基于LabVIEW的气垫船模试验平台测试系统

基于LabVIEW的气垫船模试验平台测试系统（共6篇）

基于LabVIEW的气垫船模试验平台测试系统 篇1

应用领域：

研发/实验室自动化

挑战：

建立气垫船模试验平台的测试系统，对多通道超低频实验信号进行数据采集、存储、在线分析和离线后处理。

应用方案：

使用NI公司的LabVIEW6.1数据处理软件，配合16位16通道的A/D转换卡―PCI-6034E、SCXI-1102B信号调理模块等硬件设备，开发一个多通道、大数据流的测试系统，对船模的升沉、横摇及纵摇等频响信号加以采集分析处理，为气垫船的设计提供有效的.试验参考

使用的产品：

LabVIEW6.1 PDS，PCI-6034E，SCXI-1102B及其它配套硬件。

介绍

在气垫技术实验室的建设中采用虚拟仪器技术，基于LabVIEW的强大功能，开发了一套信号采集处理系统，可实现多通道超低频信号的时域/频域示波及失真度分析等。该测试系统代替了由大量硬件才能实现的传统的数据采集分析处理功能，较大地较少了船模试验过程中的工作量，且提高了试验可靠性，为气垫船的试验研究提供了有效手段，具有较好的应用前景。

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基于LabVIEW的气垫船模试验平台测试系统 篇2

1 系统的原理与组成

测试系统的原理如下:首先由三自由度加速度传感器采集试验汽车的行驶状态参数信息, 通过滤波、放大等信号处理后传到DAQ数据采集卡, 实现数模转换, 然后把转换后的信号传递到与之相连的计算机上, 利用LabVIEW编制的软件对信号进行处理、显示与储存。系统所需软硬件资源如表1所示

其主界面见图1, 系统程序流程见图2。

2 数据的采集与处理

2.1 通道的选择

使用该程序测试时, 三自由度加速度传感器固定在乘员座椅上同时采集X、Y、Z三个方向的振动, 测得的结果也同时保存在一个数据文件中。分析处理数据时, 乘员座椅的X, Y方向是横向振动, Z方向是纵向振动, 应分别进行评价。因此, 读取数据时要有通道选择的功能, 为此设计了三通道选择模块, 其前面板图如下图3左边第三个模块所示。

2.2 数据的采集

数据采集提供了整个测试系统的数据来源, 它是LabVIEW这种虚拟仪器技术的基本组成部分。采用LabVIEW软件技术来进行数据采集, 主要是把各种传感器采集的信号通过数据采集卡传递来获得所需的汽车行驶状态参数值。本系统数据采集模块前面板图 (见图3) 。

在本系统进行的平顺性试验中, 测量的主要参数为椅面X、Y、Z三个方向的加速度。它主要是由三自由度加速度传感器采集得到。数据采集的程序框图 (见图4) 。

图4中黄色标志的模拟信号输入口配置子程序的程序框图 (见图5) 。

2.3 数据运算与平顺性评价

平顺性主要是根据乘员主观感受的舒适性来评价[4]。加权加速度均方根值是它的定量评价指标之一。本系统就是采用ISO 2631—1:1997 (E) [5]推荐的基本评价方法——加速度加权均方值评价法来评价振动对人体舒适和健康的影响。

加权加速度均方根值aw是按振动方向, 根据人体对振动频率的敏感程度而进行计算的[1]。先对记录的加速度时间历程进行频谱分析得到功率谱密度函数Ga (f) , 按式 (1) 计算。

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频率加权函数可用式 (2) 、式 (3) 表示, 其中频率f的单位为Hz。

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为了使计算的结果更加逼近实际情况, 需要同时考虑椅面xs、ys、zs这三个轴向的振动[4], 三个轴向的总加权加速度均方根值按下式 (4) 计算。

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3 道路试验

应用该程序对某小型客车进行了道路试验, 试验路面为A级, 车速为40 km/h, 采样频率为200 Hz。把驾驶员座椅垂直方向当做研究重点, 在该工况下, 随机输入行驶试验可获得的驾驶员座椅垂直方向加速度时间历程a (t) , 截取试验前30 s的数据并作出时域波形 (见图6) 。其中纵坐标a (t) 表示加速度时间历程, 横坐标t表示时间。

对记录的加速度时间历程a (t) 进行频谱分析, 运行程序可以得到驾驶员座椅垂直方向加速度的功率谱密度。根据标准, 当激振频率为 (0.5-80) Hz时, 适用于健康评价、振动感知评价、舒适性评价[6]。故过滤高频成分, 得到功率谱密度图 (见图7) 。其中纵坐标PSD表示功率谱密度, 横坐f表示激振频率。

通过运算, 同时也可得到驾驶员座椅椅面总加权加速度均方根值aw=0.214 2 m/s2。由加权加速度均方根值aw与人的主观感觉之间的关系[4]可以判断该车比较舒适, 这也可以通过用前面板Meter控件制作的色彩指示器实时、直观、清楚的反应出来 (见图8) 。这与该车实际情况相符。

4 结论

LabVIEW这种虚拟仪器技术可以实现与传统仪器相同的功能和精度, 而且具有体积小、功能强、使用方便、能直观显示评价结果等优点;用该程序对某小型客车实际随机路面试验数据进行采集、处理与评价, 其分析结果符合该车的实际情况, 证明该系统是合理、可行的, 这为今后进一步从事这方面的研究提供了参考。

参考文献

[1]《汽车工程手册》编辑委员会.汽车工程手册—试验篇.北京:人民交通出版社, 2001

[2]武一民, 王现容, 赵永利, 等.基于虚拟仪器的车辆平顺性测量技术.拖拉机与农用运输车, 2006;33 (4) :23—27

[3]戴敬, 王世立.LabVIEW基础教程.北京:国防工业出版社, 2002

[4]余志生.汽车理论.北京:机械工业出版社, 2007

[5]International Standards Organization.Mechanical vibration and shock evaluation of human exposure to whole-body vibration Part l, Gener-al requirements.ISO2631—1:1997 (E)

基于LabVIEW的气垫船模试验平台测试系统 篇3

摘 要：针对齿轮箱动态性能测试及故障诊断的问题，文章利用LabVIEW搭建了包含信号采集、信号读取和信号分析等模块的齿轮箱测试平台，实现了对齿轮箱振动信号的采集、读取和自相关运算和频谱测量。并结合对齿轮箱有限元模型的分析结果，分析出齿轮箱发生故障的位置及对齿轮箱箱体的影响。

关键词：齿轮箱；故障检测；有限元；LabVIEW

中图分类号：TN911-34 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）23-0066-02

1 概 述

齿轮箱作为机械设备中一种必不可少的连接和传递动力的通用零部件，对齿轮进行动态性能测试以便于故障诊断具有重要意义。齿轮箱的测试诊断一般是指通过加速度传感器对齿轮箱的振动信号进行采集，然后对采集的信到的信号进行分析处理，在根据处理的结果来推断齿轮箱的运行状态以及对其故障的发生位置、故障类型、产生原因等进行分析研究[1-2]。

2 齿轮箱测试平台的搭建

2.1 测试系统硬件设计

2.1.1 传感器的选择

本系统选择的压电式加速度传感器型号为ICP型美国 PCB压电式加速度传感器，其灵敏度为100 mv/g，测量范围 50 g，频响范围0.3 Hz～10 kHz 。该传感器的实物图[3-4]，如图1所示。

2.1.2 信号采集仪器的配置

选取的信号采集仪为美国晶钻CoCo-P02配有8个输入通道，每通道采样率可高达102.4 kHz，实物图，如图2所示。

2.2 测试系统软件设计

本文齿轮箱测试系统软件以LabVIEW作为软件平台。

2.2.1 总体方案设计

该测试系统主要完成数据采集和处理工作。主要包括信号采集和信号处理模块。由于本测试系统的硬件部分选取了CoCo-P02数据采集仪，该采集仪本身就能完成数据的采集和简单的数据分析工作。同时，其强大的接口功能允许用户通过USB接口将它与个人电脑相连，将采集到的数据下载保存，然后利用其他软件进行信号分析。

因此，本系统利用LabVIEW软件直接读取前端信号采集仪采集到的数据，然后编写相应的分析程序实现对故障信号的分析处理。引用了美国凯斯西储大学采集到的齿轮箱轴承的故障信号，进行后续分析，最终完成了测试系统的软件部分。软件功能主要包括两部分：信号读取、信号分析。

2.2.2 信号的采集模块

由于信号采集部分时直接引用的美国凯斯西储大学的实验数据，数据采集模块的功能是实现对振动信号的采集和对采集数据的保存，为后续的信号处理与分析提供可靠的数据。在系统工作之前，要先进行采集参数设置，即采样点数、采样频率、采样通道、传感器灵敏度等基本信息。

2.2.3 信号读取模块

利用LabVIEW中提供的[Read From Text File]模块进行数据读取。其程序模块和读取到的信号，如图3和图4所示。

2.2.4 信号分析模块

本次分析用到了时域分析中的自相关运算模块以及频域分析中的频谱测量模块。

自相关函数的一个重要作用是检验信号中是否含有周期信号。如果信号中由周期成分，则其自相关函数在很大时都不衰减，并具有明显的周期性。不含周期成分的随机信号在稍大时自相关函数就趋近零。而正常情况下，齿轮箱的振动信号都是杂乱的随机信号，当齿轮箱内部零件如轴承等发生故障时会得到一个夹杂其中的周期信号，因此，对周期信号的检测可以基本确定齿轮箱是否发生故障。

信号分析的相应程序模块及其对应的波形图，如图5和图6所示。

从原始信号波形图可以看到，幅值较低的随机信号中还存在一幅值较大的周期信号，而且信号的自相关分析波形图也验证了这一结论。由此便可确定有一周期性故障信号存在。如图7和图8所示。

自相关分析确定了齿轮箱的振动信号中存在一个故障信号，通过信号的频谱分析，可以清楚地看到信号的频率成分，从而确定故障信号的频率大小。由图2～8可得到，轴承的故障信号频率在270 Hz附近。结合其模态图便可分析得到发生故障的位置及其对齿轮箱箱体的影响。

3 结 语

本课题主要搭建了基于LabVIEW的齿轮箱测试分析系统，编写了文件读入程序、信号分析程序，实现了信号的时域分析及其频谱分析，确定了轴承故障信号的基本信息，达到了预期的目的。

参考文献：

[1] 秦树人，张明红.机械工程测试原理与技术[M].重庆：重庆大学出版社，

1999.

[2] 刘春光，谭继文，张驰.滚动轴承的故障特征提取技术与方法研究[J].煤

矿机械，2010，（4）.

[3] 徐科军，李永三.基于连续小波变换的功率谱估计方法[J].应用科学学 报，2003，（2）.

[4] 周辉.齿轮故障的特征提取与模式识别技术研究[D].郑州：郑州大学，

2005.

基于LabVIEW的气垫船模试验平台测试系统 篇4

关键词：电机测试系统,LabVIEW,空载试验

随着科技的进步, 电机的性能也在不断的提高, 为了制造出高性能的电机, 并且提高电机的生产速度, 电机的测试设备也需同时进步, 利用电机测试设备, 然后针对被测电机进行各种试验。

1 发展前景

虚拟仪器有功能完善、性价比高、可以功能扩展、通用性好、方便实现数据共享、方便快捷等诸多优点, 是未来测试系统的发展方向, 因此在这方面的研究也会越来越多, 以后的虚拟仪器在功能方面将更完善, 速度将更快, 测试效率也会大大提高。本文基于Lab VIEW开发了异步电机测试系统, 包括硬件部分和软件部分, 其中硬件控制器为自行设计, 是一个创新点。上位机软件部分是基于Lab VIEW编程环境开发。在开发过程中使用了许多其中的功能模块, 节省了许多开发时间。该测试系统是异步电机测试领域的一个变革和创新, 具有较高的学术价值、经济应用价值以及教学价值。

2 电机测试系统工作原理

以三相异步电动机为主要研究对象, 以计算机为载体, 并结合数据采集卡和控制设备, 提出了基于虚拟仪器的异步电动机的测试系统方案。异步电机虚拟仪器的硬件主要是计算机和外围的硬件, 计算机作为核心控制部分, 主要完成大量的计算显示工作, 选择时结合系统的数据量, 可选择不同的配置。外围的设备主要负责数据采集和执行计算机控制命令, 一般是独立仪器、模块化仪器、数据采集板 (DAQ) 或传感器等。数据采集可用集成的数据采集卡, 执行部分可用功率驱动来接受控制信号, 然后驱动其他设备运作。

整个电机测试系统的工作原理如下:利用上位机软件向控制器发送控制信号, 控制器根据上位机的控制信息控制功率模块, 进而控制电机的运转。同时传感器等部件将采集的数据信息经转换后传输给数据采集卡, 数据采集卡采集传感器信息, 然后将数字量传送给计算机, 计算机的上位机软件对数字量进行显示处理和分析等。

3 空载试验

异步电机空载试验是指在电动机无负载状态下测量相关电机特性。电机输入频率为市电频率, 转速达到电机的旋转磁场速度。对电机进行空载试验主要是为了得到励磁参数:励磁电阻rm、励磁电抗xm、铁耗PFe、机械损耗Pmec。

试验方法:先用高精度万能表测量绕组电阻, 为实验结束后计算相关量做准备。将上位机输出负载控制置零。闭合主回路的空气开关, 调节调压器从0V逐渐升高, 直到达到电机的额定电压为止。当电机稳定运行一段时间后, 调节调压器使输入电压达到额定电压1.2倍。然后调节调压器使电压逐渐降低, 直到定子电流开始增加为止。

为了实现自动测量, 上位机中检测定子电流, 根据电流的变化判定测试是否结束。此外, 为了绘制不同精度的曲线, 需设定采样间隔, 自动绘制曲线。

异步电机的典型理论曲线如图1所示。

通过空载试验可以测量出在试验中电机的电压有效值、电流有效值、机械损耗Pm, 铁耗PFe。电机输入功率等于电机上消耗的有功功率和电机的机械输出功率。

由此可得:

(1.1) 式1.1中, 为铁耗和机械输出功率之和。

电机输出功率由于作用于机械部件, 与电机电压没有关系, 只与电机的转矩和转速有关, 在空载测量时, 电机输出功率接近常量[3]。与电机输入电压的平方近似正比的关系, 即在坐标轴上近似为一条直线, 作曲线延长与纵轴交于一点, 过此点做与横轴平行的直线, 则由图2知, 在直线下方为电机输出功率, 其大小与电机电压无关。在直线上方为不同电压对应不同的损耗。

4 结论

实验结果表明, 通过虚拟仪器技术, 可以快速、高效的开发出模块化、智能化、集成度高的电机测试系统, 实现电机各种参数的测试, 并且有较好的控制精度。

参考文献

[1]许军, 李勇.基于LabVIEW的电机试验系统设计[D], 装甲兵工程学院控制工程系, 北京, 2008.

[2]肖林.基于虚拟仪器的电机自动测试系统研究[D].潘阳工业大学, 2006.

[3]吴炯洋, 谢剑英.直流无刷电动机控制器设计[J].控制工程, 2008, 15 (6) :720-723.

基于LabVIEW的气垫船模试验平台测试系统 篇5

Labview是美国国家仪器(NI)公司推出的图形化开发环境。依托丰富的硬件资源,其在数据采集、虚拟仪器领域有着得天独厚的优势。近年来,NI公司不断推出Labview的升级版本,使Labview越来越具备通用编程语言的特点,与C++,VB,Delphi语言并驾齐驱。

电功率加载试验台是电气传动自动化的典型应用,其可靠、高效、节能的特点使其成为当今加载试验台方案的主流。近年来,用户对试验台的上位机测控系统提出了越来越高的要求,也逐渐凸显了常用工控组态软件的局限性。

由于Labview是一种编程语言,相对于工控领域应用较广的WinCC,iFix、组态王等组态软件,具有更大的灵活性,更强的软硬件操控能力,同时也更易于实现标准化和模块化。在编写自动测试程序、实时曲线显示、波形存储回放、报表生成、系统动态设置等方面,用Labview开发的测控程序明显优于工业组态软件。

2 系统方案

驱动和加载控制采用内回馈式电功率封闭系统,逆变器都连接到公共直流母线。自动化控制系统以西门子公司可编程控制器S7-300为核心,实现整流逆变装置的控制和各类逻辑控制与联锁。以NI公司的PXI系列DAQ板卡进行信号调理、数据采集。以Labview为平台开发可视化测控程序。

系统单线图和系统网络图如图1和图2所示。

3 Profibus DP通讯

作为整个系统的人机交互接口和控制中心,PXI系统控制器不仅要控制本身的信号调理和采集,还需要监视与控制现场的PLC、远程站、传动装置及其他设备,这就需要PXI系统具备可靠和高速的工业通讯能力。

Profibus 作为被已广泛应用的工业通讯协议,具有方便、可靠并且有较高传输速度的特点。通过NI的PXI Profibus通讯接口模块,PXI系统控制器可以作为主站或从站,连接到DP网络。

4 测控系统软件设计

本测控系统的软件开发平台为Labview 2009 以及NI专业开发工具包。

该程序主要分为以下几个基本模块(如图3所示):

1)主控制模块;

2)数据采集处理和逻辑通道设置模块;

3)手动试验模块;

4)自动试验编辑和控制模块;

5)动态曲线模块;

6)数据分析模块;

7)数据库归档管理模块;

8)报表生成模块;

9)其他功能模块。

由主控制模块调用各个模块,每个模块的具体功能如下。

4.1 主控制模块

当程序运行时,首先出现的是主控制模块界面,主界面是一个总的控制模块,它运行时一直在循环等待用户的操作。界面上设计了菜单功能,用户可以通过菜单选择需要调用的子模块,打开相应的应用界面。主控制模块的功能如下。

1)启动时检查通讯状态,通讯不正常时提示用户;2)通过菜单调用其他程序模块;3)记录其他模块窗口的运行位置,下次打开时在该位置运行;4)进行系统故障、报警的判断,以报警灯的形式在画面上显示,以文字的形式在画面上记录每次故障、报警的时间、内容,并将这些记录以文件的形式保存在计算机中;5)记录每次试验开始、结束的时间,显示试验已运行的时间;6)急停操作和系统故障复位。

4.2 数据采集处理和逻辑通道设置模块

该模块包括数据集中处理和逻辑通道设置两个功能。

系统中采集到的数据以及通过通讯接收和发送的数据,根据试验需要和传感器的情况,要进行比例系数、偏移量等的修正,再在人机交互界面上显示和操作。同时,试验过程中还需要对过程数据进行故障和报警的判断。这些工作均在数据处理模块中完成。该模块在进入主程序之后始终运行。

各通道正常情况下执行缺省设置的参数,但为了方便,在逻辑通道设置模块中,用户可以查看或修改比例系数、偏移量、故障条件和上下限、报警条件和上下限等参数,程序自动把用户的修改保存在数据库中,数据处理模块将根据用户的最新设置进行数据处理。

4.3 手动试验模块

该模块的主要功能如下:

1)监视辅机状态、进行辅机操作、合闸联锁、启动联锁,显示未满足的启动条件;

2)作为手动试验的主画面,显示试验运行状态,如正反转、转速、加载转矩、油压、温度、流量、故障报警等;

3)试验启动停止的控制、转向操作、给定值设定、限制值设定等;

4)对于一些关键性的设定值,用户可设定权限。如果不能输入正确的密码,则不能进行操作。

4.4 自动试验编辑和控制模块

对于一些长时间运行、重复性、循环性的测试项目,用户需要测控系统具备无人看守试验的功能。通过本程序的自动试验编辑和控制模块,用户可以灵活地配置试验的过程,程序将自动完成针对转速、转矩等任意控制变量的试验。

自动试验编辑模块为用户提供了一个友好的编辑界面,用户可以打开、新建、保存一个特定格式的文件,这个文件中保存了自动试验的所有信息。在画面中,用户可以设置需要进行自动控制的过程变量、给定值、误差限、过渡时间、稳定运行时间,可以给自动试验设定任意形式的循环嵌套,并给每一个试验具体过程命名。

编辑好自动试验后,即可在自动试验模块中运行(见图4)。对于每个自动试验程序,系统将按如下规则进行试验。

1)按照用户的设置进行循环嵌套试验;2)在每个具体过程中,先把每个变量的值和过渡时间发送给控制器,当达到过渡时间时,系统开始把每个变量的反馈值与给定值做比较,如果其差的绝对值大于相应的“误差限”,则继续比较;如果其差的绝对值小于等于相应的“误差限”,则系统开始计时,直到达到稳定运行时间的设定值时,进入下一过程(见图5)。

当前过程持续时间完成的百分比、全部试验预计时间完成的百分比,都以进度条的形式显示在画面中。

4.5 动态曲线模块

动态曲线模块是测控程序的重要组成部分(见图6),其主要特点如下。

1)用户可自由设置数据采样周期、屏幕数据长度、曲线数量、曲线颜色、曲线连接的过程变量、曲线的显示比例等信息。程序将用户的设置以文件的形式保存在计算机中,并在曲线显示画面中按设置更新。

2)可在同一个坐标系中最多同时显示16条曲线,并可根据用户需要,无限扩展。

3)可进行屏幕背景颜色和横纵向网格的设置。

4)曲线显示时,可通过游标读取所有曲线任意一个时间点的数值。

5)可以随时保存所有曲线信息到文件,以便日后查看。

6)已保存的曲线文件,可以进行回放。回放时,按照已保存的设置,可以完全重现动态曲线当时的状况。

7)用户可以将回放出来的曲线导出为Excel格式的文件。

4.6 数据分析模块

在测试进行中或者完成数据采集后,可以利用Labview功能强大的数据分析功能,进行数据处理分析。

测控软件的数据分析模块具有多种分析功能:如数字滤波、统计分析、曲线拟合、频谱分析等,以及常用参数的计算,如功率、功率因数等的计算。

4.7 数据库归档管理模块

测试过程中,用户可把采集到的以及经过通讯得到的任意数据保存在数据库中。既可以选择手动启动、停止归档,也可以选择在试验开始、停止时,自动启停归档。可以设置数据归档的采样周期,也可以手动触发,采集某个时间点的数据。

软件提供对已完成的试验进行查询的功能。如查询试验人员,试验日期,试验内容、试验结果。对试验数据的查询、修改应提供保护,原始数据不允许修改,试验报告仅限有权限的人员进行修改。

4.8 报表生成模块

常规试验各项测试完成后,可在短时间范围内完成分析计算,并生成打印出标准格式的Excel报表。报表生成格式可以由试验人员修改定制,以适应各种不同的试验和各种报表格式。

对于较早期进行的试验,只要数据库中存在归档,用户均可随时调用、查看历史数据,并按指定格式生成报表。

4.9 其他功能模块

除上述主要模块外,监控系统中还包括其他功能模块,主要实现以下功能。

1)系统设置。

用户权限设置,用户登录密码的设置,及其它对测控软件本身的设置。

2)对电气系统的监视。

以主回路原理图为基础,实时显示电网状态、配电系统状态、断路器接触器分合状态、驱动装置运行情况、电机运行参数等信息。

3)对现场情况的监视。

以图形的形式完全模拟现场情况,用户可以直观地了解到试验件、电机、变速箱、泵站、管路等设备的运行状态,发生异常时及时采取相应措施。

4)针对不同测试项目的控制。

在一个测试系统中,通常要进行不同的测试项目。开发测控程序时,可根据实际需要,设计不同的测试画面,用户可以打开某一个测试画面,进行相应的试验。

5 实际应用及结论

目前,该测控系统方案已经在军工领域的某试验台中得以应用,整流单元只提供试验台消耗的能量,约为试验功率的25%(由机械传递效率和试验件效率决定),大大减小了交流侧线电流,降低了整流变压器的装机容量,节约了投资,同时达到了良好的节能效果。

该测控软件运行稳定,方便灵活,自动试验和实时曲线均可由用户自由设置,突破了普通组态软件的局限性,为试验台测控系统的开发提供了新思路。

摘要：介绍了用Labview编程语言开发的电功率加载试验台测控系统方案。该系统使用了公共直流母线技术,以西门子S7-300为控制器,以NI公司的PXI采集板卡进行数据采集,以ProfibusDP作为通讯方式,通过Labview编程实现了试验控制、人机交互、数据采集和处理。该系统方案已在军工领域得以应用,运行稳定,节能效果显著,测控软件方便灵活,超越了普通工业组态软件的功能,达到了良好的应用效果。

关键词：Labview,电功率加载,测控系统

参考文献

[1]Rich Bitter,Taqi Mohiuddin,Matt Nawrocki.Labview:Ad-vanced Programming Techniques[M].2nd Edition.Boca Ra-ton:CRC Press,2006.

[2]Jeffrey Travis,Jim Kring.LabVIEW for Everyone:GraphicalProgramming Made Easy and Fun[M].3rd Edition.Craw-fordsville:Prentice Hall,2006.

基于LabVIEW的气垫船模试验平台测试系统 篇6

封隔器试验台拥有推拉测试架、耐温油浸恒温系统和液压测试系统等试验装置,可模拟工具在油气井井下工作的环境状况,完成各类封隔器的坐封、解封、耐温和耐压等性能试验。实验过程中的上压值,中压值,下压值,温度值是4个非常重要的数据,这些数据不仅须在实验过程中能够实时观测到,还需要在实验结束以后,能够自动生成一个数据报表 [3],本系统调用图形化SQL语言,建立ACESS数据库完成管理系统功能。。

1 系统总体设计

1.1 系统的整体设计及工作原理

系统主要由3个压力传感器,1个温度传感器,1台三菱FX3U PLC及扩展FX2N-8AD和1台工控机组成。如图1所示,其中温度和压力传感器为数据的采集端,三菱FX3U PLC及其扩展FX2N-8AD控制各马达的开关信号和存储压力和温度的模拟信号,并将模拟信号转换为数字量,工控机实现数据的显示、分析和存储等功能。

系统通过温度和压力传感器得到模拟值,由FX2N-8AD将模拟值转换为数字量,工控机与FX3U PLC通过通信完成数据的读取、分析、处理和存储,显示的数据即为当前的压力值和温度值。

1.2 三菱 FX3U PLC 与工控机之间的 通信

三菱PLC与工控机之间采用三菱FX专用通信协议 [4],通过RS232串口进行通信。图2为示为COM口串口接口及其引脚的功能说明,串口接口又统称为RS232接口,用于ASCII码字符的传输,通信使用三根线来完成:(1)地线;(2)发送; (3)接收。对于两个进行通信的端口,波特率(衡量通信速度的参数)、数据位(衡量通信中实际数据位)、停止位(表示单个包的最后一位)、奇偶校验位(一种简单的检错方式)这几个参数是必须匹配的。

上位机(IPC)与下位机(PLC)通过串口来收发命令,为了保证传输的稳定,采用三菱FX专用的通信协议,具体通信格式见表1。

表1中,通过改变CMD的值可以读出或者写入FX系列PLC各元件 (X,Y,M,S,T,C,D)的ON/OFF状态及数值内容,其具体功能如表2所示。表2中,X—输入继电器 ;Y—输出继电器 ;M—辅助继电器 ;S—状态元件 ;T—定时器 ;C—计数器 ;D—数据寄存器。

从CMD开始到ETX为止每一个字元的16进ASCII码全部相加,所得结果取右边两位分别视为总和高位和总和低位。

例如,从D123开始连续 读出4个BYTES的值,其通信命令为STX 010F604ETX 74,其中,第一个0表示读命 令, 10F6为D123的元件位址,从CMD开始到ETX为止每一个字元的16进ASCII码相加结果为30H+31H+30H+46H+36H+3 0H+34H+03H=174H,取74分别作为总和的高低位便得到通信格式。

2 上位机系统设计

上位机软件的设计主要是完成数据的采集,存储,显示,导出等功能。图3为该系统的主界面。点击参数设置按钮,进入参数设置界面,可完成相应的参数设置,图4为参数设置界面。

2.1 数据采集、存储与导出

将3个压力传感器和1个温度传感器采集的信号经过A/D转换后,工控机利用三菱FX PLC专用通信协议,通过RS232串口从A/D模块中读取当前数值, 上压,中压,下压,温度的当前数值分别存放在寄存器D508~D511中。每一次采集到新数据时,都将该数据存入ACESS数据库,一次存入的数据为8个,分别为序号, 上压值,中压值,下压值,温度值,当前时间,产品编号,产品名称。

当一个阶段的实验结束,需要将当前的数据导出,此时点击主界面导出数据按钮,系统自动生成一份EXCEL数据表格文件,并自动保存到指定目录,程序框图如图7所示。

2.2 存盘数据操作

每次试验时,系统会自动把当前采集到的数据保存到数据库,当需要某一次实验数据时,可随时点击主页面存盘数据按钮,进入数据页面,如果数据库已存有数据,此时会显示所有数据。

当需要查看特定产品编号的实验数据时,可以输入产品编号,再点击查询按钮,便可以查看,如果需要导出数据,可以点击导入数据到EXCEL按钮,存盘数据界面如图8所示,导入数据到EXCEL按钮程序 框图如图9所示。图9中, DSN=122为指定的数据源,需要在数据源管理器(ODEC)的用户DSN选项栏中添加并定义,本文中数据源为新建的ACCESS数据库,数据源名为122。

3 系统实施验证

打开软件后,首先点击参数设置按钮进入参数设置界面,完成相应参数输入, 此处设定产品编号为140402,产品名称为封隔器,回到主界面点击运行按钮,软件运行界面如图10所示。点击存盘数据,进入到相应页面,在产品编号后输入需要查询的产品编号140402,点击查询按钮,得到实验数据,如图11所示。然后点击导入数据到EXCEL按钮,可以导出当前数据表,如图12所示。

4 结束语

本文针对封隔器试验台, 提出一种基于labVIEW的封隔器试验台数据采集管理系统。采用基于FX系列PLC专用通信协议,通过RS232串口进行通信来向PLC发出指令并采集、显示压力和温度数据,并存入了ACCESS数据库。通过实验验证了该方法的可行性。

摘要：以三菱FX3U PLC及其扩展FX2N-8AD为硬件核心,以labVIEW2010为软件开发平台,建立ACESS数据库,开发了一个基于labVIEW的封隔器试验台数据采集管理系统。阐述了该系统的工作原理,介绍了三菱FX3U PLC与工控机的通信原理,详细说明了该系统的工作流程与编程方法,并且通过实验验证了该系统的可行性。