1 引言
能源問題是現(xiàn)在社會所面臨的重大問題,過去。小區(qū)供熱普遍是采用供熱公司的鍋爐把水加熱然后送到小區(qū)的用戶家中,而小區(qū)的用戶有時會私自放走熱水,從而導至鍋爐內(nèi)的水量不足,這樣會帶來一定的危險,面對此種情況,就出現(xiàn)了換熱器,由于換熱器在運行過程中要對各個節(jié)點的溫度與壓力進行監(jiān)測,從而來控制執(zhí)行機構(gòu),如果全部采用人工值守的方式,會帶來人力物力的巨大浪費。為了減少換熱站的人員值守,提高工作效率,從而開發(fā)了此監(jiān)測軟件。
近此年來上位機開發(fā)平臺出現(xiàn)了很多,而美國NI公司的labview開發(fā)平臺更為出色,它主要是應用在虛擬儀器以及測試監(jiān)測行業(yè),它最大的優(yōu)點在于,它集成了多種儀器的驅(qū)動,以及市場上絕大多數(shù)PLC的通信協(xié)議,開發(fā)效率快,程序模塊化,運行穩(wěn)定,因而被廣泛的應用于測控領(lǐng)域。
2 系統(tǒng)概述
美國NI公司的labview主要是一款基于圖形化編程語言的開發(fā)工具,由于它采用的是圖形化編程語言,與傳統(tǒng)的Visual C++、Visual Basic等編程工具不同,labview更易于開發(fā)維護。對于硬件部分主要采用西門子PLC,西門子PLC的優(yōu)點在于支持多種通信協(xié)議,系統(tǒng)穩(wěn)定,性能質(zhì)量好,市場占有率最高。
此軟件采用多線程技術(shù),將軟件的顯示存儲設(shè)置等部分與硬件設(shè)備的通信驅(qū)動部分分線程執(zhí)行。這樣將會大大的提高通信效率與存儲效率。
在硬件設(shè)備的通信方面,NI公司提供了NI OPC SERVERS服務(wù)器,通過對此服務(wù)器的配置,從而實現(xiàn)與PLC的通信,此系統(tǒng)的通信協(xié)議采用了modbus通信協(xié)議,目前,支持modbus的廠家超過400家,支持modbus的產(chǎn)品超過600種,這樣大大的提高了軟件的通用性,而且modbus是標準、開放、免費、可靠性強的,不會出現(xiàn)侵犯知識產(chǎn)權(quán)問題,并支持多種電氣接口,如RS232、RS485等。
在軟件存儲顯示設(shè)置部分,其中存儲部分采用的是ACCESS數(shù)據(jù)庫存儲監(jiān)測的數(shù)據(jù),它可以提高數(shù)據(jù)的存儲量,而且快速的進行數(shù)據(jù)檢索分析。而labview中提供了Database tools工具包,可以有效的將軟件與數(shù)據(jù)進行接口連接。設(shè)置部份的參數(shù)存儲采用ini格式文件存儲[1]。
3 實現(xiàn)方法
3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
換熱器采集監(jiān)控系統(tǒng)主要由PPC-179T型研華工業(yè)平板計算機、西門子S7-200PLC、EM231溫度模塊、EM235模擬量采集模塊、西門子變頻器、PT100型熱電阻、西門子壓力傳感器與變送器構(gòu)成,此系統(tǒng)采用閉環(huán)控制,通過變頻器對水泵進行轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié),有效的達到了節(jié)能的效果。采用Labview 2009開發(fā)系統(tǒng)監(jiān)控軟件,在Windows XP操作系統(tǒng)下運行。上位機與PLC通信采用modbus-RTU通信方式。
圖1 換熱器采集監(jiān)控系統(tǒng)框圖
3.2 軟件框架
此軟件主要采用多線程方式,在程序中采用了兩個while循環(huán),其中一個while循環(huán)用于數(shù)據(jù)采集通信使用,另一個while循環(huán)用于數(shù)據(jù)的存儲與參數(shù)設(shè)置,這樣可有避免數(shù)據(jù)采集過快,而通信過慢導致的數(shù)據(jù)丟失問題。同時在編程中使用到了事件結(jié)構(gòu),這樣可有效的節(jié)省系統(tǒng)資源[3]。
程序中采用了子VI調(diào)用的方式,主程序框圖與子vi如圖2所示。這樣使主程序看起來更加層次化,潔簡化,其中主要包括以下子VI :參數(shù)設(shè)置.vi、GetDBpath.vi、save.vi、Search VI.vi、流量界面.vi;主界面vi為主程序,通過它來調(diào)用所有子vi;其中GetDBpath.vi主要用于自動獲取當前文件路徑,save.vi用于數(shù)據(jù)庫的存儲功能,Search VI.vi主要用于數(shù)據(jù)庫查詢功能[2]。
3.3 數(shù)據(jù)通信
系統(tǒng)通信物理接口采用RS485接口,軟件通信協(xié)議采用modbus-RTU通信協(xié)議,將labview做為主站,PLC做為從站,從站地址設(shè)為3;在labview通信應用上,它所自有的NI OPC SERVERS集成了標準modbus通信協(xié)議。
表1 通訊的請求格式
表2 通訊的應答格式
圖2 主程序框圖與子vi
其中對于NI OPC SERVERS的設(shè)置方法:跟據(jù)實際情況將COM口設(shè)置為當前使用的口,波特率采用9600Kbs,數(shù)據(jù)位為8位,停止位為1,校驗設(shè)置為None,模式為Modbus,ID號為1,十進制位。
在變量設(shè)置方面,主要采用的是字的形式,跟據(jù)PLC所提供的modbus地址進行設(shè)置,PLC Modbus從站指令支持以下地址:00001至00128對應輸出點Q0.0—Q15.7,10001至10128對應輸入點I0.0—I15.7,30001至30032對應模擬輸入寄存器AIW0至AIW62,40001至04XXXX對應保持寄存器V區(qū)。
當設(shè)置好OPC服務(wù)器后,將服務(wù)器中的IO與程序建立鏈接,方法如下:首先在項目中新建選擇I/O Server,進入創(chuàng)建I/O服務(wù)器后,選擇OPC Client選項,入進到I/O服務(wù)器參數(shù)設(shè)置對話框,將變量刷新時間改為100ms,此時完成I/O Server的創(chuàng)建。其次進行約束變量的創(chuàng)建,創(chuàng)建時依次將項目展開,將V03與發(fā)V05添加到已添加變量當中。此時,完成通信部分的設(shè)置并可以使用所創(chuàng)建的共享變量。經(jīng)過實際現(xiàn)場測試,采用這種通信方式,每讀寫一次操作平均控制在300ms,大大的提高了通信響應時間,足夠滿足現(xiàn)場監(jiān)視的的要求。
圖3 NI OPC SERVERS的設(shè)置
3.4 數(shù)據(jù)存儲與查詢
在數(shù)據(jù)存儲本軟件采用的是ACCESS數(shù)據(jù)庫,編程過程中主要應用到Database tools工具包,其中包括以下模塊:
程序中主要用到了SQL的查詢語句,原程序如圖4所示:
圖4 SQL查詢源程序
圖5 自動控制獲取文件路徑子VI
在原程序中,為了使軟件具有良好的可移植性,所以制做了自動控制獲取文件路徑子VI,并同時可以自動對數(shù)據(jù)庫進行鏈接,主要實現(xiàn)方法如圖5所示。
3.5 信號采集與控制
在信號采集使用PT100型熱電阻,連接到EM231溫度模塊上,由于溫度的變化,從而導致電阻值的變化,溫度采集模塊通過阻值的變化計算出溫度值,壓力采集模塊,實際就是將壓力傳感器經(jīng)變送器后得到的0-5V模擬信號送入EM235模擬量采集模塊,通過編寫內(nèi)部標定程序,從而得出系統(tǒng)中各測量點的壓力[4]。在程序中,通過對這些信號量的比較,從而對變頻器輸出頻進行調(diào)節(jié),從而有效的調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速。本系統(tǒng)在信號采集方面,采用了多點采集的方法,這樣更有利于根據(jù)實際工況來調(diào)整信號采集位置,分別在一次入水口,一次回水口,二次入水口,二次回水口等位置分別進行溫度與壓力的采集。
當系統(tǒng)壓力低于設(shè)定值時,系統(tǒng)會自動調(diào)整水泵轉(zhuǎn)速,加快系統(tǒng)的補水,反之當系統(tǒng)力力高于設(shè)定值時,系統(tǒng)會停止水泵,將泄壓閥開啟,排水減小系統(tǒng)水壓。
3.6 實際應用
在實際應用中,本監(jiān)控軟件主要分為:流量查看界面,參數(shù)設(shè)定界面,數(shù)據(jù)查詢界面,在實際項目中安些功能都是最為實際的應用功能,很多情況下巡檢人員與設(shè)備管理人員都用到這些功能。
圖6 LabVIEW恒溫恒壓換熱器監(jiān)控界面
4 結(jié)束語
NI公司的LabVIEW開發(fā)平臺使用的是圖形化編輯語言G編寫程序,產(chǎn)生的程序是框圖的形式。它可以更直觀的體現(xiàn)出程序的設(shè)計結(jié)構(gòu),而且較傳統(tǒng)代碼形式的編程,更容易學習,更具有高效性,它是今后測控行業(yè)的方向。它簡化了與各種儀器控制器設(shè)備的通信方法,省去了很多的底層驅(qū)動編寫。LabVIEW程序更加模塊化與層次化,它可以獨立運行或作為SubVI子程序,用戶可以根據(jù)需求來進行擴展,實現(xiàn)程序模塊化。在界面方面,LabVIEW控制選板中內(nèi)置數(shù)百個用戶界面對象,可方便的讓開發(fā)者設(shè)計出更專業(yè)的用戶界面。通過整個設(shè)備在現(xiàn)場的運行情況來看,采用LabVIEW開發(fā)的上位機監(jiān)控軟件,運行可靠,現(xiàn)場維護簡潔等好處。
參考文獻:
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[2] 阮奇楨.我和LabVIEW—一個NI工程師的十年編程經(jīng)驗[M].北京:北京航空航天大學出版社,2009,9(1):60-69.
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[4] 白云,高育鵬,胡小江.基于LabVIEW的數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)[M].西安:西安電子科技大學出版社,2009,3(1):102-108.