摘 要：論文針對(duì)遠(yuǎn)程虛擬儀器的網(wǎng)絡(luò)通信、工作原理等特點(diǎn)對(duì)其實(shí)現(xiàn)方案做出了對(duì)比和分析，并使用Datasocket和FieldPoint等技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)工程機(jī)械的遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代虛擬儀器技術(shù)與工程機(jī)械控制的結(jié)合，使工程機(jī)械的運(yùn)作在一定程度上不再受惡劣環(huán)境的限制。 關(guān)鍵詞：工程機(jī)械 遠(yuǎn)程 虛擬儀器 引言 　　目前，測(cè)試技術(shù)與計(jì)算機(jī)深層次的結(jié)合正引起測(cè)試儀器領(lǐng)域里的一場(chǎng)新的革命，一種全新的儀器——虛擬儀器應(yīng)運(yùn)而生。虛擬儀器，是虛擬技術(shù)的一個(gè)重要組成部分，它是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)、通信技術(shù)和測(cè)量技術(shù)高速發(fā)展孕育出的一項(xiàng)革命性技術(shù)，其導(dǎo)致了傳統(tǒng)儀器的結(jié)構(gòu)、概念、和設(shè)計(jì)觀點(diǎn)都發(fā)生了巨大變革。而把它應(yīng)用到傳統(tǒng)工程機(jī)械的控制中，就打破了傳統(tǒng)工程機(jī)械的基于現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)控制的相對(duì)封閉，故障診斷與維修等等都會(huì)受到人力、技術(shù)和地域的限制的局面，同時(shí)對(duì)于危險(xiǎn)作業(yè)、一些極端惡劣環(huán)境下的作業(yè)都提供了解決的方案或途徑。因此可以說(shuō)，通過(guò)將虛擬儀器技術(shù)和與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，應(yīng)用于現(xiàn)代工程控制中，建立一種開(kāi)放式的農(nóng)機(jī)控制系統(tǒng)已經(jīng)是勢(shì)在必然。 1 關(guān)于遠(yuǎn)程虛擬儀器 　　隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、軟件技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高度發(fā)展，在科研、工業(yè)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，隨著低成本高性能的計(jì)算機(jī)資源的有效利用，數(shù)字化平臺(tái)逐漸成為測(cè)量?jī)x器的基礎(chǔ)。儀器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的深層次的結(jié)合創(chuàng)造了虛擬儀器的概念，將計(jì)算機(jī)（處理器、存儲(chǔ)器、顯示器等）和通用儀器硬件（A/D、D/A變換器、數(shù)字輸入/輸出、定時(shí)和信號(hào)處理器等）與用于數(shù)據(jù)分析、過(guò)程通訊及用戶圖形界面的軟件有效地結(jié)合起來(lái)，就組成了虛擬儀器。儀器的智能化和虛擬化已經(jīng)成為未來(lái)各級(jí)實(shí)驗(yàn)室以及研究機(jī)構(gòu)發(fā)展的方向，“The Soft is Instruments（軟件就是儀器）”正在被廣大科技、教學(xué)工作者逐步接受。 　　繼“軟件就是儀器”的概念之后，出現(xiàn)了“網(wǎng)絡(luò)就是儀器”的新觀念。遠(yuǎn)程虛擬儀器就是虛擬儀器在網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的擴(kuò)展。遠(yuǎn)程虛擬儀器技術(shù)結(jié)合了虛擬儀器技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將虛擬儀器的應(yīng)用范圍拓展到整個(gè)Internet/Intranet 網(wǎng)上，使信號(hào)采集、傳輸和處理一體化。因此構(gòu)建基于Internet/Intranet上的遠(yuǎn)程虛擬儀器系統(tǒng)已經(jīng)成為虛擬儀器應(yīng)用發(fā)展的一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。 　　無(wú)論哪種遠(yuǎn)程虛擬儀器系統(tǒng)，都是將硬件儀器（傳感器、調(diào)理放大器、A/D卡）搭載到遠(yuǎn)端服務(wù)器上，加上應(yīng)用軟件并和本地的筆記本電腦、臺(tái)式 PC 機(jī)或工作站等各種計(jì)算機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)相連而構(gòu)成的，實(shí)現(xiàn)了用計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的全數(shù)字化的采集測(cè)試分析。Internet/Intranet 為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程虛擬儀器系統(tǒng)提供了一個(gè)很好的平臺(tái)，利用瀏覽器/服務(wù)器模式，操控者可以在瀏覽器端控制遠(yuǎn)程服務(wù)器進(jìn)行測(cè)試以及進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)的操作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)地實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制和監(jiān)控。 2 基于LabVIEW的遠(yuǎn)程虛擬實(shí)現(xiàn)方案比較 　　Labview是一個(gè)功能完整的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，它同時(shí)也是一種功能強(qiáng)大的編程語(yǔ)言。Labview針對(duì)數(shù)據(jù)采集、儀器控制、信號(hào)分析、和數(shù)據(jù)采集等任務(wù)，設(shè)計(jì)提供了豐富完善的功能模塊，用戶只需直接調(diào)用，就可以免去自己去編寫(xiě)程序的繁瑣，而且labview作為開(kāi)放性的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，提供了各種接口總線和常用儀器的驅(qū)動(dòng)程序，是一個(gè)通用的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)。基于LabVIEW，主要有四種用于開(kāi)發(fā)遠(yuǎn)程虛擬儀器的技術(shù)，它們是DataSocket 技術(shù)、基于 ActiveX 技術(shù)、基于 Java Applet 技術(shù)以及基于AppletVIEW的 技術(shù)。 　　基于 DataSocket 技術(shù)的遠(yuǎn)程測(cè)控方案，優(yōu)點(diǎn)是 DataSocket 定義了一個(gè)測(cè)控?cái)?shù)據(jù)傳輸協(xié)議，從而利用這種方法可以達(dá)到很高的數(shù)據(jù)傳輸效率，實(shí)時(shí)性能相當(dāng)好。缺點(diǎn)是它只能實(shí)現(xiàn) C/S 模式而不能實(shí)現(xiàn) B/S 模式，需要同時(shí)開(kāi)發(fā)服務(wù)器端程序和客戶端程序，客戶端控制功能太弱，尚有待加強(qiáng)。 　　基于 ActiveX 實(shí)現(xiàn)方案，在實(shí)現(xiàn)上采用 Delphi 開(kāi)發(fā)，它的優(yōu)點(diǎn)是開(kāi)發(fā)效率高，而且一旦程序下載成功，比起同樣功能的 Java 程序具有更高的執(zhí)行速度和效率，占用的系統(tǒng)資源也相對(duì)比較少;但是，實(shí)驗(yàn)證明，生成的 ActiveX 控件程序的尺寸比 Java 程序要大許多，客戶端需要花費(fèi)大量的時(shí)間來(lái)下載這個(gè)程序。 　　基于 Java Applet 技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn) B/S 模式，只需開(kāi)發(fā)服務(wù)器端程序，開(kāi)發(fā)效率高，客戶端無(wú)須下載插件，程序較小便于下載執(zhí)行;缺點(diǎn)是圖像質(zhì)量差,動(dòng)態(tài)顯示有跳動(dòng)感不連續(xù)。 　　基于 AppletVIEW 組件技術(shù)實(shí)現(xiàn)的遠(yuǎn)程測(cè)控方案，可以實(shí)現(xiàn) B/S 模式，AppletVIEW 是第三方開(kāi)發(fā)的遠(yuǎn)程測(cè)控專(zhuān)用組件，為遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)提供了可視化開(kāi)發(fā)環(huán)境，能把 LabVIEW 儀器面板自動(dòng)生成 Java 儀器面板，所以具有很高的開(kāi)發(fā)效率。而且，數(shù)據(jù)的傳輸是基于 Socket 的一種傳輸方式，具有較高的數(shù)據(jù)吞吐量，缺點(diǎn)是需要修改本地測(cè)控程序，并在本地 VI 程序中調(diào)用AppletVIEW 提供的一些網(wǎng)絡(luò)控件 VI，來(lái)與瀏覽器端的 Java 程序通信，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)測(cè)控。 3 用遠(yuǎn)程虛擬儀器實(shí)現(xiàn)遙控挖掘 　　用挖掘機(jī)挖掘化學(xué)或者危險(xiǎn)爆炸物以及有毒物品時(shí)，從安全角度考慮，應(yīng)該使用遙控挖掘來(lái)清除障礙目標(biāo)或物品，使得化學(xué)或有毒物品等對(duì)處于遙控位置的設(shè)備操作者的傷害最小化。 　　挖掘機(jī)的控制設(shè)計(jì)應(yīng)包括6個(gè)獨(dú)立機(jī)件的控制，以及視覺(jué)能力、操作參數(shù)、遙控啟動(dòng)裝置和緊急停車(chē)環(huán)節(jié)等。 　　CASE CX-160挖掘機(jī)可通過(guò)兩個(gè)雙軸操縱桿和兩個(gè)單軸腳踏板的傳統(tǒng)方式操作，其中每一個(gè)軸均由兩級(jí)液壓伺服閥驅(qū)動(dòng)。挖掘機(jī)有6個(gè)獨(dú)立機(jī)件：臂、吊桿、鏟斗、轉(zhuǎn)軸、左、右履帶。為了控制這些機(jī)件，在駕駛室和挖土機(jī)中放置FieldPoint模塊。然后裝載FieldPoint模塊程序，通過(guò)操控桿輸入來(lái)控制挖掘機(jī)動(dòng)作。FieldPoint分布式I/O系統(tǒng)工作頻率為10Hz，遙控6個(gè)獨(dú)立機(jī)件。電源為12伏特到24伏特，電流最大量為45安培。獨(dú)立的緊急停車(chē)電路用來(lái)實(shí)現(xiàn)安全要求。 [align=center] 圖1、基于無(wú)線I/O的分布式遙控挖掘機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖[/align] 　　為了確保穩(wěn)定性和整體的安全性，必須實(shí)時(shí)遙控自動(dòng)挖掘機(jī)。采用FieldPoint模塊與LabVIEW實(shí)時(shí)軟件相結(jié)合。這樣不僅實(shí)現(xiàn)了挖掘機(jī)的智能控制，同時(shí)也提供了挖掘機(jī)的自動(dòng)故障防止。同時(shí)選擇電子傳感器和采集系統(tǒng)組成FieldPoint分布式I/O模塊，這些模塊通過(guò)FieldPoint網(wǎng)絡(luò)模塊連接在一起。FieldPoint分布式I/O通過(guò)使用LavVIEW簡(jiǎn)單集成功能極大地方便了構(gòu)建基于客戶的系統(tǒng)。FieldPoint模塊通過(guò)以太網(wǎng)和串口數(shù)據(jù)傳送協(xié)議進(jìn)行通信，而模塊之間傳送的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線串行調(diào)制解調(diào)器進(jìn)行通信。挖掘機(jī)的基本操作需要讀取遙控站控制輸入設(shè)備的模擬電壓，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)酵诰驒C(jī)FieldPoint模塊中執(zhí)行?；跓o(wú)線I/O的分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1： 　　而軟件層采用Datasocket技術(shù)與基于B/S結(jié)構(gòu)的遠(yuǎn)程面板相結(jié)合的策略。DataSocket 是 LabVIEW 最新提供的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)測(cè)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具，它大大簡(jiǎn)化甚至免除了網(wǎng)絡(luò)通信編程，用戶使用這種技術(shù)可以很容易地在互聯(lián)網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換。借助它可以在不同的應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)源之間共享數(shù)據(jù)并進(jìn)行時(shí)實(shí)數(shù)據(jù)（Live data）的傳輸。圖2描述了 DataSocket 的體系結(jié)構(gòu)。而遠(yuǎn)程面板可以在通過(guò)在服務(wù)器端安裝Runtime Engine實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端的遠(yuǎn)程面板的發(fā)布，實(shí)現(xiàn)了B/S結(jié)構(gòu)的控制。 [align=center] 圖2、DataSocket的體系結(jié)構(gòu)[/align] 　　DataSocket 可以訪問(wèn)本地文件以及 HTTP 和 FTP 服務(wù)器上的數(shù)據(jù)，并為低層通訊協(xié)議提供了統(tǒng)一的 API 函數(shù)，編程人員無(wú)需為不同的數(shù)據(jù)格式和通訊協(xié)議編寫(xiě)具體的通訊程序代碼。DataSocket 使用一種增強(qiáng)型數(shù)據(jù)類(lèi)型來(lái)交換儀器類(lèi)型的數(shù)據(jù)，這種數(shù)據(jù)類(lèi)型包括數(shù)據(jù)特性（如采樣率、操作員、通道數(shù)、時(shí)間、及采樣精度）和實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)。使用DataSocket可以得到很高的數(shù)據(jù)傳輸速率，可以獲得很好的實(shí)時(shí)性能，從而可以滿足大多工程機(jī)械的需要。 [align=center] 圖3、遠(yuǎn)程VI主面板[/align] 　　在遠(yuǎn)程操控站，操作者遙控開(kāi)關(guān)視覺(jué)系統(tǒng)和工作燈的電源。四個(gè)控制按鈕為挖掘機(jī)攝像機(jī)提供了拍攝全景和傾斜調(diào)節(jié)的能力。同時(shí)操作者必須監(jiān)控挖掘機(jī)的工作參數(shù)：例如：油位，水和油溫的實(shí)時(shí)警告信息，這些參數(shù)顯示在控制桿旁邊的一體化液晶顯示器上。這些數(shù)據(jù)由位于挖掘機(jī)的計(jì)算機(jī)上的RS-232端口發(fā)送的。挖掘機(jī)的狀態(tài)經(jīng)過(guò)處理后，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到遠(yuǎn)程遙控站站，然后再執(zhí)行適當(dāng)?shù)牟僮鳌Ｈ绻l(fā)生嚴(yán)重錯(cuò)誤，車(chē)輛控制將終止并顯示警告信息給操作者。如圖3是基于B/S結(jié)構(gòu)發(fā)布的遠(yuǎn)程VI面板，操作者可以在任何裝有網(wǎng)頁(yè)瀏覽器的電腦上監(jiān)控挖掘機(jī)。 4 結(jié)論 　　遠(yuǎn)程虛擬儀器是虛擬儀器在網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的拓展，除了具備虛擬儀器的全部?jī)?yōu)點(diǎn)外，它的主要優(yōu)勢(shì)還在于不受地域、環(huán)境的限制。用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)組建的遠(yuǎn)程虛擬儀器系統(tǒng)，可以使信號(hào)采集、傳輸和處理一體化，不但可以共享許多昂貴的硬件資源，而且還便于擴(kuò)展測(cè)試系統(tǒng)、提高測(cè)試效率，所以應(yīng)用面極為廣泛，是科研、教育、開(kāi)發(fā)、測(cè)量、檢測(cè)、計(jì)量、測(cè)控等領(lǐng)域不可多得的好工具，而本文把它應(yīng)用在工程機(jī)械的代表-挖掘機(jī)上，對(duì)虛擬儀器這一技術(shù)在這些領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展有重要意義，也使現(xiàn)代工程機(jī)械實(shí)現(xiàn)全面自動(dòng)化和網(wǎng)絡(luò)化的開(kāi)展成為可能，使遠(yuǎn)程虛擬儀器的發(fā)展走上一個(gè)新的高度。 本文作者創(chuàng)新點(diǎn)： 　　1.虛擬儀器技術(shù)在工程機(jī)械挖掘機(jī)的遠(yuǎn)程控制中的應(yīng)用 　　2.FieldPoint和DataSocket技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)工程機(jī)械的實(shí)時(shí)控制 參考文獻(xiàn)： 　　1. 梁惺彥，和衛(wèi)星。LabVIEW實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與傳輸。微計(jì)算機(jī)信息[J]，2004.9,44-45 　　2. 程學(xué)慶，房曉溪，韓薪莘，張健。LabVIEW圖形化編程與實(shí)例應(yīng)用[M]。北京:中國(guó)鐵道出版社，2005。1-3 　　3. 鄧焱，王磊。LabVIEW7.1測(cè)試技術(shù)與儀器[M]。北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005。266-268 　　4. 楊樂(lè)平，李海濤，趙勇，楊磊 安雪瀅。LabVIEW高級(jí)程序設(shè)計(jì)[M]。北京:清華大學(xué)出版社，2003。446-451