网络化测控系统设计与开发

网络化测控系统设计与开发 摘要 介绍基于 件下的平面磨床工作台液压测量控制系统的硬件和软件结构，以及通信方式的组成，并对系统进行分析调试，系统已基本达到设计要求。 关键词 测控系统 列模块 1 绪论 虚拟仪器（ 称 术就是利用现有的个人计算机，加上特殊设计的仪器硬件和专用的软件，形成既有普通仪器的基本功能又有一般仪器所没有的特殊功能的新型仪器 1。网络化测控系统就是利用计算机网络通信技术、虚 拟仪器技术和自动测试技术有机的融合来实现网络化测控的。 2 系统的硬件开发 2 1 系统硬件的总体设计 该监测系统结构上分成中心管理计算机和现场智能采集模块两个部分。图 示，虚线左侧为中心管理计算机，包括主机，显示器、键盘、研华 换模块等几个部分。右侧则是由现场智能采集模块 块和压力、温度、速度各种传感器构成。 图 测系统结构 2 2 系统硬件的连接 如图 示连接硬件系统， 口是数据终端设备（ 数据通信设备 (间的接口 。如把计算机作为 调制解调器（ 为 间的接口。当 与外部设备进行串行通信时，可将两个 接相连，而省去作为 接 2。 可以采取图 连接方式，这种接线方 图 件连接图 式简单但具有良好的硬件握手性能。 的数据传输不需要所有的引脚，主要用到 信号地。 表 引脚说明 连 1 3 液压系统的分析 如图 示，当电机带动液压泵转动时，油箱中的油液经过过滤器被吸入系统。来自液压泵的压力油经节流阀（控制流量），进入手动三位四通换向阀的 道，再进入二位四通电磁换向阀流入液压缸的左腔，推动活塞连同工作台向右运动，液压缸右腔的油液被活塞压回油箱中。 工作台的往复运动靠工作台上的撞铁和挡块的共同作用进而控制行程开关间断打开 和关闭，则电磁换向阀的右位和左位轮换进入系统，从而实现工作台的往复运动。若要手动换向，可将撞铁扳向上方操作换向阀即可实现。 液压泵工作时同样可以实现工作台在任意位置停止，只 图 液压系统图 需要将换向阀的手柄扳到中位，使液压缸两腔封闭，活塞不再运动，工作台立即停止，此时液压泵输出的高压油液因无去处，全部经溢流阀排回油箱。 3 系统的通讯 计算机与采集模块之间能进行串行通讯，是由于 里安装了异步通讯适配板，主要器件为可编程 8250片。这种芯片有能力使主机与 行通讯接口进行通 讯，这种包含有 用异步接收发送器 )的串行卡，有作为存储单元寻址寄存器之用，串行端口存储器地址如表 示。 表 串行端口寄存器地址 图 系统组成结构图 由于工业现场大多应用的是 行通信，因此，我们将现场采集的信号输入研华 块， 过 出采集的现场信号，然后通过行 换。将 号输入进算机进行软件处理。 以往， 智能设备通讯多借助 太网等方式，主要取决于设备的接口规范。但 能代表通讯的物理介质层和链路层，如果要实现数据的双向访问，就必须自己编写通讯应用程序，但这种程序多数都不能符合 能实现较单一的功能，适用于单一设备类型，程序不具备通用性。在 备联成的设备网中，如果设备数量超过 2 台，就必须使用 通讯介质， 的设备间要想互通信息只有通过 “ 主（ ” 设备中转才能实现，这个主设备通常是 这种设备网中只允许存在一个主设备，其余全部是从（ 备。而现场总线技术是以 型为基础的，具有完整的软件支持系统，能够解决总线控制、冲突检测、链路维护等问题。 数据处理部分与数据采集部分通过 议通讯，如图 讯转换模块完成 议和 讯转换模块通过 议与串行接口通讯。通讯距离较短，几米到十几米。但由于本实验中通讯转换模块与 很近，可以不考虑该问题 2。 信号电平和串行接口的电平不同，所以加入电平转换电路 3。 4 系统的软件设计 3 1 在 台上构建的测控系统结构 如图 示，测试管理层是一个带有易用操作的界面，用于管理和执行某一测试任务、与设备无关的测试管理环境。它为测试系统与操作者交互、被测器件分析、顺序测试、分支、循环提供一个专门的测试运行程序。高层测试管理软 图 程序结构图 件还能为用户提供企业范围内的联系，将用户的测试程序与其余部分集成在一起，包括生成测试报告、数据访问和结果分析等。 在测试程序层开发的功能模块是一种有其特殊性的独立软件组件。用户只需要在发平台上以图形方式 调出相应的仪器功能模块和数据处理模块，即可构成一个具体的仪器对象，节约大量时间。 仪器驱动层的仪器驱动程序都是按模块化、与设备无关的方式向用户释放，供使用者迅速将仪器链入自己的测试系统。而且驱动程序是以源代码的方式提供给用户，用户可以很容易的优化和增强这些驱动程序。 I/O 接口软件是测试系统软件的基础，用于处理计算机与仪器硬件间连接的低层通讯协议。当今的虚拟测试软件都建立在一个标准化 I/O 接口软件组件的通讯内核上的。 3 2 软件开发 a）安装驱动 如图 运行程序之前，要先安装所使用的模块的驱动程 序。即 P 的 b）端口调用 图 安装驱动图 虚拟仪器 I/O 接口调用必须按以下顺序 在 I/O 接口调用程序如下 图 I/O 接口调用流程图 图 端口调用程序图 端口使用 四个函数。这四个函数由厂家提供，若使用的软件没有此函数，则可以自己编写，然后将其转化为库函数，以便以后调用。 c）参数设定 图 设定采样频率 图 设定各温度、压力和速度报警范围 图 定系统开关按钮 这个部分设定了各种频率和范围，因不同设备的实际情况而由操作人员自行调节，这样的好处使程序适应面更广。 d）图象显示 图 图形显示程序图 这部分程序是用来采集各种传感器送来的温度、压力和速度值，将这些值 用波形图表（温度 度 映出来，温度值再配有温度计显示；速度值配有圆形量表盘显示；压力配有扇形仪表盘显示，这样的好处使测量出的数据更加实时直观的表达。 e）报警系统 这部分是报警系统，无论温度、速度还是压力都有一定的范围，超过上限还是下限都会使得仪器损害甚至毁坏。对于采集到的温度、速度和压力值，将它们分别于操作人员所设定的上下限进行比较，再用个或门将它们收集起来，无论是哪一个超过界限都会使得报警灯亮，都没有超过 图 报警装置程序图 则报警灯灭。 f）采样分析 这部分是数据采样分析，它将计算机从传感器采集到的数据信号进行收集、整理和压缩，并给出最大值，最小值和平均值。 图 数据采样分析图 g）表格输出 这个部分是将采集来的数据放入数组中以表格的形式在界面上创建出来。这样做能够帮住使用者实时查询到数据。 图 数据表格输出图 h）数据保存 这部分是用来保存当前数据，它将根据操作者输入的路径来保存，便于日后的查找。 图 数据保存图 5 结束语 随着计算机技术的发展， 网络化虚拟仪器 越来越 成为今后仪器发展方向的主流 。本文研究了网 络化环境下虚拟测控系统在平面磨床液压工作台的应用，论文的主要工作有： a) 在对网络化测控系统分析的基础上，进行了系统方案的论证。 b) 完成了基于工业数据采集和通信模块的网络化测控系统的总体设计。 c) 基于 台，完成了网络化系统的软件设计、开发与调试，该系统实现了工业环境温度、压力和速度