基于LabVIEW的溫度監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計

賴武光

摘 要：由于LabVIEW具有結(jié)構(gòu)簡單、界面良好、測量準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于監(jiān)控領(lǐng)域。研究了基于LabVIEW的溫度監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計，即利用LabVIEW設(shè)計、開發(fā)了溫度監(jiān)控系統(tǒng)軟件，將傳感器測量到的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集卡存儲到計算機(jī)中。研究結(jié)果表明，溫度控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計和調(diào)試基本達(dá)到了預(yù)期的效果，可以滿足工業(yè)測試的需要。

關(guān)鍵詞：LabVIEW；溫度監(jiān)控；軟件設(shè)計；數(shù)據(jù)采集

中圖分類號：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.01.068

工業(yè)監(jiān)控軟件的開發(fā)一般有兩種模式：①采用Visual Studio等開發(fā)平臺，使用C、C++、Java等程序開發(fā)語言。此類開發(fā)平臺功能豐富，軟件運(yùn)行效率較高，但開發(fā)時間較長。②使用組態(tài)王等組態(tài)軟件，通過其內(nèi)置的各種設(shè)備驅(qū)動、功能模塊等，快速實(shí)現(xiàn)監(jiān)控軟件的開發(fā)。但不足之處是對于一些復(fù)雜功能的實(shí)現(xiàn)較為困難。而使用LabVIEW平臺開發(fā)監(jiān)控軟件，能夠彌補(bǔ)上述兩種開發(fā)模式的不足，且整合了它們各自的優(yōu)點(diǎn)，既能快速完成軟件開發(fā)，又能實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜功能。

本文設(shè)計的溫度監(jiān)控系統(tǒng)軟件，即基于LabVIEW平臺，且借助Windows系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對溫度信號的實(shí)時監(jiān)控。當(dāng)系統(tǒng)檢測到溫度異常時，及時、準(zhǔn)確地發(fā)出報警信號，提醒相關(guān)人員采取相應(yīng)措施，避免事故發(fā)生或者擴(kuò)大，確保企業(yè)的安全生產(chǎn)。該系統(tǒng)軟件主要被應(yīng)用于電力、石化、煤化工等行業(yè)的電力電纜、儲罐、氣化爐等重要區(qū)域或設(shè)備溫度的實(shí)時監(jiān)控。

1 軟件構(gòu)架

該系統(tǒng)軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，主要包括應(yīng)用層、數(shù)據(jù)庫和接口層，具體如圖1所示。

接口層包括數(shù)據(jù)采集接口、人機(jī)界面接口和輸出接口。數(shù)據(jù)采集接口使用RS485通訊口，實(shí)時采集各種支持MODBUS、ASCII協(xié)議設(shè)備的數(shù)據(jù)，或者可以自定義通訊規(guī)約，與設(shè)備通訊；人機(jī)界面接口主要完成人機(jī)對話，響應(yīng)用戶的各種操作；輸出接口包括USB、以太網(wǎng)、RS232/485接口，完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、信號輸出、遠(yuǎn)程控制等。

2 軟件設(shè)計

2.1 主程序設(shè)計

2.1.1 程序初始化

數(shù)據(jù)傳輸：系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換設(shè)計使用DataSocket傳輸。該項技術(shù)既可以用作程序內(nèi)部數(shù)據(jù)交換，又可以通過以太網(wǎng)對外發(fā)布。數(shù)據(jù)包括溫度、溫升、報警狀態(tài)、設(shè)備狀態(tài)、報警輸出狀態(tài)。

串口的初始化：調(diào)用TDS ComOpen.vi完成，實(shí)現(xiàn)串口號選擇，波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、奇偶檢驗的設(shè)置（默認(rèn)9 600，8，1，N）。

數(shù)據(jù)庫連接初始化：建立與數(shù)據(jù)庫的連接，采用LabSQL軟件包建立。數(shù)據(jù)源名ODBC為TDS2000DB，程序第一次運(yùn)行自動生成SQL Server數(shù)據(jù)庫。

系統(tǒng)配置：生成系統(tǒng)配置文件SystemConfig.ini，包括采集模塊、控制模塊、測溫區(qū)域、采集對應(yīng)、控制對應(yīng)、區(qū)域描述和系統(tǒng)設(shè)置字段。

2.1.2 程序主循環(huán)

初始化完成后，進(jìn)入數(shù)據(jù)采集模塊、報警模塊、事件模塊和數(shù)據(jù)庫模塊，軟件在此循環(huán)運(yùn)行，直到用戶退出。

2.1.3 退出系統(tǒng)

當(dāng)退出系統(tǒng)時，保存用戶當(dāng)前的設(shè)置，關(guān)閉系統(tǒng)資源，比如串口、DataSocket和數(shù)據(jù)庫等。

2.2 數(shù)據(jù)采集模塊

數(shù)據(jù)采集模塊由嵌套一個FOR LOOP循環(huán)的WHILE LOOP主循環(huán)構(gòu)成。WHILE LOOP默認(rèn)延遲200 ms，表示采樣周期，可自定義。

2.2.1 溫升計算

WHILE LOOP循環(huán)調(diào)用TDS Slope.vi對各通道的溫度進(jìn)行溫升速率計算。計算時，采用線性擬合算法，如圖2所示。

生成一維溫升數(shù)組SlopeOut，寫入dstp：//hostname/Slope中，格式為：

模塊1溫升0，模塊1溫升1 …… 模塊1溫升7；模塊2溫升0，模塊2溫升1 …… 模塊2溫升7 …… 模塊n溫升0，模塊n溫升1 …… 模塊n溫升7.

2.2.2 系統(tǒng)時間

調(diào)用TDS SysTimeDate.vi，直接使用LabView自帶的時間函數(shù)，在軟件主界面顯示當(dāng)前系統(tǒng)時間，并計算安全運(yùn)行天數(shù)和無故障運(yùn)行天數(shù)。

2.3 報警模塊

報警模塊由一內(nèi)嵌Case Structrue的WHILE LOOP組成，WHILE LOOP默認(rèn)延遲 250 ms。

2.3.1 區(qū)域報警狀態(tài)判斷

Case Structure用于檢查用戶是否屏蔽了報警。如果沒有，則調(diào)用 TDS Alarm.vi處理各監(jiān)控區(qū)域的報警狀態(tài)。基本算法為：將每一通道的溫度、溫升與用戶設(shè)定值進(jìn)行比較，如果溫度、溫升超過設(shè)定值，則執(zhí)行報警。記錄報警發(fā)生的時間、區(qū)域名稱、測量值和設(shè)定值，發(fā)出短信提示。重復(fù)連續(xù)的報警，軟件只觸發(fā)一次。

2.3.2 手機(jī)短信報警

軟件需支持無線手機(jī)短信報警功能，監(jiān)控系統(tǒng)需配置無線模塊，軟件調(diào)用TDS TC35i.vi。此SUBVI通過RS-232口傳送命令到西門子公司的無線模塊TC35i，TC35i模塊通過GSM網(wǎng)向用戶指定的手機(jī)號碼發(fā)送短信。

2.4 事件模塊

事件模塊由嵌套Case Structuret和Event Sturcture的WHILE LOOP循環(huán)構(gòu)成，完成用戶操作或軟件自動觸發(fā)等各類事件，包括主畫面、溫度棒圖、實(shí)時曲線、歷史曲線、報警查詢、報表打印、運(yùn)行起始時間、退出系統(tǒng)、分區(qū)圖和菜單觸發(fā)事件，且采用SubPanel技術(shù)調(diào)入需要顯示的畫面。

2.4.1 主畫面

點(diǎn)擊“主畫面”按鈕，軟件響應(yīng)“Mouse Up”事件，關(guān)閉SUBPANEL，切換到主畫面。主畫面顯示各大區(qū)當(dāng)前的最高溫度、系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)等信息。主畫面設(shè)計如圖3所示。

2.4.2 溫度棒圖

點(diǎn)擊“溫度棒圖”按鈕，系統(tǒng)調(diào)用TDS StickChart.vi到主界面的SUBPANEL，通過棒圖形式顯示各監(jiān)控區(qū)域的實(shí)時溫度；使用簇結(jié)構(gòu)，自動獲取簇結(jié)構(gòu)各元素的句柄，同時顯示區(qū)域提示信息。

2.4.3 分區(qū)電子地圖

點(diǎn)擊各測溫區(qū)域的“分區(qū)圖”按鈕，系統(tǒng)將調(diào)用相應(yīng)分區(qū)的SUBVI（文件名為“TDS ModelX.vi”），自動獲取各測溫區(qū)域的句柄，再對其分析運(yùn)算，包括溫度顯示、報警狀態(tài)和事件觸發(fā)。

2.4.4 實(shí)時曲線和歷史曲線

點(diǎn)擊“實(shí)時曲線”按鈕，系統(tǒng)調(diào)用TDS RTChart.vi，顯示各測溫區(qū)域的實(shí)時溫度曲線。曲線調(diào)用Waveform Chart控件，數(shù)據(jù)通過DataSocket傳送。為了使時間軸顯示當(dāng)前的系統(tǒng)時間，應(yīng)在軟件中加入時間屬性。

點(diǎn)擊“歷史曲線”按鈕，系統(tǒng)調(diào)用TDS HistoryCurve.vi，顯示、打印各測溫點(diǎn)的日、月歷史溫度曲線。曲線調(diào)用Waveform Garph控件。X軸以時間為單位，從00：00：00—23：59：59，步長為300 s，與采樣周期對應(yīng)。另外，需加入溫度游標(biāo)功能，移動游標(biāo)可顯示時間—溫度值。

2.4.5 報警查詢

點(diǎn)擊“報警查詢”按鈕，系統(tǒng)調(diào)用TDS AlarmQuery.vi，查詢、打印某時間段的報警記錄。此VI由一內(nèi)嵌Structure的WHILE LOOPEvent構(gòu)成，既可查詢某種類型的報警，又可按區(qū)域查詢報警情況。

2.4.6 報表打印

點(diǎn)擊“打印報表”按鈕，系統(tǒng)調(diào)用TDS ReportPrint.vi，用以打印某時間段內(nèi)的溫度或報警記錄。此VI由一嵌套Event STRUCTURE的WHILE LOOP構(gòu)成。

2.4.7 系統(tǒng)設(shè)置

點(diǎn)擊菜單欄上的“設(shè)置”選項，系統(tǒng)調(diào)用TDS Setup.vi進(jìn)行采集、報警等信息設(shè)置。此VI由嵌套EVENT STRUCTURE的WHILE LOOP構(gòu)成。

2.4.8 溫度分析

點(diǎn)擊“溫度分析”選項，系統(tǒng)將調(diào)用TDS TempAnalyse.vi，對各區(qū)域溫度進(jìn)行日、月、年統(tǒng)計分析，包括最大值、最小值和平均值及其對應(yīng)發(fā)生的時間。另外，對于年統(tǒng)計，還需加入圖形顯示功能，界面設(shè)計如圖4所示。

此VI的關(guān)鍵在于需要分析所選的時間和區(qū)域，然后調(diào)出相應(yīng)的溫度數(shù)據(jù)，再加以計算。

2.5 數(shù)據(jù)庫模塊

此模塊由嵌套一個FOR LOOP的WHILE LOOP構(gòu)成。WHILE LOOP每次延遲5 min，即每隔5 min存儲一次。FOR LOOP調(diào)用TDS DatabaseInsert.vi。此VI用INSERT INTO語句，存儲數(shù)據(jù)由dstp：//hostname/TT輸入。

3 結(jié)束語

綜上所述，很多工程技術(shù)人員希望能充分利用自己所掌握的工控知識快速開發(fā)滿足用戶需要的監(jiān)控軟件，利用LabVIEW強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集處理能力、豐富的圖形控件、眾多的功能模塊、簡便的編程方法，能很好地滿足此類需求。本文詳細(xì)介紹了基于LabVIEW的工業(yè)溫度監(jiān)控軟件的設(shè)計，以期為工程技術(shù)人員編寫監(jiān)控軟件提供參考。

參考文獻(xiàn)

[1]姜平，馮雪，方亮.基于LabVIEW的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計[J].硅谷，2010（01）.

[2]詹建國，潘翔偉.基于LabVIEW的溫度采集系統(tǒng)的研究與開發(fā)[J].科技資訊，2010（15）.

〔編輯：劉曉芳〕