2.虚拟仪表技术及其应用

       虚拟仪表是利用现有的计算机加上特殊的仪表硬件和专用软件 ,形成既有普通仪表的基本功能 ,又有一般仪表所没有的特殊功能的新型仪表。用户通过显示器上各处虚拟的按键、开关、旋扭 ,去使用仪表的各种功能 ,控制仪表的运行。从显示器上的虚拟显示屏、数码显示器和指示灯 ,了解仪器的状态,读取测试结果。虚拟仪表以计算机为基础 ,配合各种数据采集卡、输入/输出设备 ,完成普通仪表的信号采集与控制功能。普通仪表的另外两个主要功能:信号分析与处理、结果的表达与输出 ,则主要由计算机内运行的专用软件实现。

       虚拟仪表性能价格比高具体表现在: ①基于通用计算机的虚拟仪表可以使多种仪表共享计算机资源和数据采集设备 ,从而大大增强了仪表的功能和降低了成本; ②虚拟仪表是一个开放性、模块化系统 , 用户能根据各自具体的测试任务、通过各种标准化、模块化的软件模块和硬件板卡组成自己的测试仪表 , 仪表的升级也可以通过简单的软件模块重组完成 ,在多数情况下甚至无需更换硬件; ③虚拟仪表智能化程度高 , 普通仪表的信号分析与处理、输入与输出控制在虚拟仪表中都由计算机软件完成,充分利用了软件强大的运算分析和逻辑判断能力。

       近年来 ,世界各国的虚拟仪表公司开发了不少虚拟仪表开发平台软件 ,其中最早和最具影响的开发软件 ,是 NI 公司采用图形化编程方案的 LabVIEW软件。科研人员和工程师只需选用 LabVIEW中合适的信号分析处理模块和显示控件 ,通过简单的连线和参数设置即可组成各种不同组态的虚拟仪表。在硬件方面,虚拟仪表产品主要以各种数据采集卡为主,辅以各种标准总线组成虚拟仪表系统。

       在实际应用方面 ,国外已有一些应用虚拟仪表的例子。美国 Geomatics公司于采用虚拟仪器开发平台软件开发而成的自动灌溉监测系统。该系统运行在 Macintosh 计算机上 ,以星型结构连接一系列的土壤温度计、压力与流量传感器、电磁阀、水泵等,现场处理器配置有模拟量输入通道、锁存器、继电器 ,并通过 RS232 接口与主机实行串行通信。国内也开发出基于虚拟仪表的原油管道泄漏监测系统。
    

       3.现场总线与虚拟仪表技术相融合的发展趋势

       随着现代工业生产的发展 ,特别是计算机集成制造系统的日益推广和普及 ,生产过程中的各种传感器、智能仪表和智能变送器正呈现出越来越明显的分布式发展趋势 ,这对虚拟仪表的分布性和网络化提出了发展的要求。现场总线技术的发展和应用满足了虚拟仪表这种发展的要求。现场总线的双向数字通信、连接简单可靠、成本低廉正是日趋复杂和网络化的虚拟仪表系统所必需的特性。现场总线控制系统中 ,控制功能分散到现场设备中 ,控制室内仪表装置和监控计算机主要完成数据处理、监督控制、优化控制、协调控制和管理自动化等功能。而虚拟仪表系统中通过现场总线连接起来的各种传感器也可以充分利用监控计算机强大的计算分析和逻辑判断能力 ,提供统一、友好的人机交互界面 ,与控制系统更紧密的融合在一起。现场总线控制系统适应了工业界对数字通信和自动控制的要求 ,而且使控制网络与 Internet 互连 ,构成不同层次的复杂网络成为可能 ,代表了今后工业控制体系发展的一个方向。虚拟仪表技术应用于现场总线控制系统 ,将使现场总线控制系统成为企业的信息神经网络的一部分。企业的信息神经网络通过虚拟仪表系统收集生产过程中的各种信息 ,为企业的经营策略和生产调度提供支持;同时 ,各种生产调度信息也可以直接通过现场总线控制系统传送到生产现场的各国内外已开始有将现场总线与虚拟仪表技术相融合的测控系统面世。如国内的大庆三维公司于2001 年 8 月推出的 HMI/ SCADA 平台 ,采用了LonWorks现场总线作为现场级网络 ,借鉴了 LabVIEW的虚拟仪表思想和技术形成了其组态控制策略编辑器。
    

       4.结束语

       应用现场总线与虚拟仪表技术相融合的测控系统将会充分发挥这两种技术的优势 ,形成互补。借助于现场总线技术的虚拟仪表系统将能实现分布式网络化 ,充分发挥网络上其它设备强大的计算分析和逻辑判断能力。融合虚拟仪表的现场总线控制系统将能提供统一、友好的人机界面 ,适应当代多网合一的发展要求。在完成广州市重点攻关项目“现代温室的网络化人机协同调控系统及开发应用”中融合运用了现场总线和虚拟仪表技术 ,在目前正在进行的研究工作中取得了较好的效果。可以预见 ,现场总线与虚拟仪表技术的融合将是工业自动化和过程控制领域的重要发展趋势之一。