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热工通用多通道微机数据采集和自动控制系统
Microcomputerbased Allpurpose Multichannel Data Acquisition and Autocontrol
System Used in Pyrology Field
北京航空航天大学( 100083) 周世军 梅志光 袁修干
摘要 介绍了一个适适用于热工领域微机通用数据采
集和自动控制系统。文章叙述了该系统硬件和软件
框架结构, 同时分析了系统通用性、多通道和可靠性
等特点。最近我们用该系统进行了试验, 总体效果很
好, 尤其是带有全方面帮助系统可视化操作软件令用
户使用起来十分方便。
关键词: 通用, 多通道, 微机, 数据采集和自动控制, 可
视化操作软件
Abstract:A microcomputerbased data acquisition and auto
control system applicable in the field of pyrology is intro
duced. The structure of hardware and software of this system
is expatiated, in the meant ime the characterist ic of the sys
tem, that is allpurpose, mult ichannel and reliability, is also
analyzed. Recently we did some experiments with this system
and the general effect was excellent, especially the visualized
operating software with fullscale help system is very conve
nient for useage.
Key words: allpurpose, multichannel, microcomputer,
data acquisition and autocontrol, visualized
operating software
计算机发展及普及已使其广泛应用于国民经济
各个部门。它正在替换人来完成越来越多工作。
本人所在热工试验室长久以来采取陈旧测控方
式: 大量显示仪表读数, 再手动控制实施机构( 如手动
阀) , 边读数边控制。这么不仅操作复杂, 而且效率和
精度也不高。在国家! 211∀工程资助下, 开发了这套
! 通用多通道微机数据采集和自动控制系统∀。经投入
使用, 达成了预期效果, 而且因为显示器替换了大量
昂贵显示仪表, 也大大降低了系统成本。
1 对系统要求
依据设计要求, 该系统应含有:
( 1) 通用性。即在不做硬、软件改动情况下, 就
能够满足不一样测控要求( 如增减待测参数, 更换传感
器等) 。
(2) 多通道。因为通常待测( 控) 参数通常有几
个到几十个, 所以要有多个测量输入通道和多个控制
输出通道。
( 3) 可靠性。预防导线常受牵拉而引发连接松动
甚至断开, 避免信号传输出现问题, 以确保系统工作
可靠。
(4) 自动化。测控过程无需人工参与( 或只需简
单鼠标和键盘操作) 就可自动进行, 而且可对数据进
行处理。
为达成以上要求, 对系统进行以下设计。
2 系统组成
该系统分为硬件部分和软件部分。
2. 1 硬件部分
图1 所表示, 硬件部分包含传感器( 温度传感器、
压力传感器和流量传感器等) 、通道扩展和选择电路板
(PCLD789D) 、数据采集卡( PCL818L) 、D/A 板( PCL
727) 、微机及用于连接扁平电缆、航空插头等。
PCLD789D、PCL818L 和PCL727 全部是台湾研华( AD
VANTECH) 数据板。PCL818L 可进行12 位A/ D 转
换、数字量输出( DO) , 拥有8 个差分输入通道。PCLD
789D 用于扩展PCL818L 输入通道。而PCL727 有
12 个D/A 输出通道。
该硬件系统是为满足通用性要求而设计:
( 1) 因为通常需要采集信号有几十个, 而每块
PCL818L 只有8 个差分模拟量输入通道, 所以此处通
过级联7 块PCLD789D 扩展其中7 个( 另一个差分
模拟量输入通道用于热电偶冷端赔偿, 故不可扩
展) 。因为PCLD789D 可将一个PCL818L 差分模拟量
输入通道扩展到16 个, 所以共有112 个输入通道。
PCL818L 经过向PCLD789D 送数字量来正确识别这
些通道。每次试验只要从这112 个固定通道中选择一
部分即可。
热工通用多通道微机数据采集和自动控制系统# 33 #
( 2) 为避免每次使用时重新拆、接线, 采取以下模
块化结构: 该系统硬件关键由数据采集模块、控制模块
和人机界面模块组成。全部硬件放置在一个立方形、
四面有门且下装万向轮控制柜内。
数据采集模块: 将7 块PCLD789D! 通道扩展和选
择电路板∀级联并插入一个带有插槽开放式方盒内,
对外只留出两端接口, 一端经过37PIN 圆电缆连到
PCL818L CN1 插头( PCL818L 插入PC 机ISA 总
线扩展槽) ; 另一端由PCLD789D 112 个输入通道
接线端子连接到控制柜面板上112 个航空插头( 带
外螺纹一端) 上, 这么由传感器送来模拟输入信号
就能够经过航空插头( 带内螺纹一端) 和这112 个输
入通道中任一个插接, 只需在软件中进行对应设
置即可。
控制模块: D/ A 板PCL727 插在PC 机ISA 总线
扩展槽中。其D/A 输出经过37PIN 圆电缆输出, 然后
分开焊接到控制柜面板上12 个用于控制航空插
头( 带外螺纹一端) 上。这么电动实施器控制信号
输入端就能够经过航空插头( 带内螺纹一端) 和这
12 个D/A 输出通道中任一个插接, 只需在软件中进
行对应设置即可。
人机界面模块: 该模块关键指微机显示器、键盘
和鼠标。微机同时属于数据采集模块和控制模块。
可见这种硬件设计能够满足通常测量和控制要
求。因为模块化设计, 所以可维护性好, 可靠性高; 由
于控制柜能够轻易地推到任何地方, 所以使用方便。
除罕见硬件损坏外, 通常无需拆、装硬件系统。
图1 硬件结构示意图
2. 2 软件部分
软件部分采取Visual C++ 6. 0 开发, 能够运行于
目前最受欢迎Windows 95、Windows 98 和Windows
NT 操作系统, 采取面向对象程序设计方法, 界面友
好, 而且带有即时而又全方面帮助系统。软件基础结
构图2 所表示。
图2 软件结构示意图
由图2 可见, 软件结构也含有模块化特点。
另外, 软件设计也是满足通用性要求: 每次启
动应用程序, 进入主窗体, 全部能够进行以下配置: ( 也可
以使用以前存盘配置文件, 或在此基础上加以修改,
这么往往会比重新配置方便得多。)
( 1) 参数配置。
即配置待测参数和数据采集通道( 每个通道全部有
唯一编号, 标注在控制柜面板上, 其范围为0~ 111)
对应关系。这需要依据实际插接情况进行设置。
该信息用CSele 类存放, 该类组员变量包含:
组员变量类 型含 义
m- Chan CString 通道号
m- Vname CString 参数名称
m- Vunit CString 参数单位
( 2) 通道配置。
即配置通道号和传感器代号对应关系。这需要
依据各通道实际所安装传感器代号进行设置。
该信息用CChannel 类存放, 该类组员变量包
括:
组员变量类 型含 义
m- Seri CString 通道号
m- Sens CString 传感器代号
( 3) 传感器配置。
即添加或更改各个传感器相关数据。
该信息用CSensor 类存放, 该类组员变量包含:
# 34 # ∃测控技术% 年19卷第7期
组员变量类 型含 义
m- Numb CString 传感器代号
m- Func CString 传感器功用
m- Type CString 传感器类型
m- Date CString 传感器标定日期
m- Valid CString 传感器使用期
m- Rang CString 传感器量程范围
m- Xia double 传感器模型( 0 次项) 系数
m- Xib double 传感器模型( 1 次项) 系数
m- Xic double 传感器模型( 2 次项) 系数
m- Xid double 传感器模型( 3 次项) 系数
m- Xie double 传感器模型( 4 次项) 系数
( 4) 控制方法配置。
即对需要控制哪些物理参数, 采取何种控制方法
( 手动或自动) 、控制算法( PID、模糊PID 等) 进行设置。
该信息用CCtrolsel 类存放, 该类组员变量包含:
组员变量类 型含 义
m- Chan CString 通道号
m- Vname CString 参数名称
m- Vunit CString 参数单位
m- bManualControl bool 是否手动控制
m- iCalMethodNum int 控制算法代号
m- dKp double PID 控制参数
m- dT double PID 控制参数
m- dTi double PID 控制参数
m- dTd double PID 控制参数
m- dSetValue double 待控参数设定值
( 5) 基地址配置。
即对PCL818L、PCL727 I/O 地址进行设置。
它们需要多个连续地址, 而首地址称为基地址。因为
计算机通常会添加部分外围设备, 这么可能会引发I/O
地址资源冲突, 经过该设置即可处理这种冲突。
( 6) 放大倍数配置。
传感器送来模拟信号中, 有幅值比较小, 若直
接测量则误差较大。经过设置PCLD789D 放大倍
数, 可将信号大小调整到合适范围内。注意, 此处
设置应和硬件上设置相一致。
经过以上6 项配置, 并使之和硬件连接情况相符,
就能够使该测控系统含有很强通用性。
除此而外, 软件还含有以下功效:
( 1) 报警功效。若某次试验使用传感器超出有
效期, 则自动报警。
(2) 密码保护功效。因为有些设置( 如PCL818L
基地址) 错误会造成死机, 有些设置( 如传感器数据
库) 错误会造成测量结果错误, 所以只有对这些设置
精通人, 才能够对其进行更改。经过授予她们密码
能够预防外行随便更改造成错误。
(3) 软件滤波。为除去高频干扰信号, 采取数次
采集取平均方法滤去它们。
(4) 自动/ 手动统计转换。对于通常数据, 能够设
置统计间隔进行自动统计, 而对于某一时刻出现有
关键意义数据, 可立即进行手动统计。
(5) 自动/ 手动控制无扰动转换。在设定值和采
到值相差很远时, 为加紧控制速度, 能够采取手动控
制, 直接送出一个控制信号值。其它时候可采取自动
控制。
(6) 多个控制规律。采取自动控制时, 能够选择
常规PID 控制( 包含位置式、增量式、微分先行) , 模糊
PID 控制及神经网络控制等控制规律。
(7) 显示动态改变曲线。能够在同一个直角坐标
系中显示多个被测( 控) 参数随时间改变曲线, 从而
愈加直观地观察参数改变趋势。
(8) 生成并打印试验汇报。对采得数据进行处
理, 生成试验汇报, 并在需要时候将其打印。
3 结束语
该系统已于1999 年9 月安装、调试完成。并在试
验室用它做了部分试验, 发觉在不一样试验间切换十
分方便, 达成了预期通用性要求, 而且控制速度、
精度较以往人工控制有显著提升。尽管设计目标是
将其应用于热工领域, 但该系统能够推广到其它领域,
从而带来更大经济效益。
参考文件
1 杜勇, 宋征等编著. Visual C + + 6. 0 应用指南. 人民邮电出版社,
1999. 3
2 于海生等编著. 微型计算机控制技术. 北京: 清华大学出版社, 1999. 3
3 张乃尧, 阎平凡编著. 神经网络和模糊控制. 北京: 清华大学出版社,
1998. 10
4 凌善康, 原遵东编著. & 90 国际温标通用热电偶分度表手册. 中国计
量出版社, 1994. 2
5 PC- LabCard USER& S MANUAL. Advantech Co. ,Ltd
作者介绍: 周世军, 男, 25 岁, 现在北京航空航天大学飞行器设
计和应用力学系攻读硕士学位。研究方向: 计算机测控技术、
热工过程控制。
袁修干, 男, 66 岁, 工学博士、北京航空航天大学教授、博士
生导师, 国家特殊津贴取得者。研究方向: 人机环境系统工
程、飞行器环境控制。
梅志光, 男, 35 岁, 工程师。研究方向: 空调制冷技术、热工试验
室自动化。
( 收稿日期: 1999- 10)
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