基于LabVIEW的暖通空调数据采集控制系统设计
使用的末端传感器有:PT100铂电阻温度传感器,铂电阻使用四线制可以提高测量精度,避免沿途数据线电阻对测量的影响。EE10室内温湿度变送器,产生4~20mA的标准电流信号,为了便于数据采集仪测量和避免信号的失真,在其中加入250Ω的精密电阻,将电流信号转换为标准的1~5V的电压信号。压力传感器、风阀开度控制器、湿度等信号均是标准的1~5V的标准信号,或者经过转换成为1~5V的标准信号,便于数据采集仪进行处理。这些信号均为线性或近似线性,可以通过增益和偏移(M×B)把标准信号转换为我们熟悉的温度湿度压力值工程量。例如:采集到的信号为3V,此时的1V对应于0℃,5V对应于100℃,则可以通过:
Y=MX+B
算出M=25,B=-25,再把3代入,可得Y=50℃。此部分只需通过使用LabVIEW的Database Toolset工具包和全局变量数据的交换,很容易实现信号的转换。
数据采集仪:传感器、变送器产生的标准信号直接进入数据采集仪。数据采集仪采用的是Agilent 34970A数据采集仪(附三块HP 34901A 20通道衔铁继电器多路转换器)。它可以直接测量热电偶、电阻温度测试器、热敏电阻、直流电压、直流电流、交流电流等。电源电流、电压、功率和频率通过PF9833三相PWM专用测试仪来测量。通过使用NI-VISA协议,可对串口读写操作,很方便的完成了数据的交换,见图3。
图3 LabVIEW中NI-VISA串口读写
控制系统PLC与PC的通信也同样使用了NI-VISA协议进行通信。通过把命令请求写入(Write)串口,设备对命令分析识别,把命令请求的数据通过RS-232接口返回到计算机,再通过对串口读操作(Read),从而获得设备采集的数据。对于不同设备有不通的命令。Agilent 34970A使用的是SCPI(Standard Commands for Programmable Instruments)可编程仪器标准命令集。PF9833则使用了另外的命令集。不同设备不管使用什么协议,通过NI-VISA都可和容易建立设备与计算机间的通信。对于PLC,需要编写设备端程序。要求程序实现获得命令后,对命令进行分析识别,把相应数据送出。
信号控制使用西门子SIMATICS7-300 PLC,部分对控制有影响的采集信号进入PLC,进行PID分析运算,产生控制信号,对风阀、风机、水泵、加热器等进行控制。PLC带有的RS-232通讯接口,直接与计算机建立通信。PC获得进入PLC的各种信号,也可在计算机中进行更为复杂的运算,产生数字控制信号返回PLC,再由PLC对各种需要控制的设备进行控制。
本系统可通过触摸屏对整个系统发出控制指令,触摸屏的每个开关都对应于PLC各个开关触点,相当于PLC的键盘,可对整个系统的各种参数进行调整。例如可以对风阀的开关,风机、水泵、电加热器的启停,各个PID控制设备P、I、D(比例、积分、微分)三个参数的设置进行相应的操作,系统流程图可清晰的从中反映出来。
由于使用了大量的串口来进行数据的通信,需添置一块多串口卡,用于连接多个串口设备。
3 LabVIEW程序
通过LabVIEW图形化设计很容易设计出漂亮美观的用户界面。见下图4所示。在使用Agilent 34970A数据采集仪时可对温度、电压、电流等各种参数进行测量,在进行采集时涉及到参数需要更改的情况,我们
使用了NI的数据库连接工具包(Database Connectivity Toolset),直接在一个已经编辑好的数据库(Hpsetting.mdb)里编辑所改变采集通道的参数,然后在运行程序时选择是否需要下载新的设置到数据采集仪,使数据采集仪相应设置改变,以采集到正确的数据。设置参数有通道号、通道描述、输入类型、范围、周期、延迟、触发、铂电阻阻值以及标定等。只要是使用Agilent 34970A数据采集仪采集数据,程序就不需要进行大的修改,节省了开发成本和时间,提高程序的通用性。
控制上使用了NI PID工具包,可对需要进行控制的部件进行PID控制,利用该工具包可以节省我们大量开发时间。LabVIEW一个很大的特点就是提供了大量的可用控件,控件提供输入输出,通过线连接输入数据,就可很方便的从输出口得到需要的控制命令。
4 实验
LabVIEW和众多系统中各种传感器配合,在系统调试中发挥了很大的作用。所需数据通过一台普通装有LabVIEW的计算机就能显示出来。调试中的数据用LabVIEW来进行分析显示,观察系统是否达到了预定的要求。
在系统中使用了LabVIEW软件,在硬件上不需要做太多的更改。各项所需测量控制参数在系统调试阶段已经设置好,后面就只需在软件界面和各项参数组合上做工作。
在冷水机组数据采集控制实验中,界面如图4,开启空调系统,通过数据采集设备获得当前温湿度信号。获得数据经过PID运算,输出控制信号,最终通过对PID参数的调节(更改界面中的PID参数,经过PC对PLC的控制,达到控制设备的目的)使得温湿度参数最终稳定在设定值附近,达到了实验控制的目的。最后可以通过NI的报告生成工具包(Report generation toolset)把实验中保存的数据以报表的形式打印出来。
控制系统 设计 数据采集 暖通空调 LabVIEW 基于 相关文章:
- DSP和PBL3717A构成的步进电机的控制系统(04-01)
- 基于DSP的新型弹载控制计算机(04-05)
- 基于TMS320VC5509A的语音识别与控制系统(06-17)
- 基于DSP的智能刹车控制系统研究(07-29)
- 基于DSP的逆变电源控制系统设计(08-11)
- 基于DSP的混合悬浮控制系统的硬件设计(01-13)