè)函數(shù)由廠家提供，若使用的軟件沒有此函數(shù)，則可以自己編寫，然后將其轉(zhuǎn)化為庫(kù)函數(shù)，以便以后調(diào)用。 c）參數(shù)設(shè)定 圖 設(shè)定采樣頻率 圖 設(shè)定各溫度、壓力和速度報(bào)警范圍 圖 定系統(tǒng)開關(guān)按鈕 這個(gè)部分設(shè)定了各種頻率和范圍，因不同設(shè)備的實(shí)際情況而由操作人員自行調(diào)節(jié)，這樣的好處使程序適應(yīng)面更廣。 d）圖象顯示 圖 圖形顯示程序圖 這部分程序是用來采集各種傳感器送來的溫度、壓力和速度值，將這些值 用波形圖表（溫度 度 映出來，溫度值再配有溫度計(jì)顯示；速度值配有圓形量表盤顯示；壓力配有扇形儀表盤顯示，這樣的好處使測(cè)量出的數(shù)據(jù)更加實(shí)時(shí)直觀的表達(dá)。 e）報(bào)警系統(tǒng) 這部分是報(bào)警系統(tǒng)，無(wú)論溫度、速度還是壓力都有一定的范圍，超過上限還是下限都會(huì)使得儀器損害甚至毀壞。對(duì)于采集到的溫度、速度和壓力值，將它們分別于操作人員所設(shè)定的上下限進(jìn)行比較，再用個(gè)或門將它們收集起來，無(wú)論是哪一個(gè)超過界限都會(huì)使得報(bào)警燈亮，都沒有超過 圖 報(bào)警裝置程序圖 則報(bào)警燈滅。 f）采樣分析 這部分是數(shù)據(jù)采樣分析，它將計(jì)算機(jī)從傳感器采集到的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行收集、整理和壓縮，并給出最大值，最小值和平均值。 圖 數(shù)據(jù)采樣分析圖 g）表格輸出 這個(gè)部分是將采集來的數(shù)據(jù)放入數(shù)組中以表格的形式在界面上創(chuàng)建出來。這樣做能夠幫住使用者實(shí)時(shí)查詢到數(shù)據(jù)。 圖 數(shù)據(jù)表格輸出圖 h）數(shù)據(jù)保存 這部分是用來保存當(dāng)前數(shù)據(jù)，它將根據(jù)操作者輸入的路徑來保存，便于日后的查找。 圖 數(shù)據(jù)保存圖 5 結(jié)束語(yǔ) 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展， 網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器 越來越 成為今后儀器發(fā)展方向的主流 。本文研究了網(wǎng) 絡(luò)化環(huán)境下虛擬測(cè)控系統(tǒng)在平面磨床液壓工作臺(tái)的應(yīng)用，論文的主要工作有： a) 在對(duì)網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了系統(tǒng)方案的論證。 b) 完成了基于工業(yè)數(shù)據(jù)采集和通信模塊的網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)。 c) 基于 臺(tái)，完成了網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)、開發(fā)與調(diào)試，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)環(huán)境溫度、壓力和速度