热工通用多通道微机数据采集与自动控制系统样本.doc

热工通用多通道微机数据采集和自动控制系统
Microcomputer􀀁based All􀀁purpose Multi􀀁channel 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 microcomputer􀀁based 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 all􀀁purpose, mult i􀀁channel 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 full􀀁scale help system is very conve􀀁
nient for useage.
Key words: all􀀁purpose, multi􀀁channel, 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
(PCLD􀀁789D) 、数据采集卡( PCL􀀁818L) 、D/A 板( PCL􀀁
727) 、微机及用于连接扁平电缆、航空插头等。
PCLD􀀁789D、PCL􀀁818L 和PCL􀀁727 全部是台湾研华( AD􀀁
VANTECH) 数据板。PCL􀀁818L 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PCL􀀁818L 输入通道。而PCL􀀁727 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
PCL􀀁818L 只有8 个差分模拟量输入通道, 所以此处通
过级联7 块PCLD􀀁789D 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PCLD􀀁789D 可将一个PCL􀀁818L 差分模拟量
输入通道扩展到16 个, 所以共有112 个输入通道。
PCL􀀁818L 经过向PCLD􀀁789D 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PCLD􀀁789D! 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37􀀁PIN 圆电缆连到
PCL􀀁818L CN1 插头( PCL􀀁818L 插入PC 机ISA 总
线扩展槽) ; 另一端由PCLD􀀁789D 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PCL􀀁727 插在PC 机ISA 总线
扩展槽中。其D/A 输出经过37􀀁PIN 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PCL􀀁818L、PCL􀀁727 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PCLD􀀁789D 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PCL􀀁818L
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)
欢迎订阅 年∃测控技术%月刊
∋ 订阅代号: 82- 533
∋ 定价: 6􀀂00 元/ 期
∋ 每个月18 日出刊__