仪表开发

2024-08-24

仪表开发（共7篇）

仪表开发篇1

1 研究背景

系统仿真是电子计算机的重要应用领域, 而飞机飞行仿真是系统仿真的重要分支, 可用于飞机动力学特性评定, 飞机操纵系统可操纵性和稳定性、控制系统控制规律研究, 飞机座舱布局及航空电子系统软、硬件结构组成与功能研究, 机载武器及其发动机控制系统仿真, 飞机应急或故障情况下可操纵性仿真, 以及相关系统操作使用人员的培训[1]。飞行模拟器就是典型的人在回路的飞行仿真系统。

传统的飞行模拟器中使用的飞行仪表通常有三种形式, 即模拟仪表、改装仪表和真实仪表。由于计算机虚拟仪表显示记数的发展极其优越性, 其在飞行模拟器上的应用, 尤其是在工程模拟器上的应用将日趋广泛, 取代传统模拟器飞行仪表势在必行。

2 软件创新点

OpenGL是处理专用图形硬件的软件接口, 是支持可视化实现、支持视景生成的程序设计语言。它非常适合可视化仿真系统[2]。它能够从多种可选模式画图元, 而且一种模式的设置一般不会影响其他模式的设置。图元由一组顶点定义, 该组顶点既可以只包含一个顶点, 也可以包含多个顶点。顶点的说明由位置坐标、颜色值、法向量和纹理坐标组成[3]。

本文中的虚拟仪表软件就是利用OpenGL的这些特点开发制作的。该软件基于VC++的MFC编程, 通过嵌入OpenGL语句实现绘图。其特点是通过总结飞机仪表的共性, 根据这些仪表的形状特征设计开发了圆形刻度表盘、垂直刻度带、水平刻度带、俯仰梯度表和垂直刻度表等五种类型虚拟仪表, 并且这几类虚拟仪表可基本覆盖航空常规仪表的需求。

本软件具有可视化界面, 增强了直观性, 使用者可通过任意设置修改软件中的参数得到需求的仪表画面, 同时通过软件的导出功能将需求的仪表画面的相关参数导出。该软件可灵活地被移植到飞行仿真系统中, 用于飞机仪表应用程序的开发, 大大提高相关软件的开发效率。

3 软件功能介绍

圆形刻度表盘可应用于空速表、航空时钟表、无线电磁指示仪表、座舱压力表、发动机转速表、高度表、马赫数表等仪表的开发。该软件可通过修改起始角度、扫射角度、圆盘半径、表盘线宽、相关颜色信息、刻度线信息、文字信息等参数实现应用。显示界面见图1。

垂直刻度带可用于开发平视显示器显示画面中的高度刻度带和速度刻度带。该软件可通过修改刻度带对齐方式、刻度线信息、文字信息等参数实现应用。显示界面见图2。

平显俯仰梯度表可用于开发平视显示器显示画面;仪表俯仰梯度表可用于开发地平仪仪表和多功能显示器显示画面中的垂直显示画面。该软件可通过类型选择实现平显俯仰梯度表和仪表俯仰梯度表的切换, 可通过修改刻度线信息、标志信息、文字信息等参数实现应用。显示界面见图3和图4。

垂直刻度表可用于开发多功能显示器显示画面的高度刻度带和速度刻度带。该软件可通过修改刻度尺信息、仪表信息、刻度线信息、文字信息等参数实现应用。显示界面见图5。

水平刻度带可用于开发平视显示器显示画面中的航向刻度带。该软件可通过修改刻度带颜色、文字大小、刻度线信息、物理参数值等参数实现应用。显示界面见图6。

每一种虚拟表盘的界面中均有一个“导出”按钮, 点击该按钮, 可弹出“导出”功能对话框, 提示用户保存该界面下当前设置的各参数的数值, 文件保存名称可由用户根据需要进行修改, 文件将被保存在与该软件exe相同的路径下。

4 软件界面

4.1 圆形刻度表盘

4.2 垂直刻度带

4.3 俯仰梯度表

4.4 垂直刻度表

4.5 水平刻度带

5 结论

以上是本文中制作的虚拟仪表软件的各项功能描述, 该软件可快速灵活地被移植到飞行仿真系统中, 可减少相关工作量, 提高软件开发效率。软件不足之处是软件界面有待美化改进。

摘要：本文在总结了诸多机型显示仪表共同点的基础上, 使用基于VC++的MFC编程, 通过嵌入OpenGL语句设计开发了具有可视化界面的虚拟仪表软件。该软件包括圆形刻度表盘、垂直刻度带、水平刻度带、垂直刻度表和俯仰梯度表等显示画面, 并可快速灵活地被移植到飞行仿真系统中, 可用于具有平显画面、多功能显示画面、常规虚拟仪表等应用程序的开发, 能很大程度提高相关软件的开发效率。

关键词：仿真,OpenGL,虚拟仪表

参考文献

[1]卢惠民著.飞行仿真数学建模与实践.航空工业出版社, 2007.3

[2]和平鸽工作室编著.Open GL高级编程与可视化系统开发.高级编程篇》.北京:中国水利水电出版社, 2005

[3]向世明编著.《Open GL编程与实例》.北京:电子工业出版社, 1999.9

仪表开发篇2

摘要：作为汽车内饰当中最为重要的构成部分，仪表板上集中了各种仪表与信号、操作开关，汽车所有操作控制和显示都集中在仪表板上。对于驾驶员来说，设计优良的仪表板能够在其行驶过程中为其提供各种内部信息，让驾驶变得更加方便、安全。同时，仪表板在一定程度上也能够体现出一辆车的风格和个性特点，更是衡量仪表板制作厂家技术与工艺水平以及艺术风格的重要指标。为此，本文就基于逆向工程的汽车仪表板开发问题展开了分析。

关键词：逆向工程；汽车仪表板；开发

中图分类号： U463 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）11-186-2

0 引言

作为构成汽车的重要零部件，汽车仪表板呈现出的外表面较为复杂，不但产品的更新速度很快，对仪表板表面的质量也有着很高的要求。为此，如何在提高产品开发速度的同时使仪表板表面质量得到有效保障成为了实际生产当中亟待解决的一个问题。此种情况下，通过对已有产品进行逆向分析、研究，进而推导出该产品处理流程和功能特性以及技术规格、组织结构等设计要素的逆向工程技术被逐渐应用到汽车仪表板新产品开发当中。下面就逆向工程的汽车仪表板开发做进一步分析。

1 汽车仪表板设计方法和路线

早期的仪表板设计较为侧重于功能，所以，在造型设计上较为规则和简陋，缺少美观性。但是随着人们物质生活水平的提升，人们在注重性能的同时，越来越看重外观，也就是汽车仪表板造型的美观。同时，对仪表板表面的质量要求也从原本的B级上升到现在的A级[1]。

从仪表板的造型设计来看，最开始的时候要像整个车辆设计那样确立一个初始布置方案，然后经由造型师在参照最初车辆总体布置中轮廓的大致尺寸分别制作出二维的效果图与三维的油泥模型。

2 仪表板逆向设计

2.1 前期的准备

第一，剖析产品，将其结构的主要特征、整体设计思路以及建模顺序确定下来。在仪表板结构主要特征的确定过程中需要对配合面和产品外形轮廓特征这样的基本特征同诸如面和面之间过渡、凹腔、凸台以及倒圆角这类的构造特征有明确区分，在此基础上以基本特征为着手点生成仪表板模型的基本形状，在此过程中要保证重点。当基本形状生成之后，再继续进行诸如过渡面以及凹腔、凸台、筋条和孔等细节部位的设计。

第二，把仪表板设计过程中应遵守的指导原则确定下来。对于汽车的整体来说，任何一个零部件都是不可或缺的重要构成部分，因为有它们的存在才构成了一个有机整体。所以，在正式重构仪表板曲面之前首要考虑的问题就是在整车装配上其与其他零部件间的协调问题，也就是说，应给那些在装配着中具有重要作用的部位或是边界位置设立一个统一标准[2]。

2.2 数据的获取

要想获得完善的数据，就需要使用ATOS进行扫描，然后把得到的数据输入到相关的软件当中，使用的格式是*.asc以及*.stl，所输入的软件一定要是Imageware的软件当中。下附测量点云图示图1：

2.3 数据的预处理方式

因为汽车的仪表板中，所拥有的油泥在尺寸方面比较大，并且所呈现的形状也非常复杂，这样只有经过多次的反复的扫描并且配合着TRITOP相机的数码系统。但是此种相机会拍摄到多种参考点的作标位置，因此可以对这些坐标点和各种云间点进行联系和对应，然后在对应的基础上让ATOS系统中自己所带领的软件实现各个云点之间的融合和拼凑。结束这些工作以后还需要在Imageware软件当中进行噪声点的删除项目，最后使用等距离的方法对点云进行精简，并且把点云放在汽车装拼中的指定位置上，以此确定产品所出模的方向。

2.4 曲面的重构

在利用逆向工程重构曲面的时候，要以面在仪表板产品上的重要程度为依据规划好构建顺序，通常来说，构建的顺序为基础面、大一点的过渡曲面、细微特征与圆角特征[3]。构建顺序的不同会对整个模型重构时间以及仪表板外表面最终的质量产生直接影响。曲面的生成方法有两种，分别是由曲线生成的曲面和由点云直线生成的曲面；曲面重构的步骤有如下几步：一是曲面的分块；二是创建基础面；三是创建过渡面；四是分析、检查曲面；五是完善模型。

若最开始的数据分块分得好，在点云基础上拟合曲面的方法就会很快速和直接，而且曲面生成过程中曲面的光顺性以及其与点云之间的误差都能够得到有效控制。但此种方法的缺点是曲面的调整需要从低控制点分布的3×3调整到高阶的n×n，其中n的值一般不会超过10，以致这个过程会消耗大量的时间成本。对于利用曲线生成曲面的方法来说，其关键点在与架构线要生成良好，若有了好的架构线，即使没有点云做支撑，也完全可以通过这些架构线做成曲面，并能够使精度要求得到满足。

2.5 曲面的检查

当曲面创建完成之后，还需要对其做误差分析以及光顺性与连续性的检查，其中误差的分析在曲面创建的过程当中就完成了，所以，只需要进行光顺性与连续性检查以及触摸方向的检测即可。下面具体介绍下光顺性检查与连续性检查：

①光顺性检查。若一条曲线曲率半径图连续，各部分都是单调段，那么就可以称其是光顺的。在分析曲面光顺性时主要从以下几方面入手：一是精度要求；二是与曲率方向尽量保持一直；三是曲率比即将要做的圆角过渡半径值大。

②连续性检查。曲面间光顺的连接有两种，分别为整边连接、部分连接，对两曲面连续性做局部调整时，可对正切比例的因子进行适当调整。

2.6 三维结构的设计

当重构完表面模型以后，就能够开始结构设计工作。汽车当中仪表板本体是由骨架与发泡部分构成的。通常发泡层的实际厚度约7毫米，能够使基础面向里便宜，使发泡层的厚度增加，之后再进行过渡面的添加，形成表面，最后对内表面进行封闭处理，并把曲面模型变成实体模型[4]。其中，骨架可以使用钢骨架的形式来构成，通常实际厚度为1毫米左右，并且还要在其上布设相应的工艺孔，使得发泡层可以顺利进行流通。同时骨架的设计不仅满足实际装配需要，还要具备一定的刚度，有效确保仪表板不会出现变形等现象。下附产品骨架图示（图2）：

3 结束语

汽车仪表板的造型以及表面展现出来的质量将会对车辆整体的美感与性能以及产品销售量造成直接影响。在汽车仪表板的开发当中逆向工程已经成为了主流形式，它的应用不但有效缩短了仪表板的设计、开发周期，还使得仪表板的造型、质量得到了优化，同时，降低了新产品开发的风险和成本，大大提升了企业的竞争实力。

参考文献

[1] 汪洪清.汽车仪表板手套箱开发研究[J].汽车实用技术，2015（3）：52-55.

[2] 侯桂芳.汽车仪表板的模块化设计[J].专用车与零部件，2015（8）：71-72.

[3] 宫文峰，黄美发.逆向工程技术的应用与研究[J].机械设计与制造，2013（1）：110-112.

仪表技能实训仿真教学系统的开发篇3

关键词：仪表技能实训,仿真教学,模块化,开放平台

1 引言

随着高校的扩招, 实验室建设速度难以满足教学的需求, 相对集中的实践教学时间使实验设备难以招架, 设备出现故障的时间间隔越来越短和台套数越来越多, 破解这一难题成了迫在眉睫的问题;我校自动化专业实验室有八套仪表校验设备、十套仪表接线实训设备、十套气动调节阀和八套过程控制系统设备, 每年除了承担自动化专业二个本科班、测控技术与仪器专业二个本科班、电气工程及其自动化专业 (卓越) 一个本科班和电气自动化技术一个专科班的仪表技能实训外, 还要负责过程装备与控制工程、化学工程与工艺和石油化工技术 (专科) 十个班的实验教学任务, 由于开设实验实训的实验室设备台套数有限, 而使用设备的学生人数众多 (一年700人以上) , 若学生对设备和操作流程不熟悉将必然导致实验实训时间长、设备故障频繁和因分组组员多而出现有人根本就没有动手机会的情况;如果有一平台, 学生能利用这一平台熟悉实验实训设备、熟悉实验实训过程和操作流程, 就可以加快学生实验实训进程、缩短实验实训时间和减少设备的故障率, 若同时合理安排实验实训时间, 开放实验室, 就为每个学生动手实践创造了有利条件;基于以上原因萌发了开发仪表技能实训仿真教学系统的想法, 为了使学生熟悉实验室仪表, 仿真教学系统设计了仪表结构和原理模块, 为了使学生掌握仪表的使用方法和操作流程, 仿真教学系统设计了仪表校验、仪表接线和调节阀拆装等模块, 为了使学生掌握自动控制的基本思想, 仿真教学系统设计了系统调试与运行模块, 为使学生学习更方便, 成为一个全新的学习平台, 仿真教学系统做成了开放性的网络学习平台。

2 仿真教学系统方案设计

2.1 实训内容模块化

仪表技能实训仿真教学系统采用了模块化的设计理念, 根据企业对仪表自动化技术人员知识、能力和素质的要求, 将系统划分为常规仪表实训和系统调试与运行实训二个大模块, 对大模块再细化, 得到如图1所示的仪表技能实训仿真教学系统模块结构图。

了解仪表的结构和原理是仪表自动化技术人员从事专业技术工作的基础, 仪表校验和调节阀拆装是仪表自动化技术人员从事专业技术工作应具备的基本技能, 而仪表接线将是仪表自动化技术人员从事专业技术工作经常要做的工作, 因此常规仪表实训模块包括仪表结构与原理、仪表校验、调节阀拆装和仪表接线四个子模块;仪表接线完成后, 将进行系统调试与运行, 先要对各个环节进行测试, 通过后再进行整机调试和PID参数的整定, 将上述过程中将出现一些常见的故障, 对故障进行分析和排除也是仪表自动化技术人员从事专业技术工作的一项必备技能, 故系统调试与运行实训模块包括环节测试、整机运行和故障分析三个子模块。

2.2 网络化的开放平台

仪表技能实训仿真教学系统是学习仪表知识和掌握仪表技能的一个全新平台, 只要有愿望都可以到平台中来学习, 故平台开放性是系统开发的一个前提, 系统没有做成一个纯粹的软件, 而是构建成一个网络平台, 挂靠在计算机与电子信息学院的主页下, 有权限的同学都可以进入系统学习仪表技能;同时设有留言板, 为师生交流和同学交流提供一个互动平台。

3 软件的开发

由于子模块多, 各个子模块开发的方式也有所不同, 这里只介绍仪表接线子模块的设计过程。

3.1 仪表接线子模块的功能需求

通过咨询企业仪表工程技术人员、分析往届学生的实操经历、与实训指导教师的探讨及实验室现场操作, 认为仪表接线子模块要具有以下功能:

(1) 构建一个控制系统需要有哪些设备, 基本的工作原理是什么。

(2) 仪表接线的前期工作说明。

(3) 仪表接线中需要要注意哪些问题。

(4) 动态显示仪表接线过程。

(5) 学习人员可以动态实现操作过程, 并能及时提醒操作中的错误。

(6) 动态显示仪表布线过程。

(7) 动态显示仪表拆线过程。

3.2 仪表接线子模块功能的实现

仪表接线子模块前三项功能内容做成了网页, 通过菜单和工具栏调用;用flash制作动画, 用firework修图, 动态显示仪表接线、拆线和布线过程;用actionscript交互, 完成学习人遇动态实现操作过程和提醒操作中的错误。图2、3、4、5、6所示是一流量控制系统的接线仿真过程 (过程复杂, 省略了很多步骤) 。

4 结语

仪表技能实训仿真教学系统的开发为学生学习仪表知识和掌握仪表操作技能提供了一个全新的平台, 通过平台可以熟悉仪表的结构和工作原理, 熟练掌握仪表的操作流程, 缓解了实训设备不足的矛盾, 减少了实操时设备的故障率, 对培养学生的仪表技能具有十分重要的意义。

参考文献

[1]管成程.电气控制与PLC仿真教学的设计与应用[J].计算机光盘软件与应用, 2014.16.

[2]刘颖.仿真技术在电气控制技术教学中的应用[J].信息安全与技术, 2013.5.

仪表开发篇4

在原来的电力系统中,高低压配电柜中往往要安装各种各样的机械式仪表(如电度表、电流表、电压表等)以实现对电力系统的监视,并有专人每隔一段时间到所有仪表点进行手动抄表,为将来的数据分析和处理提供数据基础。这样的工作方式,由于安装了大量的种类复杂的仪表,而大大提高了生产运行成本和人力成本,且工作效率低下,容易出现记录失误。

随着计算机科学技术的发展,计算机在电力监控领域中得到了越来越广泛的应用。使用多功能网络电力仪表(以下简称“多功能表”)代替机械式的电力仪表已成了工业自动化的大趋势。由于多功能仪表不但可以一表多用,而且可以通过其通信接口来实现上位机或者手持编程器对仪表的编程设置、数据采集等功能,所以使用多功能网络电力仪表能够在很大程度上减少人力成本,降低运行成本,并且可以极大地提高工作效率。

本文介绍的多功能表主要针对电力系统、工矿企业、公用设施、智能大厦的电力监控需求而设计,具有极高的性价比。同时该表具备完善的通信联网功能[1],非常适合于实时电力监控系统,其既可以在本地使用,也可以通过现场总线组成高性能的遥测遥控网络。

1 系统特点

此多功能表主要基于TERIDIAN公司的71M6513芯片而设计,它能高精度地测量所有常用的电力参数,如三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、频率、功率因数等。它采用三个LED数码管来分屏显示各个仪表测量参数和电网系统的运行信息。仪表面板则带有四个可编程设置按键,用户可现场方便地实现显示切换、仪表参数编程设置等功能,操作控制简单灵活,体现较高的人性化设置。

此多功能表作为一种先进的智能化、数字化的电网前端采集元件,可广泛应用于各种控制系统,如能源管理系统、变电站自动化、配电网自动化、小区电力监控、工业自动化、智能建筑、智能型配电盘、开关柜、发电机组系统等,在成本低廉、性能卓越的前提下,同时具有安装方便、接线简单、维护方便、工程量小等优点。

1.1 主要功能

本设计方案中多功能表其主要功能有:

(1)三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、频率、功率因数、四象限电能、开关量输入状态等系统电参量的分屏实时显示;(2)4位密码验证系统,密码设定范围为0～9 999;(3)标准半双工RS485通信接口,符合标准MODBUS-RTU通信协议;(4)有功电能、无功电能脉冲输出功能;(5)3输入4输出的开关量输入输出功能;(6)电路具有实时时钟功能。

1.2 显示精度

下面以电压量程为AC 400 V、电流量程AC 5 A为例进行介绍,各电气量的测量结果如表1所示[2]。

1.3 系统设置参数

系统的接线方式为3 P 3 L(三相三线制)或3P4L(三相四线制);电压量程为AC400 V或AC100 V;电流量程为AC5 A或AC1 A;PT(电压互感器)变比为1～9 9 9 9,步距为1;CT(电流互感器)变比为1～1 400,步距为1;通信地址:1～245;波特率选择为4.8～38.4 kbit/s可调;电压阀值报警为过压100%～120%可调,欠压70%～10 0%时可调;电流阀值报警为过流100%～120%时可调。

2 硬件构成

就系统总体而言,此多功能表是一个标准的信号采集与处理系统。它以数字信号处理器为核心,通过对模拟信号进行检测与处理,来获取电压、电流、频率信号,并做进一步的分析和计算,来得到其它所需的各种信号有效值,最后通过LED数码管的形式显示出来。

数字式多功能网络电力仪表硬件主要包括电压和电流信号检测、微处理器、信息显示、操作按键、数据通信、电能脉冲输出、实时时钟、EEPROM模块、开关量输入输出和电源等模块组成,如图1所示。

1)电压和电流信号检测。采用高精度电压、电流互感器和采样电阻配合来实现。电流互感器采用5 A/2.5 mA精密互感器,精度为0.1%。电压互感器采用额定电流比为2 mA/2 mA的精密互感器,精度也为0.1%。系统成型后也可将电压互感器改用多个分压电阻组合来完成,电流互感器则改用康铜丝来实现,这样在元件成本上又是一大突破,其与前者区别在于对71M6513芯片的内置电能计量模块进行数据校准时必须额外地通过算法,精心修正其相位角及各参数补偿等设置。而前者在数据校准时则只需完成功率误差校准和电压电流小信号补偿即可。

2)电源模块。采用开关电源的模式,主要功能是为系统提供电能。它包括3路输出,即+5 V主电源、+5 V隔离电源、+3.3 V电源等,其中+5 V主电源用于系统运行,+5 V隔离电源用于通信,而+3.3 V电源则用于芯片运行。整套电源基本要求为+5 V主电源功率不低于4 W,+5 V隔离电源功率不低于1 W,模块纹波低于70 mV。同时配有两路掉电保护电路,在系统电压过低或者断电时,由与电路信号相连的芯片比较器端口产生报警标志,从而由系统进行掉电操作。

3)EEPROM模块。通过I/O口模拟IIC总线驱动,并采用了铁电的FM24CL04存储器来完成该EEPROM的读写功能。

4)实时时钟。71M6513芯片内置有RTC实时时钟模块,进行正确设置后即可用来为系统提供准确的日期和时间信息。

5)信息显示。采用三个高亮度数码管来显示系统中的各种信息,并配合一定的LED指示灯来显示系统状态信息。

6)操作键盘。设置4个操作按键,即设置键、向上键、向下键、确认键等,来实现各种操作控制功能。为了便于系统进行按键处理,采用了行键盘(即每个按键对应一个MCU的输入口)。

7)数据通信。芯片内置UART模块,通过MODBUS-RTU通信协议,来实现与现场总线网络的互联。

8)微处理器。由于多功能表对数据计量要求较高,故需要采用高性能微处理器或者电能计量芯片配合普通芯片来实现。而本系统则采用了TERIDIAN公司的71M6513芯片作为该多功能表的处理内核。此款芯片配有64 KB FLASH、7 KB RAM,同时配置了51的内核、RTC模块和IIC总线,最重要的是其内置了一个带有21位Δ-ΣADC和32位计算引擎的电能计量模块,为本系统各电参量的高精度实现提供了保障。

9)开关量输入输出。由于芯片I/O口的数量有限,该多功能表在硬件上选用了飞利浦公司的PCF8574芯片作为附加元件,主要实现了I/O口的串联改并联的功能,通过三个系统I/O口来模拟两个数据端和一个时钟端。系统通过对该芯片进行数值读写来完成对开关量输入输出信息的采集和控制。

3 系统软件结构

该多功能表软件代码全部采用C/C++语言编写,编码效率高,可维护性好。同时实行模块化设计,可根据用户的需求方便地对功能模块进行裁剪,而且代码经过优化,其生成的目标代码大小和执行效率已与汇编代码相差无几。

该表的软件结构主要包括主程序模块、系统配置与设置模块、常规电参量数据处理模块、电能计量模块、LED和键盘模块、数据通信模块、EEPROM读写模块、开关量输入输出模块等。软件系统的组成框图如图2所示。以下将根据软件框图对各个模块作简单介绍。

主程序模块为整个系统的整体构架,所有子程序应用结果最终都将汇总于此程序。该程序在关闭总中断使能后,首先调用了系统参数初始化的模块程序,随后开启需要应用的T0、T1等功能块的中断使能和总中断使能。然后开始进入本系统的程序主循环,在主循环之中,首先对接线方式选择、电压量程选择、电流量程选择进行了判断,其次分别调用了频率监测相选择程序、A/D转换数据处理程序、电压电流功率单位和小数点换算程序,随后对系统参数是否重载、波特率是否更新、通信接收数据是否重载、电能数据是否更新、电能是否清零、显示数据是否进行1 s更新等选项进行了判断和处理。图3为主程序的流程图。

E E P R O M读写模块的软件实现则主要通过对I/O口编程来模拟I I C总线驱动程序,完成系统对EEPROM的读写功能,从而实现系统对所有配置数据、校准值数据和电能数据的掉电保护功能。

电能计量模块的软件实现则首先通过模拟输入口、21位Δ-ΣADC和32位独立计算引擎获得当前的电能相关电参量值,使得其他模块可以调用这些数据来实现相应的信号和数据分析功能,其中相关电参量主要包括电压、电流、频率、有功(无功)功率、功率因数、有功(无功)电能等。并向电能计量芯片中写入设置值(如配置和校准参数),最终实现电能计量相关的所有功能。

以下列举三相四线情况下部分电参量算法:

电压:;电流:;频率:;有功功率:PW=ws×Po;无功功率::Q=var×Po;功率因数:。其中:vx表示电能计量模块得到的各相电压初始值;ix表示电能计量模块得到的各相电流初始值;fr表示电能计量模块得到的频率初始值;ws表示电能计量模块得到的有功功率初始值;var表示电能计量模块得到的无功功率初始值;Vrms表示电压有效值换算系数;Irms表示电流有效值换算系数;Fre表示频率有效值换算系数;Po表示功率有效值换算系数;Ibx表示电流值的线性偏移量。

在信息显示模块中,LED显示通过I/O口来实现与芯片内核的连接,系统通过对芯片I/O口的操作来间接地操作LED显示的切换。同时运用芯片定时器来实现显示时序控制和屏幕刷新控制。

键盘处理模块也是通过芯片I/O口连接的,系统通过对I/O口的扫描取值判断来实现键盘对系统的操作。同时利用定时器来实现按键去抖动中的延时。

系统设置与运行显示模块的功能是通过菜单界面的形式显示系统设置信息和系统运行状态信息。本模块功能的实现须与显示模块、键盘处理模块配合协调完成。在运行显示状态时,系统通过向上、向下两个按键完成电压显示、电流显示、功率及功率因数显示、频率显示、开关量输入、无功电能显示和有功电能显示等页面的切换。图4为仪表手动编程流程图,说明了密码验证模式、设置显示模式、编程模式的菜单之间的相互级联切换方式。

数据通信模块运用了基于标准Modbus-RTU通信协议的R S485通信(可以根据需要增加其它通信协议),并在完成常规通信读写功能的同时,嵌入了CE校准数据的写操作。

开关量输入输出模块主要基于飞利浦公司的PCF8574芯片,系统通过对该芯片进行数值读写来完成对开关量输入输出信息的采集和控制,其中开关量输入信号的体现形式主要为LED显示和通信读功能,开关量输出信号的控制方式主要为手动设置和通信写功能。

4 结语

由于采用了电能计量芯片与51单片机内核相结合的71M6513芯片,使得本文所介绍的多功能网络电力仪表在元件成本上、系统结构上和仪表精度上均大大优于市场上流行的采用DSP芯片或者独立电能计量芯片与单片机相结合而制作的多功能表。本表在经过本公司大量的生产实践及拓展开发后,见证了其模块化设计的优越性,也验证了其控制系统的稳定性和高精度特性。在日趋完善的电力监控系统中,该多功能表凭借其出色的特性及低廉的价格,必将拥有优越的市场前景。

参考文献

[1]吕利昌,肖志勇.电子式多功能电能表的设计与实现[DB/OL].[2009-04-05].http://www.eaw.com.cn/news/display/article/14481.

仪表开发篇5

一、DCS监控系统的构成

(一)、系统的组成部分

DCS监控系统是运用通信技术和计算机技术等,在微处理器的基础上集中的进行管理、监视等综合控制的一种新型系统。它主要包括了几个模块:1、数据通信模块,这个模块的主要功能是对现场进行保护、对智能仪表负责数据通信,以及完成和主站的数据通信;2、数据上传和发布模块,这个模块主要负责把监测来的数据通过局域网予以上传,以及对于突发事故的处理;3、数据分析、处理模块,这个模块主要功能是可以随时通过人机界面对生产过程进行浏览,针对下位机在线的进行运行状况监测。

(二)、DCS的网络结构部分

DCS监控系统的网络结构主要包括上层操作网络和底层操作网络。底层操作网络作为工业控制的主要部分,为了完成系统控制的要求,会在模块ACM和模块I/O中进行各分站间通讯的完成。而上层操作网络的主要功能是把监控的数据提供给人机界面。DCS的网络系统采用的结构是以太网,通过冗余服务器的作用把实时监控的数据上传到以太网上去,再在各分站之间进行数据交换,这样一来就避免了分站和相关控制器直接进行通讯的麻烦,减轻了ACM的通讯负荷。

(三)、人机界面

人机界面的功能是让用户可以通过网络环境进行针对动态数据的分析、浏览等活动,对仪表参数的处理相对简洁,并且可操纵性强。人机界面有多个层次的机构,例如服务器系统、数据处理系统、浏览器系统等,是一种基于COM模型和ActiveX方法的电子浏览系统,主要包括数据库服务层、应用服务层以及浏览器层。

二、化工仪表DCS监控系统的开发与应用

化工生产过程会涉及到各个环节的物料成分、温度、气流、压力的检测以及实时的对其进行调节,因此需要对数据进行及时的采集与判断,这就需要智能仪表的帮助。因为智能仪表不仅能够准确的记录下当前的实时信息,还能够将信息进行长久的保存,并可以实现测量值向工程值的转换。而且智能仪表的国际标准信号抗干扰能力强,能够和上位机进行良好通讯,为生产过程信息化提供了基础。也在一定程度上减轻了硬件设备的负担,缩短了工人的工作时间以及减少了工作强度,提高化工产业的生产效率,从而很好的促进化工产业的发展。

将DCS监控系统应用到化工系统中一定要满足以下几点功能。首先是模拟量的控制和数据采集功能;其次是开关量的顺序控制功能;以及混合控制(即模拟量、开关量相结合进行控制)功能。除了这三个功能,还应该具备安全可靠、便于使用、易于安装、便于维护和扩展以及人机界面友好的特点。

三、DCS应用时需要注意的问题

首先要注意的是安全应用的问题。在应用DCS监控系统之前应该进行相应的调试工作,主要针对的是温度开关、压力开关、液位开关等报警控制;还要测试信号发生端,先输入模拟信号,再检查PV值以及对应的颜色变化,证明是否可以正常运行。

其次注意执行器的选择,因为它是生产中最重要的设备,与生产过程有着密可不分的关系。但是执行器运行的环境往往很恶劣,多数都是腐蚀、高温的状态,它在DCS系统中可以充当风门、切断阀或者是变频调速器等。因此,选用恰当的执行器并加强对其的维护是保证DCS监控系统准确无误进行的关键。对于切断阀和调节阀的选用也要结合化工生产环境,特别是在耐腐蚀、高压、高温的设备中控制一定要符合生产要求,以免出现一些和显示中心不相符的操作。

总结:

综上所述,DCS监控系统是一种综合的智能控制系统,它将电子技术、通信技术以及计算机技术进行了有机的结合,可以在化工生产中依据不同的生产环境针对需求进行配置,能够将液位、温度、压力等参数及时的向监控中心反映,它运行的状态好,便于维护和操作,能够适应恶劣的环境。如果在应用时加以注意就可以大大的提高化工生产的效率,以及保证化工生产的安全性和可靠性,节约材料和能源,提高企业的经济效益。

摘要：伴随着时代的不断发展,科技的不断进步,计算机技术在工业领域的应用越来越广泛,DCS监控系统也越来越受到推崇。它能够实现企业对于工业生产过程的控制运算和管理,实现保护功能齐全、无人值守、调试方便、性能可靠、运行稳定的信息处理和数据采集平台。本文针对DSC监控系统的构成和特点进行介绍,从而探索研究化工仪表DCS监控系统的开发与应用。

关键词：DCS监控系统,化工仪表,开发,应用

参考文献

[1]田广华,宋彩霞.煤化工产品工艺路线[J].现代化工, 201 2,32(2).

[2]徐洪安、费仁元、王民、冯瑶,网络监控服务系统中图形化人机交互界面的研究[J].制造业自动化,2004年,(1)

仪表开发篇6

目前,职业技术院校和职业培训机构中的技能培训与鉴定考核教学设备数量不足,既能实现技能培训又能进行鉴定考核的一体化教学设备十分短缺。为了解决这一难题,本文结合职业技术院校自动化类专业或仪表类专业化工仪表维修工就业岗位的知识与技能要求,针对培训学员进行技能培训和考核鉴定而开发设计的化工仪表维修工技能培训考核教学系统(以下简称“系统”),涵盖从初级工到高级技师的所有等级,突出技能训练的指导性、实用性和可操作性,着重培训学员的动手操作能力,达到培养具有岗位能力和拓展创新型技能人才的目的;该教学系统既适用于职业院校相关专业的课程实训教学和化工仪表维修工的技能培训和考核鉴定,也适用于石油化工企业仪表维修职工的技能培训和考核鉴定。另外,教师参与该项目的开发研究,还有利于培养专业教师的实践操作技能,加快了专业实训室的建设步伐,有利于促进学院自动化技术专业的建设与发展。

1 系统的开发依据与功能要求

1.1 系统的开发依据

生产过程自动化技术专业的职业核心能力之一是化工仪表操作与维护。近年来,随着石油石化、化工制药等行业的蓬勃发展,生产过程自动化控制技术也发展很快,构成过程自动化控制系统的化工仪表应用十分广泛,测量技术与手段也在不断更新,因此化工仪表的应用和维护量不断增加。再者,化工仪表正在向智能化、数字化的方向发展,这是发展的趋势,对维修技术要求更高,维修难度也更大。

通过对石油石化企业、化工制药企业的调查发现,他们需要从事生产过程检测和控制及自动化控制系统安装调试、运行维护能力的高技能人才,就业岗位主要分布于化工厂、炼油厂、制药厂等相关企业过程仪表和控制系统的安装、调试、运行、维护岗位,这些岗位对应的工种是化工仪表维修工。岗位要求包括及时获取各种信息,解决工程、生产中遇到的检测和控制问题,必须合理选择和应用各种传感器,以实现现代化测量和自动控制。因此,学生必须掌握扎实的化工仪表操作与维护相关的知识和技能,我们把化工仪表维修工的岗位技能确定为自动化专业的主要岗位技能。

所以,系统的开发依据是适应生产现场化工仪表操作与维护相关的岗位,根据自动化及相关专业的培训教学需要,依托国家与化工仪表维修工各等级应有的职业标准及技能实作细化指标,培养具有化工仪表维修工各等级技能要求的中高级创新型技能人才。

1.2 系统的功能要求

系统的功能要求是具备化工仪表维修工各等级的技能要求的培训项目,应采用国内外先进仪器与典型仪表调校为实例,以技能操作为核心,可以完成仪器使用、仪表选型、测点选择、仪表安装、控案确定、仪表调校、回路测试、参数整定、系统联调、运行调试、数据采集、控制运算、组态能力、故障诊断、复杂控制、网络通讯、交工验收、填写报告等基本技能训练。

2 系统的硬件结构设计

根据系统的开发依据与功能要求,结合培训教学需要,系统吸收了国内外同类产品的特点和长处,汇集了仪表专家及培训教师的丰富经验,精心设计、推出的全新系列技能培训考核教学系统。它将连续性工业生产过程中常见的容器、管路、泵、阀门等设备微缩、集中,配合自动测量、控制装置可以对典型的物理参数(液位、流量、压力、温度)进行测量、显示记录和各种自动控制。系统硬件采用了开放式的结构,按带控制点工艺流程图识读可拆可装,即所有的设备和一次仪表均可视、可调校、可操作;多阶液位对象通过柔性连接可以实现多种被控过程;开放式软件组态环境可根据不同的控制方案组态构成不同的控制系统。装置可配接多种控制器(模拟调节器、数字调节器、变频器、可编程控制器、工业控制计算机等),实现从简单到复杂、从经典到现代的控制策略,并配有故障箱,以适应各级各类不同层次培训教学单位的需要。

该系统突出技能训练的指导性、实用性和可操作性,有技能训练课题几十个;训练内容经典,着重培训学员的动手能力,达到培养具有关键能力和拓展创新型技能人才的目的。结合工业自动化技术最新应用技术,充分考虑现代工业综合自动化技术的发展趋势,研发既符合学校实训要求又贴近工厂实际使用的创新型教学系统,并配套实训教程。

教学系统是典型(三容)精馏工艺设备、独立双回路、不锈钢容器与不锈钢管路、现场仪表管路可按图拆装,控制装置和被控对象分体、信号端口开放的配线结构形式。

2.1 总体结构

系统硬件由被控对象和操控台(柜)两部分组成,中间采用接线端子连接,其结构示意图如图1所示。

2.2 被控对象

被控对象部分采用铝合金框架式结构,并配有移动脚轮。装置的工艺设备为一套双独立回路三容微缩水循环系统,其工艺流程如图2所示(图略)。设备的控制装置用来测量和控制水循环系统运行过程中关键部位的工艺参数。控制装置由各种变送器、显示仪表、执行装置和控制器组成,大多采用国内名牌仪表及进口品牌工业级产品。执行装置由电动调节阀、变频调速泵、晶闸管调功器等多种类型构成(可使控制多样化)。控制装置和仪表的小型化,使得教学装置结构紧凑、布局合理、安装维修方便。

2.3 操控调校台

操控调校台由各种仪表调校信号源(压力、电流、电压)与模拟显示、记录、控制器模块、继电器和按钮模块、智能仪表模块、PC机和显示器、键盘等组成。

3 系统的软件结构设计

3.1 DCS控制系统介绍

本系统选用了浙江大学工业控制技术研究所自行开发的新一代主控系统——UW500,该系统具有稳定、先进实用、友好开放的特性,并已广泛应用于化工、制药、炼油、石化、钢铁、能源、建材、轻工、造纸、环保等行业,具有可靠性高、系统开放、功能强大、维护简便的特点。

本系统选用一台计算机作为操作员站同时兼工程师站。针对不同的实训内容实现不同的功能,例如可以进行工艺流程的动态监控、报警生成、报表生成、历史数据和曲线的生成、查找。还可以进入后台进行开发。硬件根据不同的仪表接口选用不同的I/O卡件。

DCS控制系统主要特点是可靠性高、功能强大、系统开放以及维护简便。

3.2 新开发的考核评分软件

根据培训单位提出的评分标准,使用监控软件的后台脚本,使用高级语言程序设计进行程序设计,编制出符合教学要求的XLS格式的评分软件。

4 化工仪表维修工技能实作细化指标与技能培训考核任务的确定

根据化工仪表维修工各等级的技能要求,确定其技能实作细化指标与技能培训考核任务,以化工仪表维修工高级工为例进行说明。

4.1 化工仪表高级工应有的技能实作细化指标

(1)工程图纸识读能力:复杂控制系统工程图、仪表控制盘仪表安装图、DCS仪表控制室平面布置图;

(2)智能仪表设置能力:智能压力变送器、智能差压变送器、气动薄膜调节阀、阀门定位器、智能调节器、安全栅、真彩无纸记录仪、闪光信号报警器、光柱显示控制仪、流量积算记录仪等;

(3)复杂控制系统构成与系统投运:能对串级、比值、均匀、分程、选择、前馈等控制系统进行PID参数整定;

(4)联锁报警系统连接与调试能力:复杂系统构建后的联锁报警系统调试及系统运行,故障分析与排除;

(5)能对计算机控制系统的硬件进行调试与维护能力:针对控制系统计算机部分的系统服务器(SVR)、现场控制站(FCS)、操作员站(OPS)、工程师站(ENS)相关硬件调试与维护;

(6)仪表自动化系统施工及组织验收能力:自动化系统施工后按图及控制方案验收,参照自动化仪表工程施工及验收规范GB50093-2002;

(7)能使用和维护化工分析仪表能力:气相色谱仪、多流路样品预处理系统及其外围设备,能判断和处理可燃气体报警等系统的故障。

4.2 系统可以完成的技能培训考核任务

根据化工仪表维修工高级工的技能实作细化指标,本装置可以完成的培训考核任务如表1。

5 系统的应用教学效果

该教学系统于2015年11月开始在我院自动化专业教学过程中使用,教学系统运行正常,学生反映良好,使用比较方便,操作简单,图文并茂,收到了良好的教学效果。该教学系统不仅可以对学生进行课程教学演示和仪表维修工技能的培训考核,还可以对石油石化现场仪表操作工人进行技能培训与技能考核鉴定。

摘要：本文结合职业技术院校化工仪表维修工就业岗位的知识与技能要求,针对培训学员进行技能培训和考核鉴定而开发设计的化工仪表维修工技能培训考核教学系统,突出技能训练的指导性、实用性和可操作性,着重培训学员的动手操作能力,达到培养具有岗位能力和拓展创新型技能人才的目的;该教学系统既适用于职业院校相关专业的课程实训教学和化工仪表维修工的技能培训和考核鉴定,也可适用于石油化工企业仪表维修职工的技能培训和考核鉴定,应用范围比较广泛。

关键词：技能培训,鉴定考核,实训教学,模拟操作

参考文献

[1]刘慧敏,岳苓水.化工仪表维修工技能考核与资格鉴定试题集[M].北京:化学工业出版社,2009,8.

[2]李駪,姜秀英,刘东方.仪表维修工技能竞赛辅导指南[M].北京:化学工业出版社2009,9.

仪表开发篇7

对状态数据量化指标的分析,通常划分出“不合格-合格-优秀”或“红-黄-绿线”数据区。对量化指标的展示形式,采用仪表盘功能最为适合。在实际的开发和发布过程中,考虑到单点开发,多点运行的效率比,Web页面成为首选。

1 Fusion Widgets Gauges仪表盘简介

Fusion Widgets是Fusion Charts公司推出的基于HTML-Flash的图表套件,其包含的Gauges组件提供了功能丰富、多样化的仪表盘图表功能,支持HTML脚本和各种流行Web开发语言,其图表的展示技术在全球Web图表界享有盛誉。

2 Fusion Widgets Gauges仪表盘工作原理

Fusion Widgets Gauges仪表盘支持单机和B/S(浏览器-服务器)模式开发。单机模式开发时,仪表盘数据源以XML文件存储,B/S模式开发时,数据源支持流行的后台数据库管理系统,如Access、SQL Server、Oracle等。Fusion Widgets Gauges通过读取数据源-数据解析-Flash图表呈现展示实际仪表盘图表(如图1所示)。

3 实例开发

实例以单机开发为例,使用Fusion Widgets Gauges中的Angular Gauge仪表盘图表样式输出量化指标中的“生师比”指标值。

前台为HTML+Java Script脚本语言,后台数据源为XML文件,状态数据量化指标参照教育部相关人才培养工作评估方案确定。

3.1 实现原理

HTML作为容器,载入Fusion Widgets Gauges的Java Script脚本,由Java Script脚本负责读取和解析数据库源XML数据,解析完成后,交给Angular Gauge仪表盘输出Flash文件(如图2所示)。

3.2 数据源XML的编写规则

Fusion Widgets Gauges采用XML数据库时,XML的编写要严格遵守XML和Fusion Widgets Gauges语法规则,否则无法正常输出仪表盘图表。

3.3 数据源XML开发

3.4 HTM文档开发

3.5 实例运行结果

实例在Windows XP SP3,IE 8.0,Fusion Widgets Gauges 3.0环境下调试通过,运行结果如图3所示。

4 结束语