LabVIEW 数字记录仪.doc

关键词：LabVIEW 数字记录仪 VI Logger 本文介绍创建数据记录器的益处以及建立这些系统的基础概念。工程们可以运用这些的概念去设计可靠的、高性能的数据记录器，并且这种数据记录器能很容易地与未来技术集成在一起使用。一对常用数据记录器的要求和工具的介绍数据记录器的应用包括数据采集、分析、储存以及今后的分析工作和对数据的调用。每个数据记录器都有一些核心的特征。第一，工程师们需要将数据采集并记录到一个存储的位置；第二，工程师们在采集过程中和采集过程结束后都必须对数据进行观察；第三，工程师们需要通过数据来记录警报以及触发事件；第四，网络装置对于工程师来说应该是简单、明晰的；第五，对于数据实行不同类型的安全防范应该是简单容易的。为能实现这5点要求，LabVIEW的软件平台为快速而又容易地建立监测应用提供了一种特效的工具数据记录及监控模块。本文将对多种类型的温度数据记录器的软件构成进行分析；对基础数据记录器、分布式数据记录器等进行讨论。作为一种独特的应用实例，也将讨论高速数据记录器。二基础数据记录器实例：在短时间内从一些热电偶单元中记录数据。一个基础数据记录系统就已经包含数据记录器的所有要素，只不过通常它只带较少数量的I/O点和相对简单的设置。在数据采集过程中及在数据采集后所需要的分析也是相当简单的。一个基本数据记录器最令人关注的功能包括简单的配置以及诸如对温度或张力进行普通测量的便捷性。NI对于基础的数据记录应用有两种解决方案：VI记录器和LabVIEW。(1)基于配置的数据记录工具第一种解决方案是基于配置的记录工具，称为VI Logger，如图1所示。VI Logger可在短时间内进行基本的测量。它有内置的数据采集、缩放和存储功能，另外还有基本的警报及事件功能。在数据采集后，数据可以被重新调用及进行检查或被导出到NI DIAdem交互式分析工具中。例如：一个简单的温度数据记录器能够很容易地用VI Logger来进行配置。将热电偶单元同任意一款E系列数据采集卡相连接，为数据缩放和记录配置通道，然后选择开始，这样一个装置就完成了。在数据采集过程中，工程师们可以观察到数据采集的整个轨迹：如果采集到的温度超过了设定的范围，系统将发出E-mail以通知操作者。当需要扩展这个简单的温度数据记录器功能时，LabVIEW可以帮助完成这项任务。通过用编程控制采集及记录或合并400多项分析函数中的任一项，LabVIEW可方便地扩展VI Logger的功能。LabVIEW的另一种功能是能够有机地与更广范围的测量任务相结合，比如过程控制(OPC)设备中的OLE。(2)LabVIEW 7 Express VIsNI第二个用于基础数据记录器的解决方案是LabVIEW 7和最新的Express VIs。可利用新的Express VIs来建立一个基本的温度数据记录器。如图2所示，这个LabVIEW程序框图对信号采集、数据显示、检查数据是否超出范围以及将数据采集记录存储成文件作了举例说明。简单地将信号同一个Write LabVIEW Measurement File VI相连接，生成一个能被NI DIAdem、微软写字板或者微软Excel读取的文件；或者，用Read LabVIEW Measurement VI来显示数据。比较VI可以用来建立简单的提示。LabVIEW 7 Express VIs能与简单的独立数据记录器协调运作。它能非常容易地进行数据采集、记录和发布，它也能容易地同任何分析函数进行合并。如果不需要更高级的分析功能，抑或如果用户欲发送基于警告或事件的E-mail，VI Logger将发挥更大的作用。基础数据记录器的主要条件为数据的采集、记录和显示。 三长期数据记录器实例：长时间从一些热电偶单元中记录数据。当一个数据记录器被要求长时间地连续运行，如几天、几个月甚至几年时，那么就必须要考虑一些特殊的要求。系统必须有一套可靠的、有效率的机制用来进行数据储存。操作员和工程师也必须能从一些特定的范围中容易地观察到数据，还要配置和存储警告及事件以用于故障的发现、诊断和确认。DSC模块是进行长期数据记录应用的理想工具。(1)数据存储机制对于更多复杂的数据记录应用，用专业的工具来协助数据的存储与保存显得非常重要。数据库以一种有序的方式存储数据及对数据进行改动。这有助于保证数据的完整性。存储大数据包有很多方法，两种主要的数据库类型是关系型数据库和流数据库。关系型数据库是一种经常运用于商务中的传统数据库。非常灵活，但它不能使磁盘的空间和速度达到最优化；而流数据库是专为大量数据快速储存而设计的，但不能定义表格或其他结构，因而失去了数据库一些便捷性及搜索的功能。当建立一个数据库时，其中最富挑战性的就是设计一个方便易用且能够进行升级的文件结构和数据结构。DSC模块以流数据库为特征以满足测控方面的应用要求。用内置的数据层次及结构定义，数据库提供了较高的空间利用和数据吞吐量。LabVIEW 7 DSC模块在数据库里增加了相关的性质以使查询能更快更有效率。(2)实时数据和历史数据的显现有两种观察数据的方法。一是，在采集过程中通过服务器来观察数据，这也被称为现场数据。通过查看现场数据来监控运行系统的状态。最常用的服务器之一是一种用于过程控制OLE(OPC)服务器。而带有内置OPC客户/服务器的软件包可以节省开发时间。二是在数据存于文件后观察，也被称为历史观察。用这些数据进行采集后的分析及报告。如果没有合适的工具，必须在分析和观察数据前知道文件和数据的结构。选择一种合适的软件开发工具来完成这些，将能节省时间。建立在LabVIEW分析和发布功能上的DSC模块能容易地与内置OPC连接并清楚地发布实时及历史数据。(3)警报及事件管理当对大量数据进行采集或进行长时间数据采集时，通常数值的明显变化很值得注意。这些变化可以用警报和事件来进行监控。对这些警报和事件的历史记录的保存是十分重要的，这样它们可以在随后被用于分析。用来支持警报的主要特征包括发生警报的功能、随相关数据一起储存及在数据采集后重新调用警报和所有相关信息的能力。相关信息包括在什么时候被触发、谁响应和何时响应。运用DSC模块，可以用HMI向导来配置和监控警报，使它们集中于引起警报的原因而非编制警报内部构造本身。总之，对于长期数据记录器最佳应用包括：可靠、有效率的数据存储；实时及历史数据的显示；配置及记录警报和事件的能力。 四分布式数据记录器实例：从分布式热电偶中记录随时间变化的数据当设计分布式数据记录器时，应该先看一下整个系统。在上层的是系统的中枢，它能被简化为关键服务器和网络两部分。在主要服务器上运行的软件必须能处理网络传输、数据管理、数据显示、警报和事件以及安全。中枢的最主要的特征是它必须能够通过一些诸如TCP/IP的普通协议同其他硬件进行通信。网络中的每台机器所用的软件必须支持相同的通信协议。此外，主要的服务器要能支持不同类型的通信协议，因为这样它们才可以兼容系统中前一代以及后一代的机器。LabVIEW是支持许多工业标准协议的软件包，对减少网络中的每台机器的开发时间及将网络设备与主要服务器相结合都是十分重要的，如图3所示。(1)数据管理分布式数据记录器的主要服务器应该有记录数据的能力。记录数据的应用越复杂，制作程序的工具也就变得越重要。少量的数据能够容易地存储在文本或电子数据表文件中；而大量的数据却需要更好的数据存储形式。像前面提到的长时间数据记录器部件那样，分布式数据记录器对存储有类似的要求。在流数据库的顶端，网络数据库是比较有利的，它将数据记录在网络的中间位置，为系统增加冗余度，并从网络上不同的计算机中获取数据。DSC模块中内置的历史数据库是网络化的，如图4所示。如果知道机器和数据库的名称，就可以简单地将数据记录在任意一台计算机上。DSC模块有一个观察历史数据的工具，它可以在本地或远程创建、保存和压缩数据库。数据库可以被重命名、保存或者删除，但这些命令只能在本地执行以防止数据库意外地丢失或毁坏。(2)数据显示除了查看现场和历史数据，分布式系统需要更灵活地从不同位置查看数据。例如，需要从另外的场所或者甚至是家里查看水槽中的温度。从单个机器上查看现场数据是一个相对简单直观的操作。要监控现场数据，可以创建一个诸如LabVIEW前面板的用户界面，在当地监控器上进行查看或者运用LabVIEW远程面板功能使数据嵌入在网页中。如果需要登陆、观察或控制，那么用远程面板将是非常方便的。而如果有更多的人需要这些功能，那么就需要一个更为精确的客户/服务器体系。为了从多台机器上观察现场数据，每台机器必须运行一个客户端程序，它的主要功能是查询所需要的数据。DSC模块不仅有一个内置的OPC客户/服务器，同时它也是专为快速便捷地建立客户/服务器的结构而设计的。(3)警报和事件管理装有DSC模块的LabVIEW是能够容易地对警报和事件进行配置，自动将它们和相关数据记录到数据库上，并且能够从任何一个地方查看数据的工具。(4)网络随着数据采集系统的发展，数据可以被存储于多台计算机也可以被中央监控，也可以被存储在一个中心服务器上。为了能够方便地进行现场数据通信，软件工具必须和操作系统的当地网络技术相结合，并且它们之间越透明越好。设计出的网络工具应能使生产量最大化，且在网络中断时能保持稳定可靠的状态。LabVIEW通过DSC模块为OPC提供了支持。但是，OPC或许不能完成高速的任务，因而DSC模块也包括内置的网络协议须进行流量最优化。(5)安全处理敏感的数据通常带来一些安全问题。通过定义系统需要的面板，可以选择工具来完成这些要求。装有DSC模块的LabVIEW能够定义用户框架，从而限制对不同用户界面控制的应用及对不同数据和数据敏感部分的获取。(6)分布式数据记录系统可罗列出多种最佳实践方案(a)可靠而有效率的数据存储；(b)管理系统数据的高效工具；(c)对整个系统实时及历史性的观察；(d)配置和记录警报和事件的能力；(e)对不同类型设备的简单的网络；(f)用户安全界面。五冗余数据记录器实例：在重要过程中记录热电偶数据有时候需要在数据记录器中实现冗余。比如，一个温度数据记录器在一个重要过程中监控一个水槽。要考虑的事情有：在主计算机中记录数据，检测计算机的死机或网络故障，将数据记录到另一个位置，在计算机死机或者网络故障时同步处理数据。NI公司的Compact FieldPoint是一个坚固的分布式I/O平台，与PLC相类似，它有一个控制器和插在坚固后板上的不同的I/O模块。为达到冗余数据记录的目的可以使用装有Compact Flash存储器的控制卡。因为驱动器只支持有限数量的写入，因而经常将数据写入Compact Flash存储器会是很贵的。但不管怎样，对于在系统中增加冗余性来说是理想的。Compact FieldPoint有一个内置式的网络看门狗。当网络被连接到Compact FieldPoint和计算机进行通信时，看门狗就会失去效力。然而，当网络没有联上或者计算机死机时，看门狗将被激活并重新发挥作用，此时，该程序就可开发出某些功能，例如将数据记录到本地Compact Flash存储介质中。当网络重新建立连接，DSC模块应用将使看门狗失去效用，这使数据重新记录到数据库中。然后DSC模块将用FTP从Compact FieldPoint中重新找回数据文件，再通过记忆标签将数据写入数据库。通过在计算机和Compact FieldPoint上同步时间服务器，数据可以同步记录在数据库中。在同样的数据库里将会有两条不同的轨迹。DSC模块的应用也可以通过配置来通报网络故障或数据文件在什么时候从Compact FieldPoint上进行复制。总之，对于冗余数据记录器而言，有很多经过鉴定的好的功能：(1)同步记录数据的能力；(2)对整个系统实时和历史的查看；(3)配置及记录警报和事件的能力；(4)给于不同类型设备的方便的网络功能。六远程/便携式数据记录器实例：从远程热电偶上记录一段时间内的数据并用PDA检查当执行一个远程数据记录器时，要求同分布式数据记录系统相似。Compact FieldPoint是一个小型而坚固的首选平台。LabVIEW也可在控制器中嵌入一个网络服务器，这样能进入任何一个网页浏览器来监控有关单元。结合LabVIEW 7 PDA模块，如图5所示，数据记录应用可以先在台式电脑中开发，然后下载到掌上电脑上。任何一款NI的系列数据采集卡可以同PDA一起使用，来建立一个便携的数据记录器。数据将被采集并记录在PDA上，然后存储成一个文件。当工程师可以回到办公室，将PDA中的LabVIEW与台式电脑中的同步运行，文件便可被汇入到台式电脑中。数据可被读取并存储在DSC模块、历史数据库中或用DIAdem进行分析。总之，尽管远程和便携式的数据记录器的要求同分布式数据记录器相类似，不过远程和便携式数据记录器还是有一些独特的应用：(1)通过网络监控的功能；(2)远程应用需要像Compact FieldPoint这样的小型而坚固的平台；(3)便携式应用需要象PDA这样小且灵活的平台。七高速数据记录器实例：短时间内快速记录数据高速数据记录器有其独特的要求。这些设备通常在有大量数据需要在短时间里采集(比如做物理实验中)时才使用。记录速度是最受关注的，而数据库通常不需要很快。数据将在采集前被分析，所以就不需要有警报、事件和查看功能。这些系统经常是独立操作的，因此，可以避免发生网络延迟现象。NI为一些在Windows下运行的E系列和S系列数据采集板开发了一套LabVIEW实例函数，这些函数能够以过去无法达到的速度来执行数据流动。这些高速数据记录函数是通过提供数据压缩功能以建立更小的数据文件和达到更高的记录速度。这些函数从内部循环的缓冲中读取数据，按要求进行压缩，最后将数据不通过用户直接写入磁盘。这个方法减少了数据的复制