摘 要：虛擬儀器是未來(lái)的發(fā)展方向，本文介紹了虛擬儀器的基本知識(shí)及現(xiàn)狀，描述了PXI總線技術(shù)開(kāi)發(fā)的液壓泵源測(cè)控系統(tǒng)的具體過(guò)程。系統(tǒng)采用變頻調(diào)速系統(tǒng)與比例截流閥作為液壓泵源加載系統(tǒng)，采用LabVIEW軟件作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，能較好的完成各種實(shí)驗(yàn)要求。 關(guān)鍵詞：虛擬儀器 PXI總線 LabVIEW 測(cè)控系統(tǒng) 1. 引言 　　科學(xué)技術(shù)的發(fā)展是和測(cè)試技術(shù)的發(fā)展緊密聯(lián)系在一起的，許多重大科學(xué)成果是靠先進(jìn)的試驗(yàn)手段獲得的，因此擁有先進(jìn)的科學(xué)試驗(yàn)是科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化的一個(gè)標(biāo)志，液壓行業(yè)也是如此。 　　本文研究的是基于PXI總線的液壓測(cè)控系統(tǒng)。期望通過(guò)尋求合理的測(cè)試方案，克服現(xiàn)行工業(yè)中所采用的傳統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)所存在的不足，較好的完成液壓系統(tǒng)的性能測(cè)試，推廣虛擬儀器在自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)中的應(yīng)用。 2. 虛擬儀器現(xiàn)狀與發(fā)展方向 　　2.1 虛擬儀器簡(jiǎn)介 　　虛擬儀器是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)、電子儀器技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的一種新型儀器，是在通用計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)上配以專門(mén)設(shè)計(jì)的硬件（如數(shù)據(jù)采集卡、VXI/PXI機(jī)箱等）和軟件，既有類似于傳統(tǒng)儀器的操作面板，也有傳統(tǒng)儀器所沒(méi)有的特殊功能。它是利用I/O接口設(shè)備完成信號(hào)的采集、測(cè)量和調(diào)理;利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的軟件功能實(shí)現(xiàn)信號(hào)數(shù)據(jù)的運(yùn)算、分析和處理;利用顯示器的顯示功能來(lái)模擬控制面板，以多種形式表達(dá)輸出檢測(cè)結(jié)果;從而完成各種測(cè)試功能的一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)。目前較常用的虛擬儀器是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、GPIB控制系統(tǒng)、VXI、PXI儀器系統(tǒng)以及這幾者之間的任意組合[1]。 　　2.2 PXI總線的特點(diǎn) 　　PXI總線是以CompactPCI為基礎(chǔ)，由具有開(kāi)放性特點(diǎn)的PCI總線擴(kuò)展而來(lái)的（于1997年由NI公司提出）。PXI構(gòu)造類似于VXI結(jié)構(gòu)，但它的設(shè)備成本更低、運(yùn)行速度更快，體積更緊湊，其符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在機(jī)械、電氣和軟件特性方面充分發(fā)揮PCI總線的優(yōu)點(diǎn)。目前基于PCI總線的軟硬件均可應(yīng)用于PXI系統(tǒng)，因而PXI系統(tǒng)具有良好的兼容性。另外，PXI還有高度的可擴(kuò)展性，它有8個(gè)擴(kuò)展槽，通過(guò)使用PCI—PCI橋接器，它更可擴(kuò)展到256個(gè)擴(kuò)展槽?，F(xiàn)在PXI總線的傳輸速率已經(jīng)達(dá)到132Mbps，最高為500Mbps，是目前已經(jīng)發(fā)布的最高傳輸速率。臺(tái)式PC的性價(jià)比與PCI總線面向儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展優(yōu)勢(shì)相結(jié)合，將形成未來(lái)主要的虛擬儀器平臺(tái)。 　　2.3 虛擬儀器的特點(diǎn) 　?。痦?xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（60572001）電容稱重傳感器研究及在車輛稱重中的應(yīng)用 　　虛擬儀器概念是對(duì)傳統(tǒng)儀器概念的重大突破，是計(jì)算機(jī)與儀器儀表相結(jié)合的產(chǎn)物。與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器具有很高的靈活性，用戶可以通過(guò)編制軟件來(lái)定義它的功能。虛擬儀器的硬、軟件都具有開(kāi)放性、模塊化、可重復(fù)使用及互換性等特點(diǎn)。軟件是虛擬儀器的核心，虛擬儀器使得用戶能夠根據(jù)自己的需要定義儀器的功能。 　　2.4 虛擬儀器的應(yīng)用 　　虛擬儀器技術(shù)在發(fā)達(dá)國(guó)家的應(yīng)用已非常普及，我國(guó)近年來(lái)也很重視這方面的研究開(kāi)發(fā)。清華大學(xué)汽車系利用虛擬儀器技術(shù)構(gòu)建的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)，用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的功率特性、負(fù)荷特性等。浙江大學(xué)流體傳動(dòng)及控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用虛擬儀器技術(shù)，開(kāi)發(fā)了V-SDTH液壓元件通用計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各種閥的穩(wěn)動(dòng)態(tài)測(cè)試，北航為航天二院某所開(kāi)發(fā)了實(shí)驗(yàn)室多設(shè)備的試驗(yàn)管理系統(tǒng)等。這些都取得了良好的實(shí)際應(yīng)用效果。 3 虛擬儀器技術(shù)在液壓試驗(yàn)臺(tái)上的應(yīng)用 　　3.1 液壓泵試驗(yàn)臺(tái)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 　　進(jìn)行JB/T 7044-93《液壓軸向竹塞泵實(shí)驗(yàn)方法》第5.3條“出廠試驗(yàn)”規(guī)定的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中的泵的“排量驗(yàn)證試驗(yàn)”、“容積效率試驗(yàn)”、“變量特性試驗(yàn)”和“外滲漏檢查試驗(yàn)”等，要求達(dá)到GB/T 7936-87 《液壓泵、馬達(dá)空載排量測(cè)定方法》第3.8.1條中所規(guī)定的B級(jí)測(cè)試精度和JB/T 7044-93《液壓軸向柱塞泵實(shí)驗(yàn)方法》第4.5條中所規(guī)定的B級(jí)測(cè)量精度。 　　3.2 采取的技術(shù)路線與試驗(yàn)方案 　　為了實(shí)現(xiàn)液壓泵性能參數(shù)的測(cè)試，需要對(duì)液壓泵源系統(tǒng)壓力、流量、溫度、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速等參量進(jìn)行測(cè)試和控制。同時(shí)為了保證系統(tǒng)安全運(yùn)行, 系統(tǒng)具有超壓、超溫、濾油器污染、低液位等報(bào)警功能, 報(bào)警的同時(shí)采取相關(guān)安全措施如：卸荷、關(guān)閉泵源等。系統(tǒng)加載裝置圖見(jiàn)圖2： 　　3.3 測(cè)控系統(tǒng) 　　1.軟、硬件配置 　　本測(cè)試系統(tǒng)要求高精度、高可靠性、及實(shí)時(shí)性，綜合虛擬儀器幾種硬件構(gòu)成方案，本測(cè)控系統(tǒng)采用NI公司PXI總線測(cè)試系統(tǒng)。采用NI-1042機(jī)箱，內(nèi)置PXI-86控制器。采用Windows XP操作系統(tǒng)，安裝Labview虛擬儀器軟件，完成數(shù)據(jù)的采集、運(yùn)算、控制、存儲(chǔ)、繪圖、分析打印等工作。本系統(tǒng)采用NI公司的M系列NI6259多功能卡和西門(mén)子S7-200可編程控制器。測(cè)試系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖3 ： [align=center] 圖3 測(cè)試系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖[/align] 　　2.信號(hào)調(diào)理 　　各傳感器均為4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)電流輸出。這些信號(hào)串接500 精密電阻轉(zhuǎn)換為該多功能卡所需要的電壓信號(hào)。重要信號(hào)，如控制變頻器的輸出信號(hào)和控制節(jié)流閥壓力的信號(hào)由信號(hào)隔離模塊隔離;既需要進(jìn)入計(jì)算機(jī)又需要接入PLC的I/O點(diǎn)用光電隔離模塊隔離。 　　3.測(cè)控軟件[2][3] 　　測(cè)控系統(tǒng)軟件是試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。它通過(guò)通信設(shè)備獲取信息，同時(shí)向用戶顯示所需要的信息。測(cè)控系統(tǒng)軟件所要完成的任務(wù)有：數(shù)據(jù)采集、參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)分析處理、參量顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、信號(hào)報(bào)警、報(bào)表打印等?？紤]到LabVIEW用戶界面風(fēng)格友好、開(kāi)發(fā)程序效率高和易于用戶使用及開(kāi)發(fā)擴(kuò)展的優(yōu)勢(shì)。本系統(tǒng)采用LabVIEW軟件作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)。 　　1. 系統(tǒng)設(shè)置模塊。包括自檢和硬件設(shè)置兩個(gè)子菜單項(xiàng)。自檢是在接好連線，有用戶確認(rèn)后自動(dòng)進(jìn)行，硬件設(shè)置允許永鼠標(biāo)點(diǎn)擊，選取具體的開(kāi)關(guān)進(jìn)行工作狀態(tài)觀察。 　　2. 項(xiàng)目選擇與測(cè)試模塊。這是測(cè)控系統(tǒng)的核心模塊。它調(diào)用測(cè)試的有關(guān)信息，由獲得的各種檢測(cè)數(shù)據(jù)操縱系統(tǒng)相關(guān)元件進(jìn)行建立與轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)采集，最終經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理算法獲得各個(gè)測(cè)試點(diǎn)的檢測(cè)結(jié)果。 　　3. 結(jié)果模塊處理。將負(fù)責(zé)各具體對(duì)象的規(guī)范化結(jié)果報(bào)表文件的生成、繪圖、顯示、打印及存儲(chǔ)工作。它是后期完成的工作，它對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行非實(shí)時(shí)的再現(xiàn)和處理，如頻譜分析、圖形處理等。 　　4. 幫助和退出模塊。幫助模塊為用戶提聯(lián)機(jī)幫助，指導(dǎo)用戶正確操作;退出模塊是系統(tǒng)退出測(cè)試。 　　系統(tǒng)測(cè)試主界面圖如圖4所示： [align=center] 圖4 系統(tǒng)測(cè)試主界面圖[/align] 　　測(cè)試結(jié)果轉(zhuǎn)矩隨出油壓力變化曲線如圖5所示： [align=center] 圖5 壓力轉(zhuǎn)矩變化測(cè)試圖[/align] 4. 小結(jié) 　　本文的創(chuàng)新點(diǎn)是將計(jì)算機(jī)控制、檢測(cè)技術(shù)與液壓控制技術(shù)有效地結(jié)合起來(lái)，可對(duì)系統(tǒng)中各參量進(jìn)行實(shí)時(shí)控制與檢測(cè)。采用LabVIEW 虛擬儀器軟件作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，具有開(kāi)發(fā)周期短，節(jié)約研制經(jīng)費(fèi)，用戶界面友好等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)實(shí)際運(yùn)行，該系統(tǒng)具有檢測(cè)精度高、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、操作方便等特點(diǎn)。 參考文獻(xiàn)： 　　[1] 楊樂(lè)平 李海濤 虛擬儀器技術(shù)概論[M] 電子工業(yè)出版社 2003.07 　　[2] 王占林 飛機(jī)液壓高壓能源系統(tǒng)[M] 北京航空航天大學(xué)出版社 2004.10 　　[3] 孫洪亮 基于虛擬儀器技術(shù)的液壓泵效率試驗(yàn)系統(tǒng) 自動(dòng)化儀表[J] 2005 No.3 25-27 　　[4] 畢虎 律方成 李燕青 李和明. 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