LabVIEW在暖通空調(diào)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　數(shù)據(jù)采集儀：傳感器、變送器產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)直接進(jìn)入數(shù)據(jù)采集儀。數(shù)據(jù)采集儀采用的是Agilent 34970A數(shù)據(jù)采集儀（附三塊HP 34901A 20通道銜鐵繼電器多路轉(zhuǎn)換器）。它可以直接測(cè)量熱電偶、電阻溫度測(cè)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(cè)試儀來(lái)測(cè)量。通過(guò)使用NI-VISA協(xié)議，可對(duì)串口讀寫(xiě)操作，很方便的完成了數(shù)據(jù)的交換，見(jiàn)圖3。

圖3 LabVIEW中NI-VISA串口讀寫(xiě)

　　控制系統(tǒng)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(qǐng)求寫(xiě)入（Write）串口，設(shè)備對(duì)命令分析識(shí)別，把命令請(qǐng)求的數(shù)據(jù)通過(guò)RS-232接口返回到計(jì)算機(jī)，再通過(guò)對(duì)串口讀操作（Read），從而獲得設(shè)備采集的數(shù)據(jù)。對(duì)于不同設(shè)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(biāo)準(zhǔn)命令集。PF9833則使用了另外的命令集。不同設(shè)備不管使用什么協(xié)議，通過(guò)NI-VISA都可和容易建立設(shè)備與計(jì)算機(jī)間的通信。對(duì)于PLC，需要編寫(xiě)設(shè)備端程序。要求程序?qū)崿F(xiàn)獲得命令后，對(duì)命令進(jìn)行分析識(shí)別，把相應(yīng)數(shù)據(jù)送出。

　　信號(hào)控制使用西門(mén)子 SIMATICS7-300 PLC，部分對(duì)控制有影響的采集信號(hào)進(jìn)入PLC，進(jìn)行PID分析運(yùn)算，產(chǎn)生控制信號(hào)，對(duì)風(fēng)閥、風(fēng)機(jī)、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(jì)算機(jī)建立通信。PC獲得進(jìn)入PLC的各種信號(hào)，也可在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行更為復(fù)雜的運(yùn)算，產(chǎn)生數(shù)字控制信號(hào)返回PLC，再由PLC對(duì)各種需要控制的設(shè)備進(jìn)行控制。

　　本系統(tǒng)可通過(guò)觸摸屏對(duì)整個(gè)系統(tǒng)發(fā)出控制指令，觸摸屏的每個(gè)開(kāi)關(guān)都對(duì)應(yīng)于PLC各個(gè)開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)，相當(dāng)于PLC的鍵盤(pán)，可對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的各種參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。例如可以對(duì)風(fēng)閥的開(kāi)關(guān)，風(fēng)機(jī)、水泵、電加熱器的啟停，各個(gè)PID控制設(shè)備P、I、D（比例、積分、微分）三個(gè)參數(shù)的設(shè)置進(jìn)行相應(yīng)的操作，系統(tǒng)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(shù)據(jù)的通信，需添置一塊多串口卡，用于連接多個(gè)串口設(shè)備。

　　3 LabVIEW程序

　　通過(guò)LabVIEW圖形化設(shè)計(jì)很容易設(shè)計(jì)出漂亮美觀的用戶(hù)界面。見(jiàn)下圖4所示。在使用Agilent 34970A數(shù)據(jù)采集儀時(shí)可對(duì)溫度、電壓、電流等各種參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，在進(jìn)行采集時(shí)涉及到參數(shù)需要更改的情況，我們
使用了NI的數(shù)據(jù)庫(kù)連接工具包（Database Connectivity Toolset），直接在一個(gè)已經(jīng)編輯好的數(shù)據(jù)庫(kù)（Hpsetting.mdb）里編輯所改變采集通道的參數(shù)，然后在運(yùn)行程序時(shí)選擇是否需要下載新的設(shè)置到數(shù)據(jù)采集儀，使數(shù)據(jù)采集儀相應(yīng)設(shè)置改變，以采集到正確的數(shù)據(jù)。設(shè)置參數(shù)有通道號(hào)、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(biāo)定等。只要是使用Agilent 34970A數(shù)據(jù)采集儀采集數(shù)據(jù)，程序就不需要進(jìn)行大的修改，節(jié)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(duì)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(jié)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)線連接輸入數(shù)據(jù)，就可很方便的從輸出口得到需要的控制命令。

　　4 實(shí)驗(yàn)

　　LabVIEW 和眾多系統(tǒng)中各種傳感器配合，在系統(tǒng)調(diào)試中發(fā)揮了很大的作用。所需數(shù)據(jù)通過(guò)一臺(tái)普通裝有LabVIEW的計(jì)算機(jī)就能顯示出來(lái)。調(diào)試中的數(shù)據(jù)用 LabVIEW來(lái)進(jìn)行分析顯示，觀察系統(tǒng)是否達(dá)到了預(yù)定的要求。

　　在系統(tǒng)中使用了LabVIEW軟件，在硬件上不需要做太多的更改。各項(xiàng)所需測(cè)量控制參數(shù)在系統(tǒng)調(diào)試階段已經(jīng)設(shè)置好，后面就只需在軟件界面和各項(xiàng)參數(shù)組合上做工作。

　　在冷水機(jī)組數(shù)據(jù)采集控制實(shí)驗(yàn)中，界面如圖4，開(kāi)啟空調(diào)系統(tǒng)，通過(guò)數(shù)據(jù)采集設(shè)備獲得當(dāng)前溫濕度信號(hào)。獲得數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)PID運(yùn)算，輸出控制信號(hào)，最終通過(guò)對(duì) PID參數(shù)的調(diào)節(jié)（更改界面中的PID參數(shù)，經(jīng)過(guò)PC對(duì)PLC的控制，達(dá)到控制設(shè)備的目的）使得溫濕度參數(shù)最終穩(wěn)定在設(shè)定值附近，達(dá)到了實(shí)驗(yàn)控制的目的。最后可以通過(guò)NI的報(bào)告生成工具包（Report generation toolset）把實(shí)驗(yàn)中保存的數(shù)據(jù)以報(bào)表的形式打印出來(lái)。

　　硬件亦不需做大的調(diào)整，主要集中在軟件的編畫(huà)（LabVIEW為圖形化語(yǔ)言）上。因?yàn)榭s短軟件的開(kāi)發(fā)時(shí)間，使得整個(gè)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)時(shí)間也大大縮短。

　　5 結(jié)論

　　LabVIEW在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)上有很大的優(yōu)勢(shì)。從系統(tǒng)建設(shè)時(shí)間來(lái)看，用 LabVIEW來(lái)進(jìn)行軟件編程和同一系統(tǒng)的PLC編程相比，所花的時(shí)間更少、程序界面設(shè)計(jì)更容易更美觀。用PLC來(lái)編程，并使之通過(guò)可視的界面顯現(xiàn)出來(lái)（我們這里使用了MCGS嵌入式圖形界面），是兩個(gè)系統(tǒng)都需要進(jìn)行設(shè)計(jì)的工作。而LabVIEW把兩者都集于一體，通過(guò)簡(jiǎn)單的PC，就能對(duì)LabVIEW 進(jìn)行編程設(shè)計(jì)，最終在很短的時(shí)間內(nèi)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(shì)明顯，在系統(tǒng)的再開(kāi)發(fā)上也有極大的優(yōu)勢(shì)。如果系統(tǒng)需要開(kāi)發(fā)一個(gè)新的功能項(xiàng)目，在系統(tǒng)中加入某一傳感器測(cè)量元件進(jìn)行信號(hào)測(cè)量，然后再在LabVIEW中設(shè)計(jì)界面分析顯示，很快就能達(dá)到想要結(jié)果。對(duì)于筆者所做的這一需要不斷改進(jìn)的系統(tǒng)，LabVIEW無(wú)疑是最好的選擇。