维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７钷 仪表技术与传感器 Ｉｎｓｔｎｍａｅｍ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ａｎｄ Ｓｅｎｓｏｒ ２００７ Ｎｏ．１０ 第１０期 基于新型虚拟仪器技术的工业测控系统 李劲 ，程绍艳 ，金德新 ，田湛君 １１４００６；２．鞍山师范学院，辽宁鞍山１１４００５） （１．鞍山泰施科技开发有限公司，辽宁鞍山摘要：系统将ＮＩ基于并行数据流的经典软件ＬａｂＶＩＥＷ图形化语言，进化为图形化“魔方式组态模块”，不必编程，用鼠 标即可轻松、更高效搭建个性化用户界面、功能强大的虚拟仪器技术工业测控产品。 关键词：虚拟仪器；魔方式组态软件模块；工业以太网 中图分类号：ＴＰ１３ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００２—１８４１（２００７）１０—００４９—０１ １系统特点 该系统是提供一种工业以太网接口（非插卡式）、全功能、 易操作的虚拟仪器技术、纯静态／纯动态兼容型数据采集分析 处理系统。系统的特点是： （１）纯动态和纯静态两类数据采集功能兼容，可分辨１ ｖ／ １ ｔｗ应变信号，可保证长期信号漂移小于１ ｔｗ，频响范围从ＤＣ 至１０ ｋＨｚ／２０ ｋＨｚ．漂移指标完全满足静态检测要求。 （２）“万能”型硬件：目前市场上的虚拟仪器，多是即插即用 可更换的专用功能板卡，如测振、线／角位移、温／湿度、速度／ａｎ 速度、拉／压力、噪声、流量、电压／电流等大信号（ｍＶ级）各种专 用功能板卡和应变（要求放大倍数极高、极低噪声的微伏级）小 信号功能板卡等众多品种，用户必须购买多种板卡才能变换 采集信号品种，而且影响系统的可靠性。该系统则可以一机 多用，只需程控方式，即可变更采集信号的品种、量程和抗 混滤波截止频率；更为重要的优势在于，该项目产品采用先 进的工业以太网接口通信（非插卡式），可使数采设备远离计 算机放置，可实现多台计算机同时远程控制，即构成分布式 智能工业以太网络系统；可为用户节省大量硬件成本和更换、 携带人工成本。 （３）易操作型虚拟仪器组态软件：进口虚拟仪器提供的是 图形化开发平台，要求操作者有较高的编程水平，进行数学仿 真建模；中初级虚拟仪器提供的是单一用途的软件包套件， 操作者不能自己设计功能；系统提供的是不需编程、又可自 身多变的、“魔方式组态”软件模块海量库，操作者可在现 场，在不更换硬、软件的情况下，仅用鼠标就可以任意设计 仪器用途和功能，即简单易用性和强大功能性巧妙结合为一 体的创新型虚拟仪器技术组态软件。这种用虚拟仪器技术开 发工具，进行嵌入式仿真建模，构成各种功能、统一互链标 准的组态软件模块的设计方法，使虚拟仪器技术应用又跨进 一步。 ２硬件电路原理部分 在数据采集器每通道都设有恒压源和可调恒流源，可 配接恒压／恒流两类传感器，应变计可半桥／全桥，通过端子的 不同接法，可以采集各种类型的环境参数，实现硬件“一机多 用”功能。 通过嵌入式超低噪声、高精度可编程信号调理器，可实现 收稿日期：２００７—０１—１７收修改稿日期：２００７—０６一ｌＯ 程控放大倍数为１、１０、１００、１ ０００四档。再通过高速Ａ／Ｄ单元中 的程控放大器，其放大倍数设为１、２，４、８四档，这样系统就可以 程控选择从１～８ Ｏｏｏ倍放大，可满足多数环境信息采集需要的 量程。与此同时，必须创新采用极低噪声技术、多核（ＭＣＵ）协 调前沿技术、超大规模门阵列技术、ＡＲＭ９技术、高速Ａ／Ｄ技术 等技术集合创新，从而保证在同一硬件上实现多种类、大小信 号都可采集。 通过嵌入式８阶可编程抗混滤波器，其截止频率从１．５２９ ３ Ｈｚ一１０ ｋＨｚ范围内有３２ ７６３种选择。试验表明，当截止频率选 为１０ Ｈｚ以下时，系统可实现信号长期漂移＜１ ｔｗ．这样就可以 进行纯静态数据采集，实现了纯动态／纯静态检测兼容、数采功 能。 如图１所示，每通道均可任意设置１、１０、１００、１ ０００四 档放大倍数，对所有测控量程均能满足；可选择抗混滤波截 止频率，有３ ０００余种选择。各通道可选择。 图１可编程高级信号调理器程序面板 采用先进的工业以太网通信方式，可构成多台计算机远 程控制的分布式智能网络系统，易于应用于工业过程实时控 制。 ３软件部分 通过组态软件内部层次化编程方法，建立庞大的标准 “组态”软件库，构成“鼠标点击”方式的新型系统软件。把 工业以太网／ＵＳＢ２．０两种接口标准底层驱动程序、ＮＩ等公司 系统软件驱动与系统底层驱动捆绑在一起，实现在Ｗｉｎｄｏｗｓ下 集成的可执行文件，完成在注册表中的注册，使得系统虚拟 仪器软件能够识别，并可以有选择的驱动。通过在注册表中 选择，既可调用系统“鼠标操作”的系统软件，又可以调用 他方系统软件，实现可与多方（如ＮＩ等）系统软件兼容。 （下转第６４页） 维普资讯 http://www.cqvip.com Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ａｎｄ Ｓｅｎｓｏｒ Ｏｃｔ．２００７ ４结束语 动系统等，这将使汽车的控制系统大为简化。 以ＡＲＭ Ｓ３Ｃ４４ＢＯＸ单片机为核心构造了一个ＥＰＳ嵌入式系 参考文献： 统，利用它作为控制核心，简化了电动助力转向系统的硬件电 ［１］李伟光．汽车电动助力转向系统的硬件设计．华南理工大学学报， 路设计，提高了ＥＰＳ系统的工作稳定性。在ＥＰＳ嵌入式系统硬 ２００６（２）：２３． 件平台上。可编写多种ＥＰＳ的复杂控制策略及软件算法，进行 ［２］韩锋．基于ＡＲＭ处理器的便携式振动测量分析仪的设计．仪表技 术与传感器，２ＯＯ４（９）：１４—１５． ＥＰＳ系统功能及特性的深入研究。该研究己在该硬件平台的配 ［３］张云安．单片机控制的汽车电动助力转向系统．微电机，２Ｏ０５（５）： 合下。通过控制软件进行了电动助力转向的初步测试，己实现 ３８． 了基本的控制功能，其助力性能的优化需要从大量试验数据中 ［４］罗石．电控助力转向系统电机驱动电路设计方案的的研究，江苏 提取各种车况助力曲线。由于ＡＲＭ的强大功能，该控制系统 大学学报，２００４（６）：４８． 可同时控制汽车的多种操作，如汽车的ＣＡＮ总线通信、ＡＢＳ制 作者简介：姜平（１９７４一），博士，主要从事汽车检测控制研究。 （上接第４９页） 最大采样频率：２５０ ｋＨｚ／ｌ ＭＨｚ；应用输入通道数：单端ｌ６ 为此，用户可以自己用该系统软件用鼠标设计个性化功能 ＣｒＩ（输入阻抗：１ ＭＩ２），双端８ ＣＨ（２ＭＱ）；系统同步采样：１６ ＣＨ； 面板，如图２所示。如ＮＩ公司的ｌ＿，ａｂｖｌｅｗ底层驱动程序，设计 并行采样：２５６ ＣｒＩ（每通道５ ）；Ｄ／Ａ输出通道：４ ＣＨＤ／Ａ； ＮＩ模式的个性化功能面板，用户更自由的定义自己的仪器功 输出电流：１０ ｍＡ／ＣＨ（为工业过程控制应用）；开关量输出：３２ 能。 ＣＨ可编程开关量／８ ＣＨ一组，ＴｒＬ电平标准；接口方式：以工业 太网接口／ＵＳＢ２．０接口，使系统具有以太网远程测控的强大功 能，易构成分布式网络系统；ＤＡＱ２００５对ｍＶ级信号在工业过程 控制中可单独应用（不配３６０８信号调理器）；输入信号范围：一 ｌ０ ｖ一＋１０ ｖ．输入信号增益：ｌ，２，４，８，四档程控选择；软件兼 容性：可直接应用他方虚拟仪器系统软件（如ＮＩ）。 系统框图如图５所示。 图２“鼠标操作”的系统软件总体功能面板屏显示意图 用户可点击鼠标，从软件模块库中调出百余个魔方式控 件，可轻松搭建自己的流程图，点击运行即可进行全套程序自 图５系统框图 动实时监控，较之ＮＩ语言编程效率高出，尤其在工业自动控制 参考文献： 现场可方便地设计、调试流程。 ［１］美国国家仪器（ＮＩ）公司２００６年产品资料． ４主要技术与性能指标 ［２］ 鞍山泰施科技开发有限公司产品技术文件． ４．１ ＡＤ３６０８型多用信号调理器 ［３］陈鸿雁，赵明富．组件技术在虚拟仪器开发中的应用．自动化仪 通道数：最小系统为８ＣＨ／ＡＤＣ通道（各通道参数与静／动 表，２００４，２５（３）：２１—２４． 测类别可设置），最大系统为２５６通道；分辨率：最高０．５ ［４］刘佳，宋爱国．基于组件的虚拟仪器软件模型．测控技术，２００６，２５ ｔｚＶ；线性度：＜０．０２％ＦＳＲ／２５℃；温漂：＜０．５ Ｖ／℃；恒流源输 （９）：５１—５４． 出范围：１～１００ ｍＡ可调；恒压源：５ Ｖ／１５０ ｍＡ；输人范围：±２．５ 作者简介：李劲（１９７Ｏ一），工学项士，从事数采、虚拟仪器，无线局域网智 能传感器（ＷＳＮ）产品硬软件设计。 ｍＶ～±１０ ｖ；程控放大倍数：１，１０，１００，１ ０００，四档可选；量程误 差＜０．０５％；可编程抗混滤波器：截止频率从１．５２５ ９３Ｈｚ一１０ ｋＨｚ／２０ ｋＨｚ范围内有３２７６３种可选，每通道可分别设置。 欢迎订阅 系统频响范围：ＤＣ一１０ ｋＨｚ／２０ ｋＨｚ￣＜ｌｄＢ；系统噪声：１．０ ｍＶ． 《仪表技术与传感器》杂志（月刊） ４．２ ＯＡＱＺ００Ｓ型工业以太网接口的１６位高速Ａ／Ｄ采集单元 邮发代号：８—６９ ＡＤ输入分辨率：１６ ｂｉｔ；系统误差：＜０．０１％ＦＳＲ／２５℃；ＡＤ 每期定价：５．００元 全年定价：６０．００元
