機電工業(yè)自動化進程中虛擬儀器技術(shù)的作用分析

劉晶 張燕

山西電建檢修工程科技有限公司 山西太原 030006

近年來我國科技發(fā)展迅速，尤其機械和電子行業(yè)取得了巨大的成就，實現(xiàn)機械工業(yè)自動化和電子工業(yè)自動化發(fā)展[1]。如今機電工業(yè)加強控制理論、信息處理技術(shù)、自動控制技術(shù)、為電子技術(shù)等集合，實現(xiàn)機電一體化技術(shù)的應(yīng)用。為獲得機電產(chǎn)品最高性能和簡單的開發(fā)過程，可采用虛擬儀器技術(shù)快速創(chuàng)建測試系統(tǒng)，以滿足不同設(shè)備的獨立性及統(tǒng)一性，即可依據(jù)需求變化進行系統(tǒng)更改。虛擬儀器技術(shù)具有靈活性輕特征，且隨著技術(shù)發(fā)展體現(xiàn)出更加經(jīng)濟、功能更加強大特征，實現(xiàn)更加廣泛的測控領(lǐng)域。

1 虛擬儀器技術(shù)概念及特征

隨著我國科技的快速發(fā)展，自動化測試系統(tǒng)發(fā)展較快，從傳統(tǒng)專門設(shè)計制造的專用系統(tǒng)到積木概念自動測試系統(tǒng)，發(fā)展到如今的虛擬儀器技術(shù)。計算機作為當前技術(shù)發(fā)展的核心，在自動測試系統(tǒng)研究中占據(jù)主要地位，促使虛擬儀器軟件集成虛擬儀器的所有采集、控制、數(shù)據(jù)分析、結(jié)構(gòu)輸出及用戶界面等功能，確保傳統(tǒng)需利用硬件完成的功能，如今直接可利用軟件取代，減少成本，提高效率。雖然如今計算機已經(jīng)成為人們生活工作中最常見的設(shè)備，但對其的研發(fā)和應(yīng)用仍具有較大的空間，如其在儀器儀表領(lǐng)域的應(yīng)用，可充分融合硬件資源、數(shù)據(jù)分析、過程通訊及用戶界面的軟件結(jié)合等，獲得功能強大且富有生命力的儀器種類[2]。虛擬儀器技術(shù)借助計算機進行數(shù)據(jù)處理和控制，利用軟件取代硬件，確保在進通過修改軟件操作下進行儀器功能的改變，具有自主性特征。虛擬儀器技術(shù)具有集中化特征，即將信號分析、顯示、存儲及其他相關(guān)功能集中化，并由軟件承擔測試功能，且能夠滿足傳統(tǒng)硬件無法滿足的功能，同時較少受到時間影響，無需定期校準，提高測量精度和測量速度，尤其可實現(xiàn)重復性測量。而且虛擬儀器技術(shù)能夠隨著計算機技術(shù)更新而更新[3]。

2 虛擬儀器技術(shù)硬件結(jié)構(gòu)和軟件結(jié)構(gòu)

2.1 虛擬儀器技術(shù)硬件結(jié)構(gòu)

虛擬儀器系統(tǒng)中多采用插入式數(shù)據(jù)采集卡，主要應(yīng)用在意PC機為基礎(chǔ)虛擬儀器中，通過采集數(shù)據(jù)匯總至計算機或輸出數(shù)據(jù)給受控對象。隨著技術(shù)的進步，采樣速度明顯增快，不斷提升儀器的性能和精度，以實現(xiàn)高采樣速率和直接控制?？偩€為連接PC機與儀器、設(shè)備的通道，可實現(xiàn)命令、數(shù)據(jù)的傳輸與交換，而依據(jù)總線類型可將虛擬儀器分為不同類型，如PCI總線、GPIB總線、VXI總線、PXI總線和串行總線等。I/O接口設(shè)備包含機械接插件、插槽、電纜等，起到被測信號的采集、放大及A/D轉(zhuǎn)換等作用。不同類型具有相應(yīng)的特征，VXI總線具有多功能、多參數(shù)的自動測試特征，GPIB總線則具有靈活方便、易于升級和嵌入式方案等特征[4]。

2.2 虛擬儀器技術(shù)軟件結(jié)構(gòu)

利用計算機及相關(guān)硬件進行虛擬儀器構(gòu)造后，需利用不同的軟件滿足實際功能，一般虛擬儀器技術(shù)可利用軟件完成集成的開發(fā)環(huán)境、與儀器硬件的高級接口和虛擬儀器的用戶界面等目的。通過人為編輯應(yīng)用軟件符合不同目的，而為提高計算機軟件編程效率可選擇適宜的編程方式。此外虛擬儀器技術(shù)軟件還具有可重用性特征，即結(jié)合PC機和工作站促使圖形開發(fā)軟件包和圖形開發(fā)環(huán)境的迅速普及[5]。圖形開放方式可通過提供可重用的代碼模塊，可不經(jīng)過任何修改直接應(yīng)用到其他程序中，如函數(shù)庫、過程程序包、類庫等，利用接口組裝在一起，確保不同部分發(fā)揮相應(yīng)功能。

2.3 圖形軟件開發(fā)平臺

LabVIEW和HPVEE為常見圖形軟件開發(fā)平臺，具有簡單、直觀、易學等特征，能夠?qū)碗s的文本編程簡化，明顯節(jié)省程序開發(fā)時間70%-80%。操作中，用戶僅需利用鼠標將各個功能圖標按照順序連接起來便可簡單完成程序的編寫，且同時滿足多種總線接口系統(tǒng)的通信連接。

3 虛擬儀器技術(shù)的應(yīng)用及展望

虛擬儀器技術(shù)具有構(gòu)建容易、轉(zhuǎn)換靈活等特征，可應(yīng)用在開發(fā)、教學、測控等領(lǐng)域。當前國內(nèi)外很多行業(yè)加強了對虛擬儀器技術(shù)的開發(fā)和嬰童，如美國斯坦福大學的虛擬儀器教學、仿真系統(tǒng)，清華大學構(gòu)建檢測汽車發(fā)動機性能的出場監(jiān)測系統(tǒng)等。隨著科技的發(fā)展，虛擬儀器技術(shù)將持續(xù)發(fā)展，總線作為連接計算機與儀器的紐帶，總線技術(shù)的升級換代直接影響虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展。如將USB通用串行總線和IEEE1394串行總線集成到PC機主板上，以提高傳輸速度。此外網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器具有廣泛的應(yīng)用前景，甚至提出“網(wǎng)絡(luò)就是儀器”的概念。

4 結(jié)語

綜上所述，雖然近年來我國機電工業(yè)自動化水平發(fā)展較快，但仍有較大的進步空間，而機電工業(yè)自動化進程中虛擬儀器技術(shù)受到重視，其體現(xiàn)出自動化測試系統(tǒng)的優(yōu)勢，從設(shè)計開發(fā)到用戶使用均得以簡化和優(yōu)化，因此需重視其作用。