工业自动化仪器仪表控制系统设计及开发

工业自动化仪器仪表控制系统设计及开发

周辉、孙印帅、渠晓攀

身份证号： 37150219931019**** 、 37152419930702**** 、 37152219920809****

摘要：工业自动化仪器仪表控制系统对于实现智能化控制，及时调整仪器仪表的工作状态有着不可或缺的作用。由于目前工业自动化仪器仪表控制系统存在控制指令不够完整，对仪器仪表数据的变化不够敏感等问题，无法形成精准的仪器仪表控制系统，对仪器仪表无法进行完全快速的控制，这就导致了工业自动化仪器仪表实现智能化控制的步伐停滞不前，很不利于仪器仪表的工作，无法实现实时调整状态和接收指令。因此，建立一个能够精准控制工业自动化仪器仪表的控制系统来实现各零件之间以及仪器仪表与计算机之间的数据与指令传输变得非常重要。本文通过设计控制系统的硬件及软件，生成一个新的控制系统，在理论上可以对仪器仪表进行精准高效的控制。通过实验，解决了传统控制系统传输数据速度较慢的问题，为未来工业自动化仪器仪表控制系统的开发提供了新思路。

关键词：工业自动化；仪器仪表；控制系统；设计及开发

1工业自动化仪器仪表控制系统硬件设计

设计工业自动化仪器仪表控制系统首先要进行硬件的设计，控制系统需要将仪器仪表与计算机进行连接，通过二者之间的连接来实现计算机控制工业自动化仪器仪表的目的。GPIB总线的传输能力强，可以实现仪器仪表之间或者是仪器仪表与计算机之间的双向信息传输，并且传输的速度非常快，因此，采用GPIB总线用于连接仪器仪表及计算机在理论上可以实现更快的控制。GPIB总线的连接方法分为星型和线型两种，由于线型连接方法对于各个机器之间的距离有严苛的要求，因此，本文采用星型连接方法连接仪器仪表与计算机。以计算机为中心，通过星型连接方式利用GPIB总线接入接口，控制系统的电路图见图1。

图1控制系统电路图

如图1所示：中间的接口为计算机接口，四周的四个接口为仪器仪表接口，呈星型分布，且各个仪器仪表之间也可以进行数据传输，这样一来，该控制系统就实现仪器仪表之间和仪器仪表与计算机之间的双向高速信息传输。

2工业自动化仪器仪表控制系统软件设计

2.1建立控制指令

利用VISA所提供的函数来建立计算机与仪器仪表之间的控制指令，VISA可以不考虑接口的方式与接口的仪器仪表种类，这种通用的形式可以增加控制系统的使用率。利用viOpenDefaultRM函数对VISA系统进行初始化，查看VISA中与仪表仪器进行通讯的数据类型对象是否可以使用，开启VISA函数库。用viOpen建立计算机和仪器仪表之间的对话联系，它可以将计算机发出的行为指令转换为数据形式传输给仪器仪表，用来对仪器仪表的工作作出指示。它会给出仪器仪表的线路样式、地址等信息，使得VISA可以对该仪器仪表进行定位，其次它会对仪器仪表进行访问，一般情况下默认完全访问，这样可以更好的实现计算机与仪器仪表之间的双向信息传递。它存在一个固定的时间设置，超过该时间会直接认定数据发送失败。viPrintf用于发送仪器控制指令，通过设置初始参数的方式来观察仪器仪表的动作或者状态，根据仪器仪表需要调整的部分向其发送控制指令。viScanf则用于接收仪器仪表所传回的数据，和viPrintf相对应，并将传回的数据进行储存。viClose是用于结束计算机与仪器仪表之间对话的函数，在不需要调整控制仪器仪表后使用该函数进行收尾。通过VISA函数库中的这些函数，将控制仪器仪表的数据及指令通过计算机进行传输，之后再回收仪器仪表传回的数据，形成计算机与仪器仪表的双向信息交流，建立了完整的控制指令，见图2。

图2所建立控制指令

2.2基于LABVIEW控制仪器仪表

LABVIEW的编程方式简单，设备驱动程序种类繁多，分析和表达功能较强，可以快速且简单地构建各种各样的仪器系统。LABVIEW目前的开发可以满足复杂的系统设计要求，它使用图形化来编辑语言。数据采集、串行仪器控制、数据分析都需要利用LABVIEW编程来完成。其仿真和调试工具可以对仪器仪表的动态采取连续跟踪的方式，连续地观察部件中的数据及其变化情况，见图3。

图3自动化仪器仪表控制操作平台

利用LABVIEW程序可以较为容易的改变相应的设置及功能，更好地对仪器仪表进行控制。在打开LABVIEW的交互式环境之后，创建查询、解析、读写等命令，这些命令可以与仪器进行数据交换。在利用VISA设置了仪器的初始数据之后，对返回的数据进行解析，生成动态链接库，得到的仪器波形根据控制指令，就能实现对仪器仪表的控制，见图4和图5。

图4加密时机方案参数表

图5基于LABVIEW控制仪器仪表流程图

3结语

本文针对工业自动化仪器仪表进行了一个控制系统设计，通过实验发现本文设计的控制系统比传统的控制系统反应时间更短，有效地节省了工业自动化仪器仪表的控制时间。本文由于篇幅的原因，在实验过程中仅测试本文设计的系统和传统系统的反应时间，对于其他方面例如控制的精准度、对数据的敏感程度还未进行实验，因此还存在一些不足。在未来工业自动化仪器仪表的控制上，可以参考本文设计的系统以实现快速控制的目的。

参考文献

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