基于LabVIEW的暖通空調(diào)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可得數(shù)據(jù)有：表冷器水流量，VAVBOX1、2風(fēng)量反饋，送風(fēng)濕度，新風(fēng)溫濕度，低溫室壁掛式溫濕度計(jì)溫濕度，變頻壓縮機(jī)節(jié)流前后壓力，噴嘴壓差，表冷器前后干濕球溫度，蒸發(fā)機(jī)組壓縮機(jī)吸排氣溫度，變頻冷水機(jī)組壓縮機(jī)吸排氣溫度，冷水機(jī)組壓縮機(jī)吸排氣溫度，表冷器進(jìn)出水溫度，熱水箱進(jìn)水溫度，冷卻塔進(jìn)水溫度，變頻冷水機(jī)組冷卻進(jìn)出水溫度，變頻冷水機(jī)組進(jìn)水溫度，冷水機(jī)組冷卻水進(jìn)出水溫度，冷水機(jī)組進(jìn)出水溫度?？梢?jiàn)需要設(shè)置大量的不同得傳感器。

使用的末端傳感器有：PT100鉑電阻溫度傳感器，鉑電阻使用四線制可以提高測(cè)量精度，避免沿途數(shù)據(jù)線電阻對(duì)測(cè)量的影響。EE10室內(nèi)溫濕度變送器，產(chǎn)生4～20mA的標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，為了便于數(shù)據(jù)采集儀測(cè)量和避免信號(hào)的失真，在其中加入250Ω的精密電阻，將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的1～5V的電壓信號(hào)。壓力傳感器、風(fēng)閥開(kāi)度控制器、濕度等信號(hào)均是標(biāo)準(zhǔn)的1～5V的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，或者經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換成為1～5V的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，便于數(shù)據(jù)采集儀進(jìn)行處理。這些信號(hào)均為線性或近似線性，可以通過(guò)增益和偏移（M×B）把標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn)換為我們熟悉的溫度濕度壓力值工程量。例如：采集到的信號(hào)為3V，此時(shí)的1V對(duì)應(yīng)于0℃，5V對(duì)應(yīng)于100℃，則可以通過(guò)：

Y＝MX＋B

算出M＝25，B＝-25，再把3代入，可得Y＝50℃。此部分只需通過(guò)使用LabVIEW的Database Toolset工具包和全局變量數(shù)據(jù)的交換，很容易實(shí)現(xiàn)信號(hào)的轉(zhuǎn)換。
數(shù)據(jù)采集儀：傳感器、變送器產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)直接進(jìn)入數(shù)據(jù)采集儀。數(shù)據(jù)采集儀采用的是Agilent 34970A數(shù)據(jù)采集儀（附三塊HP 34901A 20通道銜鐵繼電器多路轉(zhuǎn)換器）。它可以直接測(cè)量熱電偶、電阻溫度測(cè)試器、熱敏電阻、直流電壓、直流電流、交流電流等。電源電流、電壓、功率和頻率通過(guò)PF9833三相PWM專(zhuān)用測(cè)試儀來(lái)測(cè)量。通過(guò)使用NI-VISA協(xié)議，可對(duì)串口讀寫(xiě)操作，很方便的完成了數(shù)據(jù)的交換，見(jiàn)圖3。

圖3 LabVIEW中NI-VISA串口讀寫(xiě)

控制系統(tǒng)PLC與PC的通信也同樣使用了NI-VISA協(xié)議進(jìn)行通信。通過(guò)把命令請(qǐng)求寫(xiě)入（Write）串口，設(shè)備對(duì)命令分析識(shí)別，把命令請(qǐng)求的數(shù)據(jù)通過(guò)RS-232接口返回到計(jì)算機(jī)，再通過(guò)對(duì)串口讀操作（Read），從而獲得設(shè)備采集的數(shù)據(jù)。對(duì)于不同設(shè)備有不通的命令。Agilent 34970A使用的是SCPI（Standard Commands for Programmable Instruments)可編程儀器標(biāo)準(zhǔn)命令集。PF9833則使用了另外的命令集。不同設(shè)備不管使用什么協(xié)議，通過(guò)NI-VISA都可和容易建立設(shè)備與計(jì)算機(jī)間的通信。對(duì)于PLC，需要編寫(xiě)設(shè)備端程序。要求程序?qū)崿F(xiàn)獲得命令后，對(duì)命令進(jìn)行分析識(shí)別，把相應(yīng)數(shù)據(jù)送出。

信號(hào)控制使用西門(mén)子SIMATICS7-300 PLC，部分對(duì)控制有影響的采集信號(hào)進(jìn)入PLC，進(jìn)行PID分析運(yùn)算，產(chǎn)生控制信號(hào)，對(duì)風(fēng)閥、風(fēng)機(jī)、水泵、加熱器等進(jìn)行控制。PLC帶有的RS-232通訊接口，直接與計(jì)算機(jī)建立通信。PC獲得進(jìn)入PLC的各種信號(hào)，也可在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行更為復(fù)雜的運(yùn)算，產(chǎn)生數(shù)字控制信號(hào)返回PLC，再由PLC對(duì)各種需要控制的設(shè)備進(jìn)行控制。

本系統(tǒng)可通過(guò)觸摸屏對(duì)整個(gè)系統(tǒng)發(fā)出控制指令，觸摸屏的每個(gè)開(kāi)關(guān)都對(duì)應(yīng)于PLC各個(gè)開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)，相當(dāng)于PLC的鍵盤(pán)，可對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的各種參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。例如可以對(duì)風(fēng)閥的開(kāi)關(guān)，風(fēng)機(jī)、水泵、電加熱器的啟停，各個(gè)PID控制設(shè)備P、I、D（比例、積分、微分）三個(gè)參數(shù)的設(shè)置進(jìn)行相應(yīng)的操作，系統(tǒng)流程圖可清晰的從中反映出來(lái)。

由于使用了大量的串口來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的通信，需添置一塊多串口卡，用于連接多個(gè)串口設(shè)備。

3 LabVIEW程序

通過(guò)LabVIEW圖形化設(shè)計(jì)很容易設(shè)計(jì)出漂亮美觀的用戶(hù)界面。見(jiàn)下圖4所示。在使用Agilent 34970A數(shù)據(jù)采集儀時(shí)可對(duì)溫度、電壓、電流等各種參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，在進(jìn)行采集時(shí)涉及到參數(shù)需要更改的情況，我們
使用了NI的數(shù)據(jù)庫(kù)連接工具包（Database Connectivity Toolset），直接在一個(gè)已經(jīng)編輯好的數(shù)據(jù)庫(kù)（Hpsetting.mdb）里編輯所改變采集通道的參數(shù)，然后在運(yùn)行程序時(shí)選擇是否需要下載新的設(shè)置到數(shù)據(jù)采集儀，使數(shù)據(jù)采集儀相應(yīng)設(shè)置改變，以采集到正確的數(shù)據(jù)。設(shè)置參數(shù)有通道號(hào)、通道描述、輸入類(lèi)型、范圍、周期、延遲、觸發(fā)、鉑電阻阻值以及標(biāo)定等。只要是使用Agilent 34970A數(shù)據(jù)采集儀采集數(shù)據(jù)，程序就不需要進(jìn)行大的修改，節(jié)省了開(kāi)發(fā)成本和時(shí)間，提高程序的通用性。

控制上使用了NI PID工具包，可對(duì)需要進(jìn)行控制的部件進(jìn)行PID控制，利用該工具包可以節(jié)省我們大量開(kāi)發(fā)時(shí)間。LabVIEW一個(gè)很大的特點(diǎn)就是提供了大量的可用控件，控件提供輸入輸出，通過(guò)線連接輸入數(shù)據(jù)，就可很方便的從輸出口得到需要的控制命令。

4 實(shí)驗(yàn)

LabVIEW和眾多系統(tǒng)中各種傳感器配合，在系統(tǒng)調(diào)試中發(fā)揮了很大的作用。所需數(shù)據(jù)通過(guò)一臺(tái)普通裝有LabVIEW的計(jì)算機(jī)就能顯示出來(lái)。調(diào)試中的數(shù)據(jù)用LabVIEW來(lái)進(jìn)行分析顯示，觀察系統(tǒng)是否達(dá)到了預(yù)定的要求。

在系統(tǒng)中使用了LabVIEW軟件，在硬件上不需要做太多的更改。各項(xiàng)所需測(cè)量控制參數(shù)在系統(tǒng)調(diào)試階段已經(jīng)設(shè)置好，后面就只需在軟件界面和各項(xiàng)參數(shù)組合上做工作。

在冷水機(jī)組數(shù)據(jù)采集控制實(shí)驗(yàn)中，界面如圖4，開(kāi)啟空調(diào)系統(tǒng)，通過(guò)數(shù)據(jù)采集設(shè)備獲得當(dāng)前溫濕度信號(hào)。獲得數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)PID運(yùn)算，輸出控制信號(hào)，最終通過(guò)對(duì)PID參數(shù)的調(diào)節(jié)（更改界面中的PID參數(shù)，經(jīng)過(guò)PC對(duì)PLC的控制，達(dá)到控制設(shè)備的目的）使得溫濕度參數(shù)最終穩(wěn)定在設(shè)定值附近，達(dá)到了實(shí)驗(yàn)控制的目的。最后可以通過(guò)NI的報(bào)告生成工具包（Report generation toolset）把實(shí)驗(yàn)中保存的數(shù)據(jù)以報(bào)表的形式打印出來(lái)。

硬件亦不需做大的調(diào)整，主要集中在軟件的編畫(huà)（LabVIEW為圖形化語(yǔ)言）上。因?yàn)榭s短軟件的開(kāi)發(fā)時(shí)間，使得整個(gè)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)時(shí)間也大大縮短。

5 結(jié)論

LabVIEW在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)上有很大的優(yōu)勢(shì)。從系統(tǒng)建設(shè)時(shí)間來(lái)看，用LabVIEW來(lái)進(jìn)行軟件編程和同一系統(tǒng)的PLC編程相比，所花的時(shí)間更少、程序界面設(shè)計(jì)更容易更美觀。用PLC來(lái)編程，并使之通過(guò)可視的界面顯現(xiàn)出來(lái)（我們這里使用了MCGS嵌入式圖形界面），是兩個(gè)系統(tǒng)都需要進(jìn)行設(shè)計(jì)的工作。而LabVIEW把兩者都集于一體，通過(guò)簡(jiǎn)單的PC，就能對(duì)LabVIEW進(jìn)行編程設(shè)計(jì)，最終在很短的時(shí)間內(nèi)開(kāi)發(fā)出我們需要的界面和功能，直至最終的產(chǎn)品。使用LabVIEW不僅在時(shí)間上優(yōu)勢(shì)明顯，在系統(tǒng)的再開(kāi)發(fā)上也有極大的優(yōu)勢(shì)。如果系統(tǒng)需要開(kāi)發(fā)一個(gè)新的功能項(xiàng)目，在系統(tǒng)中加入某一傳感器測(cè)量元件進(jìn)行信號(hào)測(cè)量，然后再在LabVIEW中設(shè)計(jì)界面分析顯示，很快就能達(dá)到想要結(jié)果。對(duì)于筆者所做的這一需要不斷改進(jìn)的系統(tǒng)，LabVIEW無(wú)疑是最好的選擇。