2.虛擬儀表技術(shù)及其應(yīng)用

       虛擬儀表是利用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)加上特殊的儀表硬件和專用軟件 ,形成既有普通儀表的基本功能 ,又有一般儀表所沒有的特殊功能的新型儀表。用戶通過顯示器上各處虛擬的按鍵、開關(guān)、旋扭 ,去使用儀表的各種功能 ,控制儀表的運(yùn)行。從顯示器上的虛擬顯示屏、數(shù)碼顯示器和指示燈 ,了解儀器的狀態(tài),讀取測試結(jié)果。虛擬儀表以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ) ,配合各種數(shù)據(jù)采集卡、輸入/輸出設(shè)備 ,完成普通儀表的信號采集與控制功能。普通儀表的另外兩個(gè)主要功能:信號分析與處理、結(jié)果的表達(dá)與輸出 ,則主要由計(jì)算機(jī)內(nèi)運(yùn)行的專用軟件實(shí)現(xiàn)。

       虛擬儀表性能價(jià)格比高具體表現(xiàn)在: ①基于通用計(jì)算機(jī)的虛擬儀表可以使多種儀表共享計(jì)算機(jī)資源和數(shù)據(jù)采集設(shè)備 ,從而大大增強(qiáng)了儀表的功能和降低了成本; ②虛擬儀表是一個(gè)開放性、模塊化系統(tǒng) , 用戶能根據(jù)各自具體的測試任務(wù)、通過各種標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的軟件模塊和硬件板卡組成自己的測試儀表 , 儀表的升級也可以通過簡單的軟件模塊重組完成 ,在多數(shù)情況下甚至無需更換硬件; ③虛擬儀表智能化程度高 , 普通儀表的信號分析與處理、輸入與輸出控制在虛擬儀表中都由計(jì)算機(jī)軟件完成,充分利用了軟件強(qiáng)大的運(yùn)算分析和邏輯判斷能力。

       近年來 ,世界各國的虛擬儀表公司開發(fā)了不少虛擬儀表開發(fā)平臺軟件 ,其中最早和最具影響的開發(fā)軟件 ,是 NI 公司采用圖形化編程方案的 LabVIEW軟件。科研人員和工程師只需選用 LabVIEW中合適的信號分析處理模塊和顯示控件 ,通過簡單的連線和參數(shù)設(shè)置即可組成各種不同組態(tài)的虛擬儀表。在硬件方面,虛擬儀表產(chǎn)品主要以各種數(shù)據(jù)采集卡為主,輔以各種標(biāo)準(zhǔn)總線組成虛擬儀表系統(tǒng)。

       在實(shí)際應(yīng)用方面 ,國外已有一些應(yīng)用虛擬儀表的例子。美國 Geomatics公司于采用虛擬儀器開發(fā)平臺軟件開發(fā)而成的自動(dòng)灌溉監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)運(yùn)行在 Macintosh 計(jì)算機(jī)上 ,以星型結(jié)構(gòu)連接一系列的土壤溫度計(jì)、壓力與流量傳感器、電磁閥、水泵等,現(xiàn)場處理器配置有模擬量輸入通道、鎖存器、繼電器 ,并通過 RS232 接口與主機(jī)實(shí)行串行通信。國內(nèi)也開發(fā)出基于虛擬儀表的原油管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)。
    

       3.現(xiàn)場總線與虛擬儀表技術(shù)相融合的發(fā)展趨勢

       隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展 ,特別是計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的日益推廣和普及 ,生產(chǎn)過程中的各種傳感器、智能儀表和智能變送器正呈現(xiàn)出越來越明顯的分布式發(fā)展趨勢 ,這對虛擬儀表的分布性和網(wǎng)絡(luò)化提出了發(fā)展的要求。現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用滿足了虛擬儀表這種發(fā)展的要求?，F(xiàn)場總線的雙向數(shù)字通信、連接簡單可靠、成本低廉正是日趨復(fù)雜和網(wǎng)絡(luò)化的虛擬儀表系統(tǒng)所必需的特性。現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中 ,控制功能分散到現(xiàn)場設(shè)備中 ,控制室內(nèi)儀表裝置和監(jiān)控計(jì)算機(jī)主要完成數(shù)據(jù)處理、監(jiān)督控制、優(yōu)化控制、協(xié)調(diào)控制和管理自動(dòng)化等功能。而虛擬儀表系統(tǒng)中通過現(xiàn)場總線連接起來的各種傳感器也可以充分利用監(jiān)控計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算分析和邏輯判斷能力 ,提供統(tǒng)一、友好的人機(jī)交互界面 ,與控制系統(tǒng)更緊密的融合在一起?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)適應(yīng)了工業(yè)界對數(shù)字通信和自動(dòng)控制的要求 ,而且使控制網(wǎng)絡(luò)與 Internet 互連 ,構(gòu)成不同層次的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)成為可能 ,代表了今后工業(yè)控制體系發(fā)展的一個(gè)方向。虛擬儀表技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) ,將使現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)成為企業(yè)的信息神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的一部分。企業(yè)的信息神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過虛擬儀表系統(tǒng)收集生產(chǎn)過程中的各種信息 ,為企業(yè)的經(jīng)營策略和生產(chǎn)調(diào)度提供支持;同時(shí) ,各種生產(chǎn)調(diào)度信息也可以直接通過現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)傳送到生產(chǎn)現(xiàn)場的各國內(nèi)外已開始有將現(xiàn)場總線與虛擬儀表技術(shù)相融合的測控系統(tǒng)面世。如國內(nèi)的大慶三維公司于2001 年 8 月推出的 HMI/ SCADA 平臺 ,采用了LonWorks現(xiàn)場總線作為現(xiàn)場級網(wǎng)絡(luò) ,借鑒了 LabVIEW的虛擬儀表思想和技術(shù)形成了其組態(tài)控制策略編輯器。
    

       4.結(jié)束語

       應(yīng)用現(xiàn)場總線與虛擬儀表技術(shù)相融合的測控系統(tǒng)將會(huì)充分發(fā)揮這兩種技術(shù)的優(yōu)勢 ,形成互補(bǔ)。借助于現(xiàn)場總線技術(shù)的虛擬儀表系統(tǒng)將能實(shí)現(xiàn)分布式網(wǎng)絡(luò)化 ,充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)上其它設(shè)備強(qiáng)大的計(jì)算分析和邏輯判斷能力。融合虛擬儀表的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)將能提供統(tǒng)一、友好的人機(jī)界面 ,適應(yīng)當(dāng)代多網(wǎng)合一的發(fā)展要求。在完成廣州市重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目“現(xiàn)代溫室的網(wǎng)絡(luò)化人機(jī)協(xié)同調(diào)控系統(tǒng)及開發(fā)應(yīng)用”中融合運(yùn)用了現(xiàn)場總線和虛擬儀表技術(shù) ,在目前正在進(jìn)行的研究工作中取得了較好的效果?？梢灶A(yù)見 ,現(xiàn)場總線與虛擬儀表技術(shù)的融合將是工業(yè)自動(dòng)化和過程控制領(lǐng)域的重要發(fā)展趨勢之一。