混凝土自动搅拌系统设计-学士毕业论文

山东科技大学摘要搅拌设备使用历史悠久，应用范围广。在化学工业、石油工业、建筑行业等等传统工业中均有广泛的使用。搅拌操作看来似乎简单，但实际上，它所涉及的因素却极为复杂。在目前的建筑市场中, 因偷工减料, 导致混凝土强度降低, 不符合设计要求的事情屡有发生。建筑工程上需要占地面积不大, 成本不高, 适合场地多变的混凝土搅拌设备。本文系统介绍了一种labview控制, 触摸屏为人机接口的混凝土自动搅拌系统。以触摸屏为控制器开发的混凝土搅拌站自动化控制系统, 具有稳定、可靠, 可以按照设定的配方, 自动、连续地控制搅拌机的转速, 同时该系统还有对数据进行浏览、查询、统计、打印等一系列管理功能。在电机控制系统设计中，传统的方法是用逻辑电路或单片机实现电机控制，这种控制方法为人们提供了不少的帮助。虽然此方法可行，但是由于线路复杂、制成后不易调整且编程语言比较复杂，因此存在一定的局限性。基于这个思想，本系统采用美国NI公司的LabVIEW图形化编程语言，构建了对交流电机转速进行在线实时测量与控制的系统。LabVIEW是美国NI公司基于虚拟仪器技术的面向多领域的G语言开发平台，它是通过编制不同的测试软件来构成任何一种仪器。采用虚拟仪器，有以下几个优点：突破了传统仪器在数据处理、显示、存储等方面的限制；利用计算机丰富的软件资源，实现了部分仪器硬件的软件化，节省了物质资源，增加了系统灵活性；通过软件技术和相应数值算法，实时、直接地对测试数据进行各种分析与处理，通过用户界面技术，真正做到界面友好、人机交互。而且其编程简单、图形显示功能强大，并且具有开放性、模块化、可重复使用及互换性等特点，现已被广泛应用于自动化过程控制、仪器设计和数据采集等领域。关键词：搅拌机转速，Labview，数据采集，电机控制ABSTRACTMixing equipment used has a long history and wide range of applications. In the chemical industry, petroleum industry, construction industry, and more are widely used in traditional industries. Mixing operation may seem simple, but in practice, the factors involved are extremely complex. In the current market, Jerry-building, concrete strength, things have occurred do not meet the design requirements. Construction needs covers an area of small, inexpensive, suitable for field changeable concrete mixing equipment.System introduced in this paper a labview control, touch screen for human-computer interface automatic concrete mixing system.With touch screen and PLC as the controller development of automation control system of concrete mixing station and has stable and reliable, can be set according to the formula, the automatic, continuous mixer speed control, at the same time the system and the data browsing, query, statistics, print and a series of management functions.In motor control system design, the traditional method is used logic circuits or MCU motor control, this control method has provided a lot of help.Although this method is feasible, However, as the line complex, not easily made adjustments with more complex programming languages, there are certain limitations. Based on this thinking, the system used by the U.S. NI LabVIEW graphical programming language, construction of the AC motor speed online real-time measurement and control systems. NI LabVIEW is the United States-based company Virtual Instrument technology-oriented fields of G-language development platform ,it is through the establishment of different tests pose any software to a device. Using virtual instrument, the following advantages : breakthrough of the traditional equipment in data processing, display, storage, etc. the restrictions; using computer software abundant resources to achieve some of the hardware equipment software, saving the material resources, increase the flexibility of the system; through software technologies and the corresponding numerical algorithms, real-time, directly to the various test data analysis and processing, user interface technology, really friendly interface and human-computer interaction. Programming and its simple, powerful graphics, and is an open, modular, reusable and interchangeable characteristics, have been widely used in process control automation, equipment design and data acquisition, and other fields.KEYWARDS：Rotary speed，labview，data acquisition，motor control目录摘要(中文)摘要(外文)1.绪论 1.1 课题研究意义 1.2 课题研究现状及特点 1.2.1 课题研究现状 1.2.2 课题研究特点 1.3 课题研究内容2.基本原理 2.1 系统流程图 2.2 硬件组成 2.3 系统工作原理 2.3.1 总体实现原理 2.3.2 搅拌机调速原理3.硬件介绍 3.1 电源模块 3.2 PID控制器 3.3 FR-S500变频器 3.4 搅拌机电动机 3.5旋转编码器 3.6 数据采集卡 3.7 采集卡接线盒 3.8 硬件接线图4.系统软件介绍 4.1 虚拟仪器简介 4.1.1 虚拟仪器内部功能 4.1.2 虚拟仪器系统框图 4.2 labview概述 4.2.1 labview8.6简介 4.2.2 DAQ（数据采集卡） 4.3 labview的安装4.4 程序编译 4.4.1 软件流程图 4.4.2 程序编译5 总结参考文献致谢词附录1 绪论1.1课题研究意义搅拌机的转速连续控制，对于搅拌过程是非常重要的环节，它会影响混凝土的粘性等一些物化特征，对于连续搅拌机转速的控制，归根结底就是需要控制电机 ,使电机的转速按预期转速变化。基于传统开发平台的电动机转速自动控制系统，往往面临开发周期长，成本高，兼容性和扩展性弱的不足，从而也阻碍了电动机自动化系统的广泛应用。LabV IEW 是美国 NI(National Instrument)公司的软件产品 ,是虚拟仪器编程语言的典型代表。LabVIEW 编程高效、灵活、面向对象 ,其强大的图形编程能力及可视化编程环境得到很多软件开发人员的青睐。用 LabVIEW开发的虚拟仪器有着传统的测控方法不可比拟的优势，LabVIEW是一种程序开发环境，由美国国家仪器（NI）公司研制开发，类似于C和BASIC开发环境，但是LabVIEW与其他计算机语言的显著区别是：其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而LabVIEW使用的是图形化编辑语言G编写程序，产生的程序是框图的形式。 LabVIEW软件是NI设计平台的核心，也是开发测量或控制系统的理想选择。 LabVIEW开发环境集成了工程师和科学家快速构建各种应用所需的所有工具，旨在帮助工程师和科学家解决问题、提高生产力和不断创新，将虚拟仪器技术应用于电动机转速控制领域，充分发挥虚拟仪器技术开发效率高、灵活性、兼容性强和网络通信的特点， 设计与实现电动机的转速现场和在线监控，是为实现机电控制提供直接的调控数据。以Labview8.0软件为开发平台，进行实时监控电机转速，实现自动化控制，显然具有一定的现实意义。1.2 课题研究现状及特点1.2.1 研究现状连续式搅拌工艺和相应的搅拌设备经历了近30年的发展在国外已经是一项成熟的技术了。在国外造就市场占有率已经达到95左右，但是，我国至今对这一技术仍存在着不同的看法，甚至带有某些排斥性的倾向。究其原因，在很大程度上是由于不了解连续式搅拌工艺在近二十多年来的技术进步以及受某些传统观念的束缚而造成的，而后者显然与早期滚筒式搅拌设备的缺点在人们心目中所造成的深刻印象有关。因此，追溯一下历史的发展，了解各个阶段的重要技术进步以及在这一领域内的新发展，对于推动我国连续式搅拌设备的发展和技术进步无疑会是有益的。现阶段，电机已经应用于生活的各个方面，连续搅拌机的转速控制，其实就是对于电机的控制，这就必须探讨一下电机的发展史。电机的发展史可以追溯到19世纪初，法拉第的电磁试验中建立的电动机试验模型，被认为是世界上第一台电动机，接着直流电机就应运产生了。19世纪末电机技术的不断发展，出现了交流电机，从一相、二相、三相，发展到今天的同步、异步电机。电机的发展史就是社会工业的进步史，同时又极大的推动了社会的发展。电机技术不断发展的同时，电机转速控制系统的要求也不在不断提高。随着电机应用领域不断扩展，电机的工作环境也趋于恶劣，从开始的手动控制转速发展到今天的应用逻辑电路或单片机实现转速控制。单片机控制转速系统，是电机控制领域的革命，它有着以前控制系统无可比拟的优势：成本低廉、对环境的适应性强、运行平稳、可扩展性好等。但是单片机控制系统制成后不易调整且编程语言比较复杂，因此存在一定的局限性，所以提出基于LabVIEW的控制系统设计思想。目前应用LabVIEW控制电机转速是一门新兴发展的技术，LabVIEW是应用G语言编制程序的，它可以通过编制测试软件来构成仪器。采用虚拟仪器，有以下几个优点：突破了传统仪器在数据处理、显示、存储等方面的限制；利用计算机丰富的软件资源，实现了部分仪器硬件的软件化，节省了物质资源，增加了系统灵活性；通过软件技术和相应数值算法，实时、直接地对测试数据进行各种分析与处理，通过用户界面技术，真正做到界面友好、人机交互。而且其编程简单、图形显示功能强大，并且具有开放性、模块化、可重复使用及互换性等特点，现已被广泛应用于自动化过程控制、仪器设计和数据采集等领域。在自动化和各个控制领域中得到广泛应用。目前较为常用的虚拟仪器系统是数据采集卡系统，GPIB一起控制系统，VXI仪器系统以及这三着之间的任意组合。本文采用LabVIEW 软件为开发平台，以实验室现有设备条件设计一个电机转速闭环控制系统,以少量的硬件设备完成了电机转速的控制,具有精度和效率高,可扩展性强以及操作界面友好等特点。1.2.2 系统特点 该系统以虚拟仪器控制三相电机为主，以实验室现有条件设计一个闭环自动控制系统，该系统具有以下特点： 一、以虚拟仪器为开发平台，实现对采集卡的读写操作，工作周期短； 二、通过采集卡输出电压信号，改变变频器频率，自动控制调节电机转速； 三、可以实现连续调速，开发周期短，可以无成本零编程的实现远程控制； 四、系统拥有的存储数据的功能可以将以往的监测数据存储下来，将保存的信息资料进行定期分析，优化系统参数。1.3 课题研究内容本文以PC与采集卡双向数据传输为主，根据实验室的现有条件，通过旋转编码器采集搅拌机电机转速，传入采集卡，然后通过串口输入labview，把设定转速和实际转速作比较，基于labview8.6软件以一定算法设计控制程序；通过Pci-1710U-DE采集卡输出0-5V电压信号，改变变频器频率来控制电机转速，从而实现闭环自动控制。该系统控制精度理想， 自动化程度高，人机界面友好。2 系统基本原理2.1 系统流程图设定速度 PID控制模块变频器_速度采集编码器电机系统流程图2.2硬件组成该系统由PC机、电源模块、采集卡、搅拌机电机、旋转编码器组成，硬件图如下：给定转速变频器PID控制器PC机插入采集卡采集到的实际转速控制电机转速搅拌机电机旋转编码器采集电机转速 系统硬件图2.3系统工作原理2.3.1 总体实现原理首先由计算机向采集卡发送数据，启动变频器，从而启动电机，旋转编码器把电机速度相关信息传给采集卡，然后采集卡把数据传给计算机，计算机通过相关运算，通过PID控制器,把实际速度和设定速度作比较，通过Pci-1710U-DE采集卡输出0-5V电压信号，改变变频器频率来控制电机转速，实现自动控制。2.3.2 搅拌机调速原理从理论上我们可知，电机的转速N与供电频率f有以下关系：N=60f(1-s)/p- (1)其中：p电机极数s转差率由式(1)可知，转速n与频率f成正比，如果不改变电动机的极数，只要改变频率f即可改变电动机的转速，当频率f在050Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段3 硬件介绍本次设计的硬件主要包括电源模块、PID控制器、数据采集卡、数据接线盒、变频器、旋转编码器等组成。本章将系统的介绍各硬件的详细信息以及针对本次设计的硬件选型。3.1电源模块 电源模块电源模块是可以直接贴装在印刷电路板上的电源供应器，其特点是可为专用集成电路（ASIC）、数字信号处理器(DSP)、微处理器、存储器、现场可编程门阵列 (FPGA) 及其他数字或模拟负载提供供电。此电源模块为采集卡、变频器提供220V交流电源。具有控制、显示、操作、零压、短路保护功能。设置空气开关、电源指示灯、电源输出实验插座等。220V实验插座采用4#护套插座及实验导线，具有良好的安全保护和误操作保护。3.2 PID控制器 PID控制器工业生产过程中，对于生产装置的温度、压力、流量、液位等工艺变量常常要求维持在一定的数值上，或按一定的规律变化，以满足生产工艺的要求。PID控制器是根据PID控制原理对整个控制系统进行偏差调节，从而使被控变量的实际值与工艺要求的预定值一致。不同的控制规律适用于不同的生产过程，必须合理选择相应的控制规律，否则PID控制器将达不到预期的控制效果。PID控制器（Proportion Integration Differentiation.比例-积分-微分控制器），由比例单元 P、积分单元 I 和微分单元 D 组成。通过Kp， Ki和Kd三个参数的设定。PID控制器主要适用于基本线性和动态特性不随时间变化的系统。PID 控制器是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件。这个控制器把收集到的数据和一个参考值进行比较，然后把这个差别用于计算新的输入值，这个新的输入值的目的是可以让系统的数据达到或者保持在参考值。和其他简单的控制运算不同，PID控制器可以根据历史数据和差别的出现率来调整输入值，这样可以使系统更加准确，更加稳定。可以通过数学的方法证明，在其他控制方法导致系统有稳定误差或过程反复的情况下，一个PID反馈回路却可以保持系统的稳定。PID是以它的三种纠正算法而命名的。这三种算法都是用加法调整被控制的数值。而实际上这些加法运算大部分变成了减法运算因为被加数总是负值。这三种算法是：比例- 来控制当前，误差值和一个负常数P（表示比例）相乘，然后和预定的值相加。P只是在控制器的输出和系统的误差成比例的时候成立。这种控制器输出的变化与输入控制器的偏差成比例关系。比如说，一个电热器的控制器的比例尺范围是10C，它的预定值是20C。那么它在10C的时候会输出100%，在15C的时候会输出50%，在19C的时候输出10%，注意在误差是0的时候，控制器的输出也是0。积分- 来控制过去，误差值是过去一段时间的误差和，然后乘以一个负常数I，然后和预定值相加。I从过去的平均误差值来找到系统的输出结果和预定值的平均误差。一个简单的比例系统会振荡，会在预定值的附近来回变化，因为系统无法消除多余的纠正。通过加上一个负的平均误差比例值，平均的系统误差值就会总是减少。所以，最终这个PID回路系统会在预定值定下来。微分- 来控制将来，计算误差的一阶导，并和一个负常数D相乘，最后和预定值相加。这个导数的控制会对系统的改变作出反应。导数的结果越大，那么控制系统就对输出结果作出更快速的反应。这个D参数也是PID被称为可预测的控制器的原因。D参数对减少控制器短期的改变很有帮助。一些实际中的速度缓慢的系统可以不需要D参数。 用更专业的话来讲，一个PID控制器可以被称作一个在频域系统的滤波器。这一点在计算它是否会最终达到稳定结果时很有用。如果数值挑选不当，控制系统的输入值会反复振荡，这导致系统可能永远无法达到预设值。本次设计中，利用PID控制器，智能的比较设定转速和采集卡实际采集到的转速，并输出偏差信号，从而控制变频器，改变频率，进而改变电机转速。3.3 FR-S500变频器 FR-S500变频器变频器（Variable-frequency Drive，VFD）是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。其工作原理是：主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两类：电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。 它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路。其中整流器是大量使用的是二极管的变流器，它把工频电源变换为直流电源。也可用两组晶体管变流器构成可逆变流器，由于其功率方向可逆，可以进行再生运转。平波回路是在整流器整流后的直流电压中，含有电源6倍频率的脉动电压，此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动。为了抑制电压波动，采用电感和电容吸收脉动电压（电流）。装置容量小时，如果电源和主电路构成器件有余量，可以省去电感采用简单的平波回路。逆变器是同整流器相反，逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率，以所确定的时间使6个开关器件导通、关断就可以得到3相交流输出。控制电路是给异步电动机供电（电压、频率可调）的主电路提供控制信号的回路，它有频率、电压的“运算电路”，主电路的“电压、电流检测电路”，电动机的“速度检测电路”，将运算电路的控制信号进行放大的“驱动电路”，以及逆变器和电动机的“保护电路”组成。（1）运算电路：将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号进行比较运算，决定逆变器的输出电压、频率。（2）电压、电流检测电路：与主回路电位隔离检测电压、电流等。（3）驱动电路：驱动主电路器件的电路。它与控制电路隔离使主电路器件导通、关断。（4）速度检测电路:以装在异步电动机轴机上的速度检测器(tg、plg等)的信号为速度信号，送入运算回路，根据指令和运算可使电动机按指令速度运转。（5）保护电路：检测主电路的电压、电流等，当发生过载或过电压等异常时，为了防止逆变器和异步电动机损坏。FR-S500变频器为单相200V系列，容量为0.4KW，通过改变频率来调节输出的电压，以此来改变电机的转速。数字式拨盘，设定简单快捷。 柔性 PWM，实现更低噪音运行。 15 段速，PID，4-20mA 输入和漏源型转换等多功能。 可提供 RS-485 通信功能的机型 FR-S500(可通过电缆接 FR-PU04 面板) 及 FR-S540- K-CHR (可通过电缆接 FR-PA02-02面板)。外部端子控制。这主要是通过改变内部的端子Pr.1-Pr.73的设置来实现各种功能。3.4 搅拌机电动机 电动机搅拌机的搅拌轴通常由电动机驱动。由于搅拌设备的转速一般都比较低,因而电动机绝大多数情况下都是与变速器组合在一起使用的,有时也采用变频器直接调速。为此,选用电动机时,应特别考虑与变速器匹配问题。在很多场合,电动机与变速器一并配套供应,设计时可根据选定的变速器选用配套的电动机。搅拌机电动机选用的基本原则通常应根据搅拌轴功率和搅拌设备周围的工作环境等因素选择电动机的型号,并遵循以下基本原则:根据搅拌设备的负载性质和工艺条件对电动机的启动、制动、运转、调速等的要求,选择电动机类型。根据负载转矩、转速变化范围和启动频繁程度等要求,考虑电动机的温升限制、过载能力和启动转矩,合理选择电动机容量,并确定冷却通风方式。同时选定的电动机型号和额定功率应满足搅拌设备开车时启动功率增大的要求。根据使用场所的环境条件,如温度,温度、灰尘、雨水、瓦斯和腐蚀及易燃易爆气体等,考虑必要的防护方式和电动机的结构型式,确定电动机的防爆等级和防护等级。根据企业电网电压标准和对功率因数的要求,确定电动机的电压等级。根据搅拌设备的最高转速和对电力传动调速系统的过渡过程的性能要求,以及机械减速的复杂程度,选择电动机的额定转速。除此之外,选择电动机还必须符合节能要求,并综合考虑运行可靠性、供货情况、备品备件通用性、安装检修难易程度、产品价格、运行和维修费用等因素。 综上所述，可以选用YVF系列三相异步电动机该系列电机是在Y2系列电机的基础上，开发设计的通用型变频调速电机，能与目前市场上不同厂家的变频器良好地匹配，变频范围5-100Hz或3-100Hz。YVF系列频调速电机和变频器配套使用，具有效率高，噪声低，节能效果明显，驱动平稳，变速范围广，快速响应性能优良等特点，可广泛应用于数控，纺织，冶金等要求高精度调速的场合，也可应用于以节能为目的的风机水泵类负载，单机平均节电率可达30-60。 3.5 旋转编码器 旋转编码器旋转编码器是用来测量转速并配合PWM技术可以实现快速调速的装置，光电式旋转编码器通过光电转换，可将输出轴的角位移、角速度等机械量转换成相应的电脉冲以数字量输出（REP）。它分为单路输出和双路输出两种。技术参数主要有每转脉冲数（几十个到几千个都有），和供电电压等。单路输出是指旋转编码器的输出是一组脉冲，而双路输出的旋转编码器输出两组A/B相位差90度的脉冲，通过这两组脉冲不仅可以测量转速，还可以判断旋转的方向。旋转编码器是用来测量转速的装置。旋转编码器直接与旋转轴连接时，可以测定旋转圈数，即每转一圈会发出一定数目的脉冲信号，这样就可以根据脉冲数的多少计算出旋转的圈数。它分为单路输出和双路输出两种。技术参数主要有每转脉冲数（几十个到几千个都有）和供电电压等。单路输出是指旋转编码器的输出是一组脉冲，而双路输出的旋转编码器输出两组相位差90度的脉冲，通过这两组脉冲不仅可以测量转速，还可以判断旋转的方向。其工作原理由一个中心有轴的光电码盘，其上有环形通、暗的刻线，有光电发射和接收器件读取,获得四组正弦波信号组合成A、B、C、D,每个正弦波相差90度相位差（相对于一个周波为360度），将C、D信号反向，叠加在A、B两相上，可增强稳定信号；另每转输出一个Z相脉冲以代表零位参考位。由于A、B两相相差90度，可通过比较A相在前还是B相在前，以判别编码器的正转与反转，通过零位脉冲，可获得编码器的零位参考位。编码器码盘的材料有玻璃、金属、塑料，玻璃码盘是在玻璃上沉积很薄的刻线，其热稳定性好，精度高，金属码盘直接以通和不通刻线，不易碎，但由于金属有一定的厚度，精度就有限制，其热稳定性就要比玻璃的差一个数量级，塑料码盘是经济型的，其成本低，但精度、热稳定性、寿命均要差一些。分辨率编码器以每旋转360度提供多少的通或暗刻线称为分辨率，也称解析分度、或直接称多少线，一般在每转分度510000线。本次设计采用旋转编码器来采集搅拌机电动机的转速，并将转速传给数据采集卡。 3.6 数据采集卡数据采集卡采集卡主要是捕获外界光电、视频、音频等模拟信号并将其数字化导入计算机进行数字处理的捕获设备，主要用图像采集卡、视频采集卡、音频采集卡（比如声卡）、数据采集卡等。由于数据采集卡等工业采集卡并不常用，因此，一般采集卡默认为静态图像采集卡、动态视频采集卡。所以采集卡又称视频捕捉卡，用它可以获取数字化视频信息，并将其存储和播放出来。很多视频采集卡能在捕捉视频信息的同时获得伴音，使音频部分和视频部分在数字化时同步保存、同步播放。 视频采集卡，英文全称为：“Video Capture Card”，其功能是将视频信号采集到电脑中，以数据文件的形式保存在硬盘上。数据采集(DAQ)，是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采非电量或者电量信号，送到上位机中进行分析，处理。数据采集系统是结合基于计算机或者其他专用测试平台的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。 数据采集卡，即实现数据采集(DAQ)功能的计算机扩展卡，可以通过USB、PXI、PCI、PCI Express、火线(1394)、PCMCIA、ISA、Compact Flash、485、232、以太网、各种无线网络等总线接入个人计算机。本次设计采用PCI-1710U-DE采集卡,其基本特点有:1、 100KS/s，12位高增益，PCI总线数据采集卡2、16路单端或 8 路差分模拟量输入, 或组合方式输入3、12位 A/D 转换器, 采样数率可达 100 kS/s4、板载 4K采样FIFO 缓冲器5、每个输入通道的增益可编程在本次设计中，采集卡是最核心的硬件，选用研华公司的PCI-1710U-DE。它将采集旋转编码器的输出值作为其输入值，可以选择输出数字量，通过PC机的程序转换成电压值从而与实际电压值一起作为PID控制器的输入。3.7 采集卡接线盒采集卡接线盒NI CB-68LP作为带有68个螺栓端子的低价位终端附件，能轻松连接现场I/O信号和68针数据采集产品。该附件包括一个68针公口SCSI连接器，可直接连接于68针电缆。接线盒提供支架，方便桌面使用，或安装在用户自制的面板上。CB-68LP有一个垂直放置的68针连接器。3.8 硬件接线图FR-S500变频器PID控制器PC机监控软件并插入采集卡搅拌机电机旋转编码器首先将PCI-1710U-DE安装好，连接好接线盒，通过查取PCI采集卡相关资料可知：输出电压信号为56和22端口，56接变频器端口5，22接变频器端口2，Y0接变频器端口STF，Y0端COM口接变频器端口SD，X0接旋转编码器端口A，X0端COM口接旋转编码器端口0，旋转编码器端口24V接电源24V端口，计算机监控软件直接与采集卡通信，用导线把变频器、交流异步电机和电源相连便组成了一个闭环控制系统。4 系统软件介绍4.1 虚拟仪器简介 虚拟仪器的90年代提出的新概念。虚拟仪器（Virtual Instrument,缩写为VI）就是在通用计算机上加上一组软件或硬件，使得使用者在操作这台计算机时，就像是在操作一台自己设计的专用的传统的电子仪器，其实质是充分利用计算机来实现和扩展传统仪器功能。虚拟仪器技术就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。灵活高效的软件能帮助您创建完全自定义的用户界面，模块化的硬件能方便地提供全方位的系统集成，标准的软硬件平台能满足对同步和定时应用的需求。这也正是NI近30年来始终引领测试测量行业发展趋势的原因所在。在虚拟仪器系统中，硬件仅仅是为了解决信号的输入输出，软件才是整个仪器的关键。任何一个使用者都可以通过修改软件，很方便地改变或增减仪器系统的功能与规模，所以有“软件就是仪器”之说。虚拟仪器又被称为继电磁式仪器、智能仪器之后的第3代仪器。第1代电磁式仪器的原理只要以电磁感应和机械传动为主；第2代智能仪器的主要标志是含有单片机等计算机硬件设备或一些固化的软件，而虚拟仪器是以软件开发仪器为主，硬件只是一个安插在计算机内的数据采集卡，起到模/数转换或数/模转换的作用，仪器的其他显示、分析、计算等数据处理功能全部通过软件编程来实现。随着计算机技术的发展，传统仪器开始向计算机化的方向发展。虚拟仪器技术的提出与发展，标志着二十一世纪自动测试与电子测量仪器领域技术发展的一个重要方向。虚拟仪器技术综合运用了计算机技术、数字信号处理技术、标准总线技术和软件工程方法，代表了测量与控制技术的未来发展方向。虚拟仪器技术利用一种硬件投资，开发多种功能，实现一机多用与功能复合。美国NI公司，作为虚拟仪器的倡导者，其软件产品为虚拟仪器技术提供可强大的支持。虚拟仪器图形化开发环境LabVIEW，集成了对硬件产品的强大支持，数据流驱动方式的软件结构，便于数据采集系统的快速并行开发。传统台式仪器是由仪器厂家设计并定义好功能的有一个封闭结构，他有固定的输入输出接口和仪器操作面版，每种仪器实现一类特定的测量功能，并以确定的方式提供给用户。从一般的仪器设计模型看，一种仪器无非是由数据采集、分析处理、人机交互和显示等几部分功能模块组成的整体。因此，可以设想在必要的数据采集硬件和通用计算机支持下，通过软件设计实现仪器的全部功能，这就是虚拟仪器设计的核心。与传统仪器相比，虚拟仪器除了在性能、易用性、用户可定制性等方面具有更多优点外，在工程应用和社会经济效益方面也具有突出优势。一方面，目前我国高档台式仪器如数字示波器、频谱分析仪、逻辑分析仪等还主要依赖进口，这些仪器加工工艺复杂、对制造水平要求高，生产突破有困难，采用虚拟仪器技术可以通过只采购必要的通用数据采集硬件来设计自己的仪器系统；另一方面，用户可以将一些先进的数字信号处理算法应用于虚拟仪器设计，提供传统台式仪器不具备的功能，而且完全可以通过软件配置实现多功能集成的仪器设计。虚拟仪器技术目前在国外发展很快，从简单的仪器控制、数据采集到尖端的测试和工业自动化，虚拟仪器技术广泛应用于测试与自动化的各个领域。目前，比较流行的虚拟仪器软件开发环境大致有两类：一类是基于文本的编程语言，如C，Visual C+, Labwindows/CVI, LabVIEW, HP VEE是针对虚拟仪器和测控领域专门设计，编程直观、开发效率高。4.1.1虚拟仪器内部功能 图 3-5 内部功能4.1.2虚拟仪器系统框图计算机上开发虚拟仪器的软件开发环境包括NI的LabVIEW、 LabWindows/CVI，Microsoft的Visual Basic(VB)、Visual C/C+(VC/VC+)，HP公司（现在的Agilent公司）的HP VEE等系统框图4.2 labview 概述美国NI公司的创新软件LabVIEW，是目前应用最广、发展最快、功能最强的图形化软件开发集成环境，并已发展成为测试与测量领域的工业标准。LabVIEW整合了与GPIB，VXI，RS-232，RS-485以及数据采集卡等硬件通讯的全部功能，可以方便的构建基于上述硬件设备的实际数据采集系统。同时LabVIEW内置了TCP/IP，ActiveX软件标准库函数，使其与其他系统的交互简单易行。LabVIEW开发的程序之所以被称为“虚拟仪器”（Vis，Virtual Instrumengts），是因为它能够很容易地开发出形如传统仪器面版的界面，并通过数据接口卡完成传统仪器的功能，人们通过操作计算机界面上的旋钮或开关，就可以实现各种功能的控制，就象操作真实的仪器一样。由于LabVIEW的广泛应用，大部分硬件厂商的产品都针对LabVIEW提供了专门的应用接口， 使得应用LabVIEW可以方便的同其他厂商的硬件产品进行交互。而LabVIEW与一般硬件的交互，主要是通过数据采集驱动软件（NI DAQ Driver Software）得以实现的。LabVIEW 程序，即虚拟仪器(VIs)，主要包括三个部分：程序前面板、框图程序和图标/连接器。程序前面板用于设置输入数值和观察输出量，用于模拟真实仪表的前面板。在程序前面板上，输入量被称为控制（Controls），输出量被称为显示（Indicators）。控制和显示是以各种图标形式出现在前面板上，如旋钮、开关、按钮、图表、图形等，这使这得前面板直观易懂。每一个程序前面板都对应着一段框图程序。框图程序用LabVIEW 图形编程语言编写，可以把它理解成传统程序的源代码。框图程序由端口、节点、图框和连线构成，其中端口被用来同程序前面板的控制和显示传递数据，节点被用来实现函数和功能调用，图框被用来实现结构化程序控制命令，而连线代表程序执行过程中的数据流，定义了框图内的数据流动方向。图标/连接器是子VI 被其它VI调用的接口。图标是子VI在其他程序框图中被调用的节点表现形式；而连接器则表示节点数据的输入/输出口，就象函数的参数。用户必须指定连接器端口与前面板的控制和显示一一对应。 LabVIEW 开发的VI程序，采用模块化多层结构：一个VI由更底层的多个VI构成，底层VI代表了最基本的功能计算、输入和输出操作。各层VI具有相同的结构形式，即所有层次VI结构和接口模型具有一致性，这就使得多层VI可以很好的实现互联和嵌套，整个程序设计都具有功能化、对象化和模块化的特性，极大地简化了软件结构和设计；每一个VI都有一个用户接口组件或称前面板（即与实际仪器面板对应的软面板），同时每一个VI 都有一个框图程序框图。程序用图形化编程语言编写，相当于传统编程语言程序中的源代码。用图形而不是传统的代码进行编程是LabVIEW最大的特色。 LabVIEW程序采用不同于传统程序的设计方法，数据流驱动的软件结构，使得程序摆脱了传统程序语言线性结构的困扰，可以设计出可同时执行多个程序的流程图。 为便于应用程序开发与调试，LabVIEW集成开发环境提供了多种调试VI程序的手段。除了具有传统编程语言支持的单步运行、断点和探针等调试手段之外，还添加了一种特有的调试手段实时显示数据流动画。用户可以清楚地观察程序运行的每一个细节，为查找错误、修改和优化程序提供了有效的手段和依据。针对各个不同领域的需求，LabVIEW 提供了专门的软件包进行支持。该平台提供了一些外挂的PID 和模糊控制模块，与远程数据库的连接功能等构成了一个完整的测控系统开发平台，主要用于过程控制，数据采集，数据分析和数据显示。LabVIEW 更为科学家和工程师提供了功能强大的高级数学分析库，包括统计、估计、回归分析、线性代数、信号生成算法、时域和频域算法等众多领域，可满足各种计算和分析需要。同时，LabVIEW 还提供了小波和数字滤波器设计等高级应用软件包。由于LabVIEW 的卓越表现，其在包括航空、航天、通信、汽车、半导体和生物医学等世界范围的众多领域内得到了广泛应用，从简单的仪器控制、数据采集到尖端的测试和工业自动化，从大学实验室到工厂，从探索研究到技术集成，都可以发现应用LabVIEW的成果和开发产品。4.2.1 labview8.6 简介Labview8.6的发布大大缩短了软件易用性和强大功能之间的差距，为工程师提供了效率与性能俱佳的真正出色的开发环境。这不但适合于各种测量和自动化领域，而且无论工程师是否有丰富的开发经验，都能顺利应用。进行测量和从测量结果中获取有用信息的过程比以往任何时候都更容易、更准确、更迅速。利用LabVIEW进行编程，用户不必掌握丰富的编程知识。只需了解系统测试的目的与顺序，就可以构建其应用程序。利用LabVIEW软件开发平台进行虚拟仪器应用程序的开发，可以提高编程的效率、缩短开发时间，因此LabVIEW成为目前自动测试领域研究的一个热点。（1）Labview8.6的组成部分所有LabVIEW程序(即虚拟仪器程序VIS)都由三部分组成：前面板、框图程序、图标和连接端口。1、前面板前面板是虚拟仪器图形化的用户界面，主要用来操作仪器、提供主要的测试功能、输入设置参数、输出数据结果等等。由于虚拟仪器前面板是模拟真实仪器的控制面板，因此称其前面板上的输入量为控制(Controls)，输出量为指示器(Indicators)。LabVIEW提供了旋钮、按钮、图表、开关等控制，以及表头、表盘、指示针等指示器，这些控制和指示器统称为控件，它们是LabVIEW平台与用户的接口界面。 前面板和控件面板2 、程序框图虚拟仪器系统的每一个前面板都对应有框图程序，同样每一个前面板控件都有一个框图图标或功能模块与之对应。框图程序其实就是LabVIEW的程序代码，不过它是用图形化编程语言(G语言)编写的。框图程序由节点(Nodes)和数据连线(Wire)组成，节点是程序中的执行元素，类似于文本编程语言程序中的语句、函数、子程序，节点之间由数据连线按照一定的逻辑关系连接，这种数据连线定义了框图程序内数据流动方向。功能模板(Functions Palette)包含了LabVIEW中所有的功能节点，这些节点用于创