基于LabVIEW平臺和網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程在線監(jiān)控分析

彭 慧

（湖南財(cái)政經(jīng)濟(jì)學(xué)院，湖南 長沙 410205）

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的快速發(fā)展，擴(kuò)寬了信息交換溝通的范圍，同時(shí)也開拓了網(wǎng)絡(luò)控制的層次，為自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)奠定了技術(shù)基礎(chǔ).現(xiàn)場總線則是計(jì)算機(jī)通信技術(shù)發(fā)展的有效產(chǎn)物，是自動(dòng)化的代表標(biāo)志，對工業(yè)控制技術(shù)的發(fā)展有較強(qiáng)的促進(jìn)作用.伴隨著當(dāng)前諸多大規(guī)模集成電路的產(chǎn)生，部分研究者為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場控制，并展開了對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)控制、在線監(jiān)控等方面的探索，并通過內(nèi)置CPU技術(shù)來實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場控制，組建通信信息網(wǎng)絡(luò)，以完成對現(xiàn)場相關(guān)設(shè)備的控制.在當(dāng)前測試條件日趨復(fù)雜的背景下，為提高測試儀器的靈活性，計(jì)算機(jī)虛擬測試平臺也由傳統(tǒng)的簡單組合式的數(shù)字技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)橐杂?jì)算機(jī)技術(shù)為中心的虛擬平臺技術(shù)，完成了從硬件到軟件的過渡，同時(shí)為電子測試的發(fā)展提供了主要方向.以下則主要介紹分析基于LabVIEW平臺和網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程在線監(jiān)控技術(shù).

1 LabVIEW與虛擬儀器概述

1.1 概念

虛擬儀器主要是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的新型測試儀器，由計(jì)算機(jī)設(shè)備、測試電路模塊、應(yīng)用軟件構(gòu)成.測試電路模塊不僅包括數(shù)據(jù)采集板、控制板，同樣也包含不同類型的外置式或插卡式信號調(diào)理板與相關(guān)測量儀器.一般虛擬儀器主要由用戶自主定義，可自由選擇組建網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的平臺、軟件與硬件.LabVIEW則為虛擬儀器開發(fā)平臺中的一種，屬于高效的圖像化程序設(shè)計(jì)環(huán)境，主要采用G語言程序編程語言，與傳統(tǒng)編程語言有一定的相似點(diǎn)，包括數(shù)據(jù)類型的選用、程序調(diào)試工具、數(shù)據(jù)流控制結(jié)構(gòu)等方面.同時(shí)G語言編程與傳統(tǒng)程序語言也存在一定的差別.一般傳統(tǒng)編程語言主要采用文本語言進(jìn)行編程，而基于LabVIEW平臺的G語言編程則采用圖形式的語言編程，界面相對來說比較直觀，操作比較簡單.

1.2 優(yōu)勢與特色

應(yīng)用虛擬儀器的開發(fā)平臺主要包括三個(gè)方面的優(yōu)勢.其一，產(chǎn)品種類相對來說比較豐富，當(dāng)前市場上所推出的大部分軟、硬件測試工具，相關(guān)工程師均需耗費(fèi)大量的時(shí)間去掌握其使用方法，而虛擬儀器開發(fā)平臺則提供了種類繁多的硬件測試產(chǎn)品，并貫穿于數(shù)據(jù)采集、聲音測量、視覺控制、運(yùn)動(dòng)控制等方面，且接口種類齊全，覆蓋于工業(yè)通訊等領(lǐng)域.其二，兼容性較強(qiáng)，開發(fā)成本低.其三，全球服務(wù)及技術(shù)支持覆蓋面積比較廣泛，能夠?yàn)槿虿煌貐^(qū)的用戶提供技術(shù)支持與相關(guān)服務(wù)，有較強(qiáng)的可拓展性.

LabVIEW虛擬儀器程序主要由前面板、框圖程序、圖標(biāo)及連接器三個(gè)部分組成.前面板主要為圖形式的用戶界面，用戶可通過前面板輸入相關(guān)的設(shè)置參數(shù)，與C語言中的函數(shù)類似，在虛擬儀器中，所有的控件均具備兩種不同的屬性，用戶可通過操作相關(guān)的圖標(biāo)與按鈕，使得前面板顯示更為簡單易懂.前面板同樣包含修飾對象，用戶可通過調(diào)節(jié)修飾模塊，使得操作界面更為美觀.且在LabVIEW框圖儀器中，每個(gè)程序均有其對應(yīng)的框圖代碼，由數(shù)據(jù)與節(jié)點(diǎn)連線構(gòu)成，節(jié)點(diǎn)則為主要的執(zhí)行元素，以數(shù)據(jù)為媒介實(shí)施連接，能夠定義框內(nèi)數(shù)據(jù)的流動(dòng)方向.圖表、連接端口則可將子程序變?yōu)橄到y(tǒng)中的操作對象，并實(shí)現(xiàn)靈活調(diào)用，同時(shí)可創(chuàng)建復(fù)雜化的操作程序，且階數(shù)并不會(huì)受到限制.

2 基于LabVIEW平臺的計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程在線監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

當(dāng)前，基于LabVIEW的計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程在線監(jiān)控系統(tǒng)主要應(yīng)用于發(fā)電機(jī)組監(jiān)控、污水處理監(jiān)控及變電站監(jiān)控等方面，以下則主要以發(fā)電機(jī)組的遠(yuǎn)程監(jiān)控為例，分析了其總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì).基于LabVIEW的計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程在線監(jiān)控系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)、交換機(jī)、直流電動(dòng)板、傳感器、數(shù)據(jù)采集板、主控PLC、變頻器、調(diào)速器等部件構(gòu)成，監(jiān)控流程則包括數(shù)據(jù)采集、中央監(jiān)控與遠(yuǎn)程監(jiān)控三個(gè)主要部分.

2.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1.1 數(shù)據(jù)采集

在采集數(shù)據(jù)前，首先必須對測試系統(tǒng)實(shí)時(shí)校正處理，保障采集電路的權(quán)威性與可靠性，隨后采集系統(tǒng)中定子電流、定子電壓、電網(wǎng)電壓、轉(zhuǎn)子電流等電路信號，并最終顯示于上位機(jī)之上，并通過采集卡與LabVIEW軟件平臺的通訊交流來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的互通.

2.1.2 中央監(jiān)控

中央監(jiān)控部分則主要將所接收的電流信號轉(zhuǎn)化為波長及數(shù)據(jù)信號，并顯示于人機(jī)操作界面上，通過中央監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器來實(shí)現(xiàn)信號的傳輸.

2.1.3 遠(yuǎn)程監(jiān)控

在計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控終端部分輸入對應(yīng)的網(wǎng)站后，便可實(shí)現(xiàn)對中央控制器的監(jiān)控.計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的基本協(xié)議為TCP/IP通訊協(xié)議，能夠?qū)崿F(xiàn)單個(gè)網(wǎng)絡(luò)與多個(gè)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)之間的信息共享與通訊，且傳輸過程并不會(huì)受到地理位置的限制，主要通過通訊互通、人機(jī)信息交換、網(wǎng)絡(luò)信息交換來實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控.

2.2 系統(tǒng)關(guān)鍵部分設(shè)計(jì)

基于LabVIEW平臺與網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程在線監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括信息采集、用戶登錄、頻譜分析等方面.用戶登錄界面包括用戶名與密碼，同時(shí)為進(jìn)一步提升系統(tǒng)的安全性，可配置相關(guān)的管理員用戶，對用戶操作進(jìn)行處理.通道配置界面則可根據(jù)用戶的自我需求，來選擇不同的通道口、輸入方式、采集頻率與濾波器等.實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)界面，則主要對系統(tǒng)的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)控.例數(shù)數(shù)據(jù)界面則是指系統(tǒng)自動(dòng)存儲的相關(guān)歷史數(shù)據(jù)的界面.一般在計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程在線監(jiān)控系統(tǒng)中，用戶若需查詢歷史數(shù)據(jù)，則可通過波形圖、表格等方式調(diào)出歷史數(shù)據(jù)集，并對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與處理.系統(tǒng)溫度采集設(shè)計(jì).計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程在線監(jiān)控系統(tǒng)中，溫度采集系統(tǒng)是由傳感器、數(shù)據(jù)采集分析軟件、變換器、信號調(diào)理電路、驅(qū)動(dòng)器等部分構(gòu)成，一般在硬件設(shè)計(jì)方面，宜選用安全性較高、操作簡單、體積較小、精確度高且性能比較穩(wěn)定的溫度傳感器，在確定傳感器的選用后，配置與之對應(yīng)的變送器，并確立數(shù)據(jù)采集卡與轉(zhuǎn)換板的選用.首先在開發(fā)平臺中，配置相應(yīng)的采集通道，選擇終端連接的方式，設(shè)定采集頻率.同時(shí)為避免噪聲過大、信號過低等情況，一般需在系統(tǒng)中配置相應(yīng)的濾波器，隨后將系統(tǒng)中的電壓值轉(zhuǎn)變?yōu)闇囟戎担⒃O(shè)定系統(tǒng)溫度上限與下限值.在溫度逾越界限值后，系統(tǒng)便會(huì)觸發(fā)報(bào)警信號.除此之外，還可通過手動(dòng)的方式，調(diào)節(jié)不同單位溫度之間的轉(zhuǎn)換，并將溫度變化曲線圖其直觀、清晰地呈現(xiàn)于人機(jī)交互界面上，使相關(guān)監(jiān)控人員能夠掌握設(shè)備的具體運(yùn)行狀況.

此外，由于GSM無線短信技術(shù)服務(wù)有其穩(wěn)定性優(yōu)勢，且成本比較低，不僅能夠完成手機(jī)與手機(jī)之間的信息收發(fā)，同樣可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集.在遠(yuǎn)程在線監(jiān)控系統(tǒng)中設(shè)立GSM無線短信技術(shù)服務(wù)模塊，并將其于現(xiàn)場總線與上位機(jī)進(jìn)行連同，并在LabVIEW中嵌入通信接口，便可通過計(jì)算機(jī)指令，完成無線短信的收發(fā).在短信編碼方面，則選用PDU的基本模式，不僅能夠?qū)τ?jì)算機(jī)圖像、影音、鈴聲等多媒體信號進(jìn)行編碼處理，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)對中文信息與字節(jié)的編碼.但同時(shí)還需注意，發(fā)布不同格式的信息時(shí)，需采取不同的編碼方式.另外，還需重視異地遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊的設(shè)計(jì)，它是構(gòu)成計(jì)算機(jī)在線監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，是實(shí)現(xiàn)客戶端與測試端口數(shù)據(jù)連同的關(guān)鍵部分.在LabVIEW開發(fā)平臺中，針對不同的應(yīng)用方式與層次均有差異化的網(wǎng)絡(luò)通信方案，在監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，需根據(jù)實(shí)際需求，確立不同的通信方式.對部分要求相對來說比較低的在線監(jiān)控系統(tǒng)中，可應(yīng)用Web Server的通信方式，對要求比較高的監(jiān)控系統(tǒng)中，則需選擇Data Socket的通信方式.

3 結(jié)束語

基于LabVIEW平臺和網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程在線監(jiān)控系統(tǒng)，能夠較為清晰地顯示人機(jī)交互界面，互動(dòng)相對來說比較方便，且構(gòu)造簡便，設(shè)置靈活，且能夠充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，在節(jié)約成本同時(shí)，可提高應(yīng)用的便捷性，同時(shí)系統(tǒng)具備較強(qiáng)的靈活性，可根據(jù)用戶自身需求來定義或修改各項(xiàng)功能，且升級方便，同時(shí)可與不同的匯編語言接口進(jìn)行連通，系統(tǒng)運(yùn)行速度相對來說比較快.總之，基于LabVIEW平臺和網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程在線監(jiān)控系統(tǒng)有其靈活性強(qiáng)、系統(tǒng)維護(hù)方便、性能穩(wěn)定、可拓展性較強(qiáng)等優(yōu)勢，但同時(shí)還需注意，當(dāng)計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程在線監(jiān)控系統(tǒng)對系統(tǒng)可靠性要求比較高的條件下，為確保通訊網(wǎng)絡(luò)的順暢性，必須建立專項(xiàng)的通訊網(wǎng)絡(luò).同時(shí)還需注意對用戶遠(yuǎn)程控制端口與通訊端口設(shè)定相關(guān)的保密口令，避免數(shù)據(jù)泄漏，防止系統(tǒng)運(yùn)行錯(cuò)誤，以掌握設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀況，監(jiān)控其運(yùn)行狀況，并實(shí)時(shí)對系統(tǒng)故障進(jìn)行處理，以延長設(shè)備的使用壽命，維持正常的生產(chǎn)秩序.

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