2.虛擬儀表技術及其應用
虛擬儀表是利用現有的計算機加上特殊的儀表硬件和專用軟件 ,形成既有普通儀表的基本功能 ,又有一般儀表所沒有的特殊功能的新型儀表。用戶通過顯示器上各處虛擬的按鍵、開關、旋扭 ,去使用儀表的各種功能 ,控制儀表的運行。從顯示器上的虛擬顯示屏、數碼顯示器和指示燈 ,了解儀器的狀態,讀取測試結果。虛擬儀表以計算機為基礎 ,配合各種數據采集卡、輸入/輸出設備 ,完成普通儀表的信號采集與控制功能。普通儀表的另外兩個主要功能:信號分析與處理、結果的表達與輸出 ,則主要由計算機內運行的專用軟件實現。
虛擬儀表性能價格比高具體表現在: ①基于通用計算機的虛擬儀表可以使多種儀表共享計算機資源和數據采集設備 ,從而大大增強了儀表的功能和降低了成本; ②虛擬儀表是一個開放性、模塊化系統 , 用戶能根據各自具體的測試任務、通過各種標準化、模塊化的軟件模塊和硬件板卡組成自己的測試儀表 , 儀表的升級也可以通過簡單的軟件模塊重組完成 ,在多數情況下甚至無需更換硬件; ③虛擬儀表智能化程度高 , 普通儀表的信號分析與處理、輸入與輸出控制在虛擬儀表中都由計算機軟件完成,充分利用了軟件強大的運算分析和邏輯判斷能力。
近年來 ,世界各國的虛擬儀表公司開發了不少虛擬儀表開發平臺軟件 ,其中最早和最具影響的開發軟件 ,是 NI 公司采用圖形化編程方案的 LabVIEW軟件。科研人員和工程師只需選用 LabVIEW中合適的信號分析處理模塊和顯示控件 ,通過簡單的連線和參數設置即可組成各種不同組態的虛擬儀表。在硬件方面,虛擬儀表產品主要以各種數據采集卡為主,輔以各種標準總線組成虛擬儀表系統。
在實際應用方面 ,國外已有一些應用虛擬儀表的例子。美國 Geomatics公司于采用虛擬儀器開發平臺軟件開發而成的自動灌溉監測系統。該系統運行在 Macintosh 計算機上 ,以星型結構連接一系列的土壤溫度計、壓力與流量傳感器、電磁閥、水泵等,現場處理器配置有模擬量輸入通道、鎖存器、繼電器 ,并通過 RS232 接口與主機實行串行通信。國內也開發出基于虛擬儀表的原油管道泄漏監測系統。
3.現場總線與虛擬儀表技術相融合的發展趨勢
隨著現代工業生產的發展 ,特別是計算機集成制造系統的日益推廣和普及 ,生產過程中的各種傳感器、智能儀表和智能變送器正呈現出越來越明顯的分布式發展趨勢 ,這對虛擬儀表的分布性和網絡化提出了發展的要求。現場總線技術的發展和應用滿足了虛擬儀表這種發展的要求。現場總線的雙向數字通信、連接簡單可靠、成本低廉正是日趨復雜和網絡化的虛擬儀表系統所必需的特性。現場總線控制系統中 ,控制功能分散到現場設備中 ,控制室內儀表裝置和監控計算機主要完成數據處理、監督控制、優化控制、協調控制和管理自動化等功能。而虛擬儀表系統中通過現場總線連接起來的各種傳感器也可以充分利用監控計算機強大的計算分析和邏輯判斷能力 ,提供統一、友好的人機交互界面 ,與控制系統更緊密的融合在一起。現場總線控制系統適應了工業界對數字通信和自動控制的要求 ,而且使控制網絡與 Internet 互連 ,構成不同層次的復雜網絡成為可能 ,代表了今后工業控制體系發展的一個方向。虛擬儀表技術應用于現場總線控制系統 ,將使現場總線控制系統成為企業的信息神經網絡的一部分。企業的信息神經網絡通過虛擬儀表系統收集生產過程中的各種信息 ,為企業的經營策略和生產調度提供支持;同時 ,各種生產調度信息也可以直接通過現場總線控制系統傳送到生產現場的各國內外已開始有將現場總線與虛擬儀表技術相融合的測控系統面世。如國內的大慶三維公司于2001 年 8 月推出的 HMI/ SCADA 平臺 ,采用了LonWorks現場總線作為現場級網絡 ,借鑒了 LabVIEW的虛擬儀表思想和技術形成了其組態控制策略編輯器。
4.結束語
應用現場總線與虛擬儀表技術相融合的測控系統將會充分發揮這兩種技術的優勢 ,形成互補。借助于現場總線技術的虛擬儀表系統將能實現分布式網絡化 ,充分發揮網絡上其它設備強大的計算分析和邏輯判斷能力。融合虛擬儀表的現場總線控制系統將能提供統一、友好的人機界面 ,適應當代多網合一的發展要求。在完成廣州市重點攻關項目“現代溫室的網絡化人機協同調控系統及開發應用”中融合運用了現場總線和虛擬儀表技術 ,在目前正在進行的研究工作中取得了較好的效果。可以預見 ,現場總線與虛擬儀表技術的融合將是工業自動化和過程控制領域的重要發展趨勢之一。
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