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基于LabView RT 的集散控制系统作者：苏海龙骆宗安张殿华职务：高工讲师教授博士生导师公司：东北大学国家重点实验室应用领域：工业自动化挑战：利用PXI嵌入式控制器、LabVIEW RT 开发出完成高速、高精度、多实时闭环控制任务，数据采集，逻辑控制等的多功能测控平台。
应用方案：使用National Instruments公司的RT系列的PXI嵌入式控制器、E系列多功能数采卡、LabVIEW RT 、labVIEW RT控制工具包以及执行程序生成器来开发一个集多任务实时控制、数据采集、数据分析为一体的集散测控系统。
使用的产品：PXI 8186 RT ;LabVIEW RT;PXI-6052E;PXI-6527介绍近年来，随着我国经济的迅猛发展，测控技术，尤其是基于LabVIEW快速开发的测控系统也在各行各业得到了较好地应用。
我们根据科研项目的要求开发了一个可以对多个被控对象进行高速、高精度的控制，同时对多个变量进行数据采集和分析的多功能测控平台，它对新开发实验设备控制系统的优化和改进，生产线上关键仪器仪表的测控及性能评估都具有重要的意义。
序言我们开发的应用在冶金实验领域的实验设备，如多功能材料实验机、热镀锌实验机等，其被控对象都比较相似，对控制效果的要求也相似，即都具有液压站、高精度的位移传感器、高速伺服阀、温度控制、数据采集等，都要求闭环控制周期尽可能的短，通常位移闭环为1ms，温度闭环为10ms。
根据上述情况，我们开发了一个具有通用性的测控系统，即基于LabVIEW RT的测控平台。
这个测控平台在硬件连接上采用便于安装和易于拓展的结构，在软件上采用了模块化结构，便于程序的调试、优化。
对于不同的被控对象，只需要对硬件和软件做少量的修改，而总体结构不变，就可以完成对不同设备的控制，从而充分发挥了虚拟仪器的灵活性和高效率。
工艺原理简介多功能材料实验机的工作原理是利用直接焊在试样（柱状或板状）轴心处的热电偶测量温度，采用直接电阻加热，即使试样中通过低电压，大电流的方式加热，然后通过液压缸控制锤头打击试样，使其快速变形。
LabVIEW RT在多任务控制系统中的应用LabVIEW RT Application in control system of the multi-task作者：苏海龙职务：高级工程师公司：东北大学国家重点实验室应用领域：工业自动化挑战：使用一个实时控制器，同时实现对位移、扭转、温度、流量的高速、精确控制并完成数据采集和存储。
应用方案：使用National Instruments公司的LabVIEW RT软件和E系列的控制器、高精度数据采集卡、执行程序生成器和LabVIEW来开发一个经济、可靠的基于PC机和PXI嵌入式控制器的多实时任务控制系统。
使用的产品：LabVIEW RT；RT系列的嵌入式控制器；E系列的数据采集卡简介：在控制系统中，既要完成高速闭环控制，又要实现大量数据的高速采集和存储，是比较困难的事，因为能完成实时控制的软件，其大量数据处理的能力就弱，而在LabVIEW RT系统中通过软件总体结构的合理布局，利用一个实时控制器，可以完成多个实时控制任务，同时实现了对多通道数据采集、存储，降低了成本又节省了开发时间。
1实验机的物理构成多任务实时控制系统应用在MMS100改进后的多功能材料实验机中，这种实验机是一种快速模拟钢厂热连轧过程的实验设备，它可以用来研究钢材等有色金属在不同的升温速率和变形量的情况下，其微观组织结构及组织性能的变化规律，被广泛地应用于冶金、航天、军事等领域的新材料开发和研究。
1．1实验机的工作原理本实验机的工作原理是将试样安装在两个夹头之间，以上万安培的电流通过试样，使其快速被加热，同时在两个夹头中通有循环冷却水，当电流增大产生的热量大于水冷带走的热量时，试样的温度就升高，反之试样的温度就降低，当二者相等时试样的温度保持不变，从而达到控温的目的。
根据不同的实验要求，当试样被加热到规定的温度时，通过控制液压缸，推动锤头高速打击(压缩实验)或拉伸(拉伸实验)或扭转(扭转实验)，使试样发生形变，同时要记录并存储试样在发生形变过程中的所有参数，如液压缸位移、横向位移、纵向位移、力、扭矩等，实验结束后，由hostPC(主机)对所记录的数据进行绘制工艺要求的曲线，如位移-力曲线，位移-应力曲线，应力-应变曲线等。
利用LabVIEW进行控制系统设计与实现控制系统是一种能够监测和调节设备、过程或系统运行状态的系统。
在实际工程中，利用计算机软件进行控制系统设计与实现已经成为一种常见的做法。
本文将介绍如何利用LabVIEW进行控制系统的设计与实现，以及一些相关的注意事项。
一、LabVIEW简介LabVIEW是一种用于设计和实现各种系统、过程和设备的图形化编程软件。
它的独特之处在于采用了图形化的编程语言G语言，使编写程序更加直观和易于理解。
LabVIEW适用于各种不同的行业和领域，如工业自动化、测量仪器、控制系统等。
二、LabVIEW的基本操作在使用LabVIEW进行控制系统设计前，我们先来了解一些LabVIEW的基本操作。
LabVIEW的界面分为两部分，左侧是工具箱，包含各种控件和函数；右侧是前面板，用于搭建程序的用户界面。
通过拖拽工具箱中的控件和函数，我们可以在前面板上搭建控制系统的用户界面。
然后，我们可以使用图形化编程语言G语言来编写程序的逻辑部分，对控件和函数进行数据处理和控制。
最后，我们可以运行程序进行测试和验证。
三、控制系统设计与实现步骤1. 确定系统需求在进行控制系统设计前，我们首先需要明确系统的需求。
例如，需要实现的功能是什么，需要控制的设备是什么，需要采集的传感器数据是什么等等。
只有明确了系统的需求，才能在LabVIEW中进行相应的设计和实现。
2. 构建界面在LabVIEW的前面板上，我们可以将需要控制的设备和传感器等通过拖拽控件的方式放置在界面上，用于用户交互。
例如，我们可以添加按钮用于开关控制，添加指示灯用于状态显示，添加图表用于数据可视化等等。
通过合理的界面设计，可以提高用户的使用体验。
3. 编写程序逻辑在LabVIEW的编程界面上，我们可以使用G语言进行程序逻辑的编写。
通过将拖拽的控件和函数进行连接和配置，实现数据的输入、处理和输出。
例如，我们可以使用while循环来不断读取传感器数据，使用条件语句来实现控制逻辑等等。
LabVIEW中的控制系统设计和调试LabVIEW是一款强大的图形化编程环境，被广泛应用于各种控制系统的设计和调试。
本文将介绍使用LabVIEW进行控制系统设计和调试的基本步骤和注意事项。
一、LabVIEW简介LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是由美国国家仪器公司（National Instruments）开发的一种图形化编程语言和开发环境。
它以直观、易用的方式帮助工程师们完成各种测试、测量、控制和数据采集等任务。
LabVIEW具有丰富的功能模块和强大的图形化编程能力，使得其在控制系统设计和调试方面具有独特的优势。
二、控制系统设计步骤1. 系统建模与仿真在LabVIEW中，第一步是对待设计的控制系统进行建模和仿真。
LabVIEW提供了许多工具和模块，可以轻松地搭建系统的模型，并进行仿真分析。
可以使用Block Diagram来搭建系统框图，使用MathScript Module进行数学建模，使用Simulation模块进行系统仿真。
2. 控制算法设计控制算法是控制系统中的核心部分。
LabVIEW提供了丰富的控制算法模块和函数，可以帮助工程师们快速地设计和实现各种控制算法。
可以使用PID Control模块进行比例、积分和微分控制，使用State-Space模块进行状态空间控制，使用Fuzzy Logic模块进行模糊控制等。
3. 硬件连接与数据采集在控制系统设计中，需要将LabVIEW和硬件设备进行连接，并进行数据采集。
LabVIEW支持多种硬件接口和通信协议，可以与各种传感器、执行器和控制器进行无缝连接。
可以使用Data Acquisition模块进行数据采集，使用Instrument Control模块进行仪器控制。
4. 界面设计与人机交互控制系统通常需要一个友好的界面来展示系统状态和参数，并与用户进行交互。
LabVIEW与控制系统设计实现系统控制和调节LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) 是国家仪器标准委员会推荐的一种基于图形化编程语言的开发环境，广泛应用于各个领域的工程与科学研究中。
LabVIEW提供了直观、易于使用的图形化编程界面，使得控制系统的设计和实现更加高效和灵活。
本文将介绍LabVIEW在控制系统设计和实现中的应用，并探讨其对系统控制和调节的作用。
一、LabVIEW在控制系统设计中的应用1. 系统建模与仿真在控制系统设计阶段，首先需要对被控对象进行建模与仿真。
LabVIEW提供了丰富的数据采集和信号处理的工具，能够方便地获取实验数据，并通过图形化界面进行数据处理与分析。
基于这些功能，控制系统的建模与仿真可以在LabVIEW平台上进行，方便快捷。
2. 系统控制算法的设计与优化控制系统的性能主要取决于其中的控制算法。
LabVIEW提供了一系列的算法库和模块，涵盖了常见的控制算法，如PID控制、模糊控制、自适应控制等。
同时，LabVIEW还支持用户自定义算法的开发，方便针对不同的系统进行优化与调试。
3. 系统参数的自动调整与优化控制系统的参数调整对于系统的性能和稳定性至关重要。
LabVIEW 提供了参数自整定工具，可以实时监测和调整系统参数，降低调试的复杂性。
通过LabVIEW的优化算法，系统参数的自动调整可以更加快速和准确。
二、LabVIEW在系统控制与调节中的作用1. 实时控制与数据采集LabVIEW提供了强大的实时控制功能，能够对系统进行实时监控和控制。
通过与硬件的连接，LabVIEW可以获取实时数据，实现对系统参数的实时调整，并对系统运行状况进行实时监测。
这为系统的控制和调节提供了良好的基础。
2. 界面友好的人机交互LabVIEW的图形化界面使得系统的控制与调节更加直观和直观。
用户可以通过图形化的操作界面，实现对系统的控制参数的设置和调整，并即时查看系统响应及其相应的数据变化。
基于LabVIEW的工业控制系统设计与优化工业控制系统是现代工业生产中不可或缺的一部分，它通过自动化技术实现对生产过程的监控和控制，提高生产效率、质量和安全性。
LabVIEW作为一种广泛应用于工业控制领域的图形化编程软件，为工程师提供了强大的工具和平台，使他们能够快速、灵活地设计、开发和优化各种工业控制系统。
LabVIEW在工业控制系统中的应用LabVIEW具有直观的图形化编程界面，工程师可以通过拖拽、连接各种功能块来构建控制系统的逻辑。
同时，LabVIEW支持多种硬件设备的接入，如传感器、执行器、PLC等，使得工程师可以方便地与各种设备进行通讯和数据交换。
这种灵活性和通用性使得LabVIEW成为工业控制系统设计的首选工具之一。
在工业控制系统中，LabVIEW可以应用于以下方面：数据采集与监测：通过LabVIEW搭建数据采集系统，实时监测生产过程中的各项参数，如温度、压力、流量等，及时发现异常情况并采取相应措施。
自动化控制：利用LabVIEW编写控制算法，实现对生产设备的自动化控制，提高生产效率和稳定性。
远程监控与操作：借助LabVIEW的网络通讯功能，实现远程对工业控制系统的监控和操作，使工程师可以随时随地对生产过程进行管理。
故障诊断与维护：通过LabVIEW实时分析生产设备的运行状态，及时发现故障并给出维修建议，减少停机时间和维修成本。
工业控制系统设计与优化在设计工业控制系统时，需要考虑以下几个方面来优化系统性能：系统稳定性：设计合理的控制算法和参数设置，确保系统在各种工况下都能稳定运行。
响应速度：优化信号采集和处理流程，减少延迟时间，提高系统响应速度。
能耗优化：通过合理调节设备运行参数，降低能耗消耗，提高能源利用效率。
安全性：加入安全保护机制，防止意外事件发生，保障人员和设备安全。
实例分析以某汽车零部件生产线为例，我们使用LabVIEW设计了一个工业控制系统。
该系统包括传感器采集模块、PLC控制模块和人机界面模块。
使用LabVIEW进行控制系统设计实现稳定可靠的控制LabVIEW是一款功能强大的图形化编程环境和开发平台，广泛应用于控制系统的设计与实现。
本文将探讨如何利用LabVIEW来设计和实现稳定可靠的控制系统。
一、LabVIEW概述LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是由美国国家仪器公司（NI）开发的一种基于图形化编程的集成开发环境（IDE）。
通过可视化的图形化编程界面，用户可以快速构建控制系统、数据采集系统等。
LabVIEW具有丰富的功能模块和工具库，可以实现从基本的控制算法到复杂的控制策略的设计与开发。
二、LabVIEW的特点1. 简便易学：LabVIEW采用基于图形化编程的开发方式，通过将编程语言转换为图形符号及线连接的方式来开发程序，大大降低了门槛，使得初学者也能轻松上手。
2. 功能丰富：LabVIEW拥有众多的工具箱和模块，包括控制、信号处理、通信等方面，能够覆盖各种控制需求。
3. 可视化编程：通过图形化界面，可以清晰直观地查看和编辑程序，方便调试和修改。
4. 开放性与兼容性：LabVIEW可以与其他各类硬件和软件进行良好的兼容，方便与外界设备进行数据交互。
5. 稳定可靠：LabVIEW基于底层稳定的数据采集和处理技术，保证了控制系统的稳定性和可靠性。
三、LabVIEW在控制系统设计中的应用1. 设计控制算法：LabVIEW提供了丰富的控制算法模块，可以通过简单拖拽设置参数，快速搭建并调试控制算法。
2. 数据采集与处理：LabVIEW支持多种类型的数据采集设备，通过与传感器、执行器等的连接，可以实时获取系统的输入和输出数据，并进行处理和分析。
3. 控制系统模拟与验证：利用LabVIEW的仿真工具，可以在计算机上进行控制系统的仿真与验证，有效降低实际应用中的试错成本。
4. 通信与联网：LabVIEW支持多种通信协议和接口，可以实现与其他设备的数据交互和协同控制，实现多机互联。
基于LabVIEW的智能仪器监控与控制系统设计一、引言在现代工业生产中，智能仪器的应用越来越广泛，它们可以实时监测各种参数并进行控制，提高了生产效率和质量。
而LabVIEW作为一款强大的图形化编程软件，为智能仪器的监控与控制系统设计提供了便利。
本文将介绍基于LabVIEW的智能仪器监控与控制系统设计的相关内容。
二、LabVIEW简介LabVIEW是由美国国家仪器公司（National Instruments）开发的一款图形化编程软件，它以其直观的可视化编程界面和强大的功能在工业自动化、仪器仪表、数据采集等领域得到广泛应用。
通过LabVIEW，用户可以通过拖拽连接各种功能模块来构建程序，而无需编写繁琐的代码。
三、智能仪器监控与控制系统设计1. 系统架构设计在设计智能仪器监控与控制系统时，首先需要考虑系统的整体架构。
通过LabVIEW可以方便地搭建系统框架，包括数据采集模块、数据处理模块、控制算法模块等。
这些模块可以通过图形化界面直观地展示出来，方便用户进行操作和监控。
2. 数据采集与处理智能仪器通常需要对各种参数进行实时采集，并对采集到的数据进行处理分析。
在LabVIEW中，可以通过各种传感器模块或者仪器接口模块实现数据的采集，同时利用LabVIEW强大的数据处理功能对数据进行处理，如滤波、平滑、转换等操作。
3. 控制算法设计针对不同的智能仪器，需要设计相应的控制算法来实现对其进行精确控制。
在LabVIEW中，可以通过编写各种算法模块来实现PID控制、模糊控制、神经网络控制等多种控制方法，从而满足不同应用场景下的需求。
4. 用户界面设计一个好的用户界面可以提高系统的易用性和友好性。
在LabVIEW 中，用户可以通过拖拽各种控件来设计出美观直观的用户界面，包括曲线图、仪表盘、按钮等元素，使用户可以清晰地了解系统状态并进行操作。
四、案例分析以某工业生产线上的温度监控与调节系统为例，我们可以使用LabVIEW来设计一个智能仪器监控与控制系统。
收稿日期:2004-07
基金项目:国家985科技创新平台项目经费支持
作者简介:苏海龙(1964 ),男,高级工程师,从事检测技术、自控技术及企业综合自动化研究;张殿华,教授,博士生导师。
基于LabVIEW RT 的集散控制系统
苏海龙,骆宗安,张殿华
(东北大学国家重点实验室,辽宁沈阳110004)
摘要:介绍一种使用NI RT PXI 嵌入式控制器、E 系列多功能数采卡、LabVIE W RT (及工具包)及执行程序生成器开发的集多任务实时控制、数据采集、数据分析为一体的集散测控系统。
关键词:集散控制系统;多任务;数据采集;实时控制
中图分类号:TP39,TP312 文献标识码:B 文章编号:1006-2394(2004)05-0011-02
DCS Based on LabVIEW RT
SU Hai long
(State Key Laboratory of Northeastern University,Shenyang 110004,China)
Abstract:DCS,which integrates multi task and data acquisi tion analysis,is introduced.It uses NI RT PXI embedded controller,E multi function data acquisition card,LabVIE W RT(and kit)and executive program gererator.
Key words:DCS;multi task;data acquisi tion;RT control
冶金实验领域的实验设备,如多功能材料实验机、
热镀锌实验机等,其被控对象和控制要求都比较相似,即都具有液压站、高精度的位移传感器、高速伺服阀、温度控制、数据采集等,都要求闭环控制周期尽可能的短(通常位移闭环为1ms,温度闭环为10ms)。
根据上述情况,我们开发了一个具有通用性的测控系统,即基于LabVI EW RT 的测控平台。
1 控制系统构成
上述实验设备中有许多模拟量控制闭环,在多功能材料实验机中的被控对象有两个液压缸控制闭环图1 测控平台控制系统的硬件结构示意
( 、锤头打击控制,!、试样变形量定位控制),有试样温度控制、扭转控制、淬火水流量控制。
在热镀锌实验机中有两个温度控制闭环(即锌液溶化炉的温度控制、试样温度控制),两个液压缸控制闭环(即锌液炉的水平移动的位置控制和被加热的试样浸镀垂直方向移动的位置控制),有冷却水流量控制。
由于控制闭环多且控制周期差异较大,因此,采用了集散控制系统的方式,将控制周期短的闭环与控制周期长的闭环分别用两个控制器来完成,以充分发挥控制器的性能且编程
及调试方便。
硬件配置见图1。
由于控制系统中的被控制点很多且分布比较分散,同时为了节省PXI 嵌入式控制器C PU 的时间,采用西门子的S7 300系列的PLC,即CPU315 2DP 及ET200M 构成PROFIB US 现场总线的控制结构。
1.1 控制任务的分配
根据对被控对象控制周期的长短将控制任务分为两部分,其中液压缸和液压马达的控制周期为1ms;而温度、水流量的控制周期为10ms,分别用两个控制器完成。
模拟量的控制及数据采集都通过PXI 6052E 完
11 2004年第5期仪表技术
成,因为该数采卡可以硬件精确定时,可以通过PFI7针使PID 的输出与数据采集为相同的时钟,因此,控制更加精确。
PXI 嵌入式控制器与PLC 控制系统之间通过PXI 6527直接以点对点的方式进行通讯。
1.2 传感器执行器的选择
PXI 8186RT 控制器的运行速度很快,且能保证实时控制的确定性。
为此,就要求控制系统中的
DAQ 图2 优化后的状态机结构图
卡、传感器和执行器与控制器的性能相适应,才能真正完成一个控制周期短的闭环控制。
因此,我们选择的执行器,如三级伺服阀(MOOG 阀),开口度从0到最大的时间小于6ms,定做的温度变送器的响应时间小于10ms 。
1.3 系统的抗干扰措施
为确保整个系统的精度要求。
1.将被采集的信号通过带有低通滤波的信号调理模块,同时所有被测信号均采用差分输入的方式接线,并且,以此减小共模干扰; 2.整个控制系统做一个标准的接地线,并保证接地电阻小于2 ; 3.模拟量信号的屏蔽层在靠近传感器端一点接地; 4.所有220VAC 接触器、电磁阀的线圈两端都并联阻容吸收模块,所有24VDC 继电器的线圈两端反并联一个二极管,以减少其对控制系统的干扰; 5.为传感器、放大器、PLC 输入节点供电的开关电源输入端并联电源滤波器; 6.采用交流电源净化器来减少由于电网波动和来自其他大负载的干扰,同时利用UPS 电源来避免由于突然停电而不能正常关机,及液压站不能迅速卸油而造成人身和设备损伤的事故。
2 系统软件
2.1 软件的总体结构及功能
控制系统的软件分为管理和控制两部分,管理部分的软件运行在WINDOWS 平台下,完成人机界面(H MI)、数据分析、处理、报表等功能。
控制部分的软件为Real time 控制程序,运行在实时操作系统下,完成实时控制任务、通讯、数据存储等功能。
管理部分软件通过TCP/IP 协议分别与两个控制器通讯,传送控制参数及接收数据。
2.2 调度程序的结构
在管理和控制程序的每个部分都有一个中心调度程序,其结构为LabVI EW 提供的状态机,它由While Loop 内部的一个Case 结构和位移寄存器中所携带的Case 选择器组成。
这种Case 结构的每个框架都可以向下一个迭带中的其他框架传输控制或直接终止While Loop 。
但此结构中如果触发的事件特别多时,就会使用较多嵌套的Case,过多使用Case 将导致程序运
行速度急剧下降。
为此,采用了多个Select 函数和两个Case 结构对原来的状态机进行优化。
当然,在Lab VIE W6.1以后的版本中,也可以选择Event 来响应触发事件。
管理部分的不同程序由主界面上的按钮来触发运行,而不同的控制由人机界面通过通讯发送到PXI 控制器的不同编码来触发运行。
优化后的状态机结构见图2。
3 结束语
本测控平台的控制精度高,实时性好,结构灵活,可以随时增减被控对象。
随着LabVIEW 不断地升级,极大地减少了编程量,同时由于使用LabVIE W 次数的增多,编程速度和调试技巧都有了较大的提高,因此,大大缩短了整个系统应用软件的开发时间。
(郁红编发)
研祥嵌入式软件市场占有率创∀深圳企业新记录#
第三届∀深圳市企业新记录#评选于8月初揭晓。
研祥智能科技股份有限公司(HK8285)的∀嵌入式软件市场占有率保持国内同行业品牌第一#的新记录,排名第二位。
深圳企业新记录评选活动是由深圳市工业经济联合会开展和举办的,目的是为了促进企业增强国际竞争力和知名度,激励企业努力提高自己的技术经济指标和管理水平。
研祥智能科技股份有限公司多年一直从企业技术创新、管理创新和制度创新方面入手,以市场为导向,不断加大研发力度,在嵌入式智能平台硬件产品的优势平台保证下,嵌入式软件市场占有率逐年提高,并取得了技术领先的地位。
12 仪表技术2004年第5期。
