第17章-基于LabVIEW的联合仿真和总线监控实验-最终核验版

第17章基于LabVIEW的联合仿真和总线监控实验长安大学张军本章导览17.1LabVIEW和Multisim的联合仿真实验联合仿真原理、仿真端子设置、恒流法温度采集案例17.2LabVIEW与S7-200通信实验PPI通信协议、转盘式集中润滑系统、PLC参数监控17.3LabVIEW与串口通信实验串口通信协议、磁控溅射镀膜机参数监控17.4LabVIEW与CAN总线通信实验发动机油耗台架、J1939协议、CAN参数解析17.5LabVIEW与WiFi通信实验阳光导入器追踪系统、TCP/IP通信、远程PID调参第17章知识结构联合仿真LabVIEW·Multisim·仿真端子·温度采集电路工业通信PPI协议·串口协议·CAN/J1939·TCP/IP上位机监控数据采集·报文解析·曲线显示·数据存储工程应用集中润滑·磁控溅射·发动机台架·阳光追踪17.1LabVIEW和Multisim的联合仿真实验联合仿真的目的与基本思想实验目的

在缺少真实硬件条件时，通过软件仿真完成测控系统实验基本思路

Multisim搭建仿真电路

LabVIEW读取仿真电路中的电参量

LabVIEW完成数据处理、显示和分析应用价值

降低实验硬件依赖

便于前期验证测控程序

适合教学演示和系统原理分析联合仿真所需软件LabVIEW

用于构建测控程序、数据处理和结果显示Multisim

用于建立仿真电路模型ControlDesignandSimulationModule为LabVIEW提供仿真循环和模型接口LabVIEWCo-simulationTerminals实现Multisim与LabVIEW之间的数据交互注意事项LabVIEW和Multisim的版本必须对应，模块版本也应匹配联合仿真实验流程1.在Multisim中搭建恒流法温度采集电路2.在电路中添加LabVIEW联合仿真端子3.设置仿真端子方向为输出4.在LabVIEW中调用Multisim电路模型5.运行联合仿真程序，读取电压并计算温度恒流法温度采集仿真案例■实验对象热敏电阻温度测量电路■测量原理

先通过恒流源激励热敏电阻测量热敏电阻两端电压，根据欧姆定律计算电阻再由热敏电阻特性计算温度仿真信号AI0+和AI0-分别作为热敏电阻两端电压采集端图17.1恒流法电路原理图Multisim仿真端子设置添加端子

在Multisim中添加LabVIEWCo-simulationTerminals端子名称AI0+、AI0-端子方向

由于Multisim向LabVIEW输出电压信号，因此端子方向设置为Output作用将仿真电路中的电压信号传递给LabVIEW程序图17.2添加了仿真端子的电路原理图LabVIEW联合仿真程序设计核心模块控制和仿真循环Multisim电路模型电压信号读取电阻与温度计算波形显示控件程序功能读取Multisim输出端子的电压计算热敏电阻阻值转换为温度值显示温度变化曲线图17.4仿真端子设置窗口图17.5联合仿真程序框图联合仿真结果分析实验结果

LabVIEW可实时显示由Multisim电路产生的电压和温度变化结果验证

可在Multisim中使用电压探针测量相同节点电压，并与LabVIEW显示结果对比结论

联合仿真能够在无真实采集硬件条件下验证测控系统功能图17.11联合仿真实验实验结果17.2LabVIEW与S7-200通信实验基于PPI协议的PLC参数监控测试与传感器技术LabVIEW与S7-200通信实验实验目标

利用LabVIEW与S7-200PLC通信，实现工业控制系统参数监控通信方式

PPI协议通信应用对象

转盘式集中润滑系统LabVIEW作用

1.读取PLC参数2.显示系统状态

3.监控I/O变量4.发送控制命令命令SDLELESDDASAFCDASPSSAPKUDUFCSED读11111116612N011写11111116612N+411

表17.1是PPI读写的报文格式，第一行是报文的组成，第二行和第三行是对应参数转盘式集中润滑系统工作原理系统组成

电动油脂泵、工作电磁阀、溢流阀

压力开关、转盘式分油器、步进电机

温度传感器、PLC控制系统、PC监控系统控制目标1.按顺序为多个润滑点供油检测润滑点位置和温度2.实现润滑状态监控图17.12转盘式的集中润滑系统组成LabVIEW监控系统设计功能模块串口初始化PPI读命令PPI写命令PLC参数解析数据显示故障状态提示程序结构

采用状态机方式，包括IDLE、读参数、写参数、停止等状态图17.16基于状态机的参数监控流程图PPI读写程序设计核心函数VISAConfigureVISAWriteVISAReadVISAClose基本过程配置串口通信参数发送PPI命令延时等待PLC应答读取PLC返回数据解析并显示参数图17.17PPI读写命令程序图转盘式集中润滑监控结果监控内容PLC运行状态DI输入状态、DO输出状态模拟量温度油脂泵状态、电磁阀状态润滑点编号、润滑时间、润滑点温

度实验结论LabVIEW可通过PPI协议实现S7-200PLC的参数监控图17.19转盘式集中润滑系统的参数监控系统17.3LabVIEW与串口通信实验基于自定义协议的单片机参数监控LabVIEW与串口通信实验■实验目标利用LabVIEW与单片机控制系统进行串口通信■工程对象反应磁控溅射镀膜机■下位机平台Atmega16单片机■LabVIEW作用实时接收参数解析通信数据显示控制曲线保存实验数据辅助PID参数整定实验装置反应磁控溅射系统工作原理系统组成

靶材、基片、反应气体、氩气光纤探头、光谱仪、Atmega16控制器、压电阀、反应气体控制系统控制目标

根据特征光谱强度调节反应气体流量，保证镀膜过程稳定图17.20离子镀膜真空室的示意图反应气体控制系统输入参数光谱信号设定光谱强度PID参数手动调节参数输出参数压电阀PWM控制信号反应气体流量调节信号通信方式串口1：与磁控离子镀膜控制系统通信串口2：与LabVIEW参数监控系统通信图17.21基于Atmeag16的反应气体控制系统表17.4串口通信协议字段包头地址帧序号内容包尾示例##0x000x010x0102$$十六进制0x23230x000x01数据0x2424串口监控系统程序结构■线程1串口数据采集报文解析写入全局变量■线程2读取全局变量参数显示数据存储■数据传递通过全局变量数组完成参数

交互图17.22监控系统的程序流程图报文解析模块■解析流程读取串口缓存数据查找包头和包尾判断数据帧是否完整根据帧序号解析参数将结果写入全局变量■关键点防止粘包防止丢包识别无效数据保证参数顺序正确图17.24报文解析模块串口通信实验结果实验现象：LabVIEW可实时显示光强设定值、实际值和PWM控制值图17.30模糊PID的监控结果实验结论：LabVIEW可作为单片机控制系统的上位机监控平台17.4LabVIEW与CAN总线通信实验基于J1939协议的发动机参数监控发动机油耗台架输入输出功能输入量转速、扭矩、油耗机油压力、机油温度冷却水温度、进气温度、排气温度输出量发动机转速控制负载扭矩控制油门开度控制数据显示图17.31发动机油耗台架的输入输出功能分析CAN总线监控系统架构硬件组成发动机ECUPEAKUSB/CAN卡PC上位机台架控制系统软件模块CAN驱动接口硬件状态诊断报文采集、报文发送报文解析、数据存储、曲线显示图17.33CAN总线的发动机油耗台架系统架构表17.5电喷发动机常用参数报文名称ID/HEX周期包含参数TSC1_ENG0C00000010ms发动机设定转速EEC10CF0040050ms扭矩百分比、发动机转速LFC18FEE900请求总油耗LFE18FEF200100ms油耗率EET18FEEE001000ms冷却水温、燃油温度、机油温度EFL/P18FEEF00500ms机油压力、机油液位EHR18FEE500请求工作时间基于队列的CAN报文解析报文采集将接收到的CAN报文压入队列报文解析根据报文ID和参数定义解析物理量参数更新将转速、温度、压力、油耗等参数写入全局数组数据处理曲线显示报警判断数据保存图17.35参数传递流程图发动机油耗台架实验结果图17.37发动机油耗台架实物图图17.40发动机油耗台架的监控结果17.5LabVIEW与WiFi通信实验基于TCP/IP的远程参数监控与在线调试LabVIEW与WiFi通信实验实验目标利用WiFi/TCP通信实现远程参数监控和在线调试工程对象阳光导入器追踪系统下位机平台STM32控制系统、WiFi模块LabVIEW作用远程接收传感器数据显示光强和姿态角在线设置PID参数记录系统运行状态阳光导入器工作原理系统功能实时追踪太阳位置使太阳光垂直照射集光平面通过聚光透镜聚焦太阳光利用光纤传导太阳光实现室内照明关键问题太阳位置实时变化系统对追踪精度要求高图17.41阳光导入器工作原理阳光导入器追踪控制系统传感器四象限光照传感器GPS/北斗模块实时时钟芯片编码器限位传感器控制对象方位角执行机构高度角执行机构控制目标保持集光平面正对太阳图17.44阳光导入器控制系统组成基于WiFi的测控系统组网系统结构

阳光导入器控制系统作为服务器PC端LabVIEW作为客户端通信地址

示例服务器地址：192.168.1.18，端口号：1818应用功能远程监控

在线调参数据记录

状态显示图17.45测控系统组网TCP通信程序设计主要函数TCPOpenConnection.viTCPRead.viTCPWrite.viTCPCloseConnection.vi程序功能建立TCP连接读取下位机数据解析通信报文显示运行曲线发送PID参数关闭TCP连接图17.47主循环的部分VI程序框图基于LabVIEW和WiFi的远程测控系统可提高系统调试效率图17.49实时监控曲线阳光导入器实验结果（a）阳光直射效果图（b）传感器偏离角度示意图（c）实时曲线图实验现象：PID参数合适时，太阳光线能较好垂直照射集光平面五类通信与仿真实验对比实验内容通信