图1:系统三级控制
4. 硬件设计
基于虚拟仪器技术的系统硬件结构主要分为六部分:(1)传感器/变送器(2)FieldPoint数采单元(3)嵌入式计算机(4)执行器单元(5)开关操作面板(6)仪表显示
第一:传感器或变送器
第二:FieldPoint数采单元
数采单元工作原理见图2
图2:数采单元工作原理图
第三:嵌入式计算机
开发研制抗震动、抗冲击、基于PC104的嵌入式低功耗加固计算机,如图3所示,具有就地控制、显示、处理、远程通信等功能。[page]
图3:嵌入式低功耗计算机
嵌入式加固计算机安装在油泵车和挂车泵上,担负着泵机组和输油运行工况采集、泵机组保护、运行参数调节及信息远传等重任,是整个移动式管线泵站自控装置的灵魂。嵌入式加固计算机的研制,必须符合泵机组的机动、高低温、抗震动、抗冲击、防盐雾等要求,运行需具有高可靠性。由机箱、底板、电源、充电电路、主板、存储设备、EL8色显示屏、三防鼠标、外部扩展口、连接电缆、航空插件及减震件等部件组成。
第四:执行器单元
开发研制的执行器单元如图4所示,包括带CPU的智能电调、执行器、速度传感器及相关附件。其原理是:比较从发动机采集的速度信号和速度设定值,并根据比较结果输出适当的信号控制工程网版权所有,通过执行器调节发动机的脉宽调速器,对发动机的速度进行调整。
图4:执行器单元
第五:微机显示及开关操作面板(见图5)
图5:微机显示及开关操作面板
第六:仪表盘显示(见图6)
图6:仪表盘显示、指示灯及开关操作面板
5. 软件设计
5.1驱动程序
驱动程序顾名思义是驱动系统中所用FieldPoint数采模块,它通过基于RS232标准的I/O接口实现和嵌入式计算机通讯,使其执行参数设置、数据采集和控制等任务。
5.2开发平台
Windows9X/2000或WindowsNT操作系统,基于图形编程组态软件LabVIEW。
5.3监控系统软件
研制开发的应用软件模块分就地测控级和远程监控级。
就地测控级包括:初始化模块、自诊断模块、采样模块、信号处理模块、工况显示模块、判断模块、泵机组自动保护模块、泵油压力调节控制保护模块、输出模块、报警与事件处理模块、通信模块。就地测控级软件模块结构框图见图7。
远程监控级包括:通信模块、显示模块、数据管理模块、报警与事件处理模块、遥控模块。远程监控级软件界面见图8。
5.4智能电调软件框图见图9
6. 技术特点
(1)以人为本的设计特点
使用图形化数据流式编程语言流程图,简化应用程序的开发;模块化编程设计,使软件扩展、升级方便;
显示页标签、交互式、层次化界面编程设计使系统工况显示、参数设置、系统调试功能齐全、操作灵活、层次分明;
泵机组输油工况参数的设定与调整必须在非自控状态下进行,以免由于输入失误引起非正常调节、停机,甚至造成全线停输。因此软件编程中采用函数属性控制技术,使系统运行在自控状态下控制工程网版权所有,工况参数设定项自动隐藏以防止误操作;
用LabVIEW平台开发的应用程序的外观和操作方式都与实际仪表,比如压力、转速仪表盘类似,是基于虚拟仪表的人性化界面,更加形象逼真,突出了以人为本的设计特点。
FieldPoint数采单元I/O模块具有带电热插拔CONTROL ENGINEERING China版权所有,即插即用,使系统的安装、组态、维护简便。
7. 结论:
LabVIEW 提供了一种基于图形化编程环境的平台,它大大减轻了系统软件开发人员的负担,使其能将主要精力集中投入到系统设计中,而不再是具体软件每句语句细节的推敲上。它是一种有效的语言,使用户FieldPoint数采单元驱动程序和系统应用软件的编程变得简单、快捷。
人机界面友好。用LabVIEW 开发的软件为操作人员进行参数设定和数据监控提供了一种清晰友好的界面。
FieldPoint数采单元各模块具有-40℃~70℃宽运行温带特性,抗强冲击与振动,击穿电压在3000Vrms以上,系统适合在恶劣的工业环境条件下运行。
目前,该自动控制系统已开发组建完成,并对该系统进行了基本性能试验和试用性试验。
分别对单台机组和管线系统试验,检验了单台机组自动控制功能:采集、显示、保护、控制、调节、通信、远程监视、遥控能力;检验了自控系统在整个管线系统中自动调节、跟随、匹配情况。
试验表明:系统控制可靠、调节稳定,首次实现移动式输油管线泵站机组无人值守。
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