LabVIEW在暖通空調數據采集控制系統中的應用

　　數據采集儀：傳感器、變送器產(chǎn)生的標準信號直接進(jìn)入數據采集儀。數據采集儀采用的是Agilent 34970A數據采集儀（附三塊HP 34901A 20通道銜鐵繼電器多路轉換器）。它可以直接測量熱電偶、電阻溫度測試器、熱敏電阻、直流電壓、直流電流、交流電流等。電源電流、電壓、功率和頻率通過(guò) PF9833三相PWM專(zhuān)用測試儀來(lái)測量。通過(guò)使用NI-VISA協(xié)議，可對串口讀寫(xiě)操作，很方便的完成了數據的交換，見(jiàn)圖3。

圖3 LabVIEW中NI-VISA串口讀寫(xiě)

　　控制系統PLC與PC的通信也同樣使用了NI-VISA協(xié)議進(jìn)行通信。通過(guò)把命令請求寫(xiě)入（Write）串口，設備對命令分析識別，把命令請求的數據通過(guò)RS-232接口返回到計算機，再通過(guò)對串口讀操作（Read），從而獲得設備采集的數據。對于不同設備有不通的命令。Agilent 34970A使用的是SCPI（Standard Commands for Programmable Instruments)可編程儀器標準命令集。PF9833則使用了另外的命令集。不同設備不管使用什么協(xié)議，通過(guò)NI-VISA都可和容易建立設備與計算機間的通信。對于PLC，需要編寫(xiě)設備端程序。要求程序實(shí)現獲得命令后，對命令進(jìn)行分析識別，把相應數據送出。

　　信號控制使用西門(mén)子 SIMATICS7-300 PLC，部分對控制有影響的采集信號進(jìn)入PLC，進(jìn)行PID分析運算，產(chǎn)生控制信號，對風(fēng)閥、風(fēng)機、水泵、加熱器等進(jìn)行控制。PLC帶有的RS-232通訊接口，直接與計算機建立通信。PC獲得進(jìn)入PLC的各種信號，也可在計算機中進(jìn)行更為復雜的運算，產(chǎn)生數字控制信號返回PLC，再由PLC對各種需要控制的設備進(jìn)行控制。

　　本系統可通過(guò)觸摸屏對整個(gè)系統發(fā)出控制指令，觸摸屏的每個(gè)開(kāi)關(guān)都對應于PLC各個(gè)開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)，相當于PLC的鍵盤(pán)，可對整個(gè)系統的各種參數進(jìn)行調整。例如可以對風(fēng)閥的開(kāi)關(guān)，風(fēng)機、水泵、電加熱器的啟停，各個(gè)PID控制設備P、I、D（比例、積分、微分）三個(gè)參數的設置進(jìn)行相應的操作，系統流程圖可清晰的從中反映出來(lái)。

　　由于使用了大量的串口來(lái)進(jìn)行數據的通信，需添置一塊多串口卡，用于連接多個(gè)串口設備。

　　3 LabVIEW程序

　　通過(guò)LabVIEW圖形化設計很容易設計出漂亮美觀(guān)的用戶(hù)界面。見(jiàn)下圖4所示。在使用Agilent 34970A數據采集儀時(shí)可對溫度、電壓、電流等各種參數進(jìn)行測量，在進(jìn)行采集時(shí)涉及到參數需要更改的情況，我們
使用了NI的數據庫連接工具包（Database Connectivity Toolset），直接在一個(gè)已經(jīng)編輯好的數據庫（Hpsetting.mdb）里編輯所改變采集通道的參數，然后在運行程序時(shí)選擇是否需要下載新的設置到數據采集儀，使數據采集儀相應設置改變，以采集到正確的數據。設置參數有通道號、通道描述、輸入類(lèi)型、范圍、周期、延遲、觸發(fā)、鉑電阻阻值以及標定等。只要是使用Agilent 34970A數據采集儀采集數據，程序就不需要進(jìn)行大的修改，節省了開(kāi)發(fā)成本和時(shí)間，提高程序的通用性。

　　控制上使用了NI PID工具包，可對需要進(jìn)行控制的部件進(jìn)行PID控制，利用該工具包可以節省我們大量開(kāi)發(fā)時(shí)間。LabVIEW一個(gè)很大的特點(diǎn)就是提供了大量的可用控件，控件提供輸入輸出，通過(guò)線(xiàn)連接輸入數據，就可很方便的從輸出口得到需要的控制命令。

　　4 實(shí)驗

　　LabVIEW 和眾多系統中各種傳感器配合，在系統調試中發(fā)揮了很大的作用。所需數據通過(guò)一臺普通裝有LabVIEW的計算機就能顯示出來(lái)。調試中的數據用 LabVIEW來(lái)進(jìn)行分析顯示，觀(guān)察系統是否達到了預定的要求。

　　在系統中使用了LabVIEW軟件，在硬件上不需要做太多的更改。各項所需測量控制參數在系統調試階段已經(jīng)設置好，后面就只需在軟件界面和各項參數組合上做工作。

　　在冷水機組數據采集控制實(shí)驗中，界面如圖4，開(kāi)啟空調系統，通過(guò)數據采集設備獲得當前溫濕度信號。獲得數據經(jīng)過(guò)PID運算，輸出控制信號，最終通過(guò)對 PID參數的調節（更改界面中的PID參數，經(jīng)過(guò)PC對PLC的控制，達到控制設備的目的）使得溫濕度參數最終穩定在設定值附近，達到了實(shí)驗控制的目的。最后可以通過(guò)NI的報告生成工具包（Report generation toolset）把實(shí)驗中保存的數據以報表的形式打印出來(lái)。

　　硬件亦不需做大的調整，主要集中在軟件的編畫(huà)（LabVIEW為圖形化語(yǔ)言）上。因為縮短軟件的開(kāi)發(fā)時(shí)間，使得整個(gè)數據采集控制系統的開(kāi)發(fā)時(shí)間也大大縮短。

　　5 結論

　　LabVIEW在系統開(kāi)發(fā)上有很大的優(yōu)勢。從系統建設時(shí)間來(lái)看，用 LabVIEW來(lái)進(jìn)行軟件編程和同一系統的PLC編程相比，所花的時(shí)間更少、程序界面設計更容易更美觀(guān)。用PLC來(lái)編程，并使之通過(guò)可視的界面顯現出來(lái)（我們這里使用了MCGS嵌入式圖形界面），是兩個(gè)系統都需要進(jìn)行設計的工作。而LabVIEW把兩者都集于一體，通過(guò)簡(jiǎn)單的PC，就能對LabVIEW 進(jìn)行編程設計，最終在很短的時(shí)間內開(kāi)發(fā)出我們需要的界面和功能，直至最終的產(chǎn)品。使用LabVIEW不僅在時(shí)間上優(yōu)勢明顯，在系統的再開(kāi)發(fā)上也有極大的優(yōu)勢。如果系統需要開(kāi)發(fā)一個(gè)新的功能項目，在系統中加入某一傳感器測量元件進(jìn)行信號測量，然后再在LabVIEW中設計界面分析顯示，很快就能達到想要結果。對于筆者所做的這一需要不斷改進(jìn)的系統，LabVIEW無(wú)疑是最好的選擇。