Расчетно-графическая работа 1 Моделирование системы измерения расхода и показателей качества электроэнергии в среде LabView.
Задание 1:
1) изучить принципы построения систем сбора данных на основе оборудования National Instruments;
2) освоить основы проектирования виртуальных приборов в среде LabVIEW.
3) ответить на теоретические вопросы согласно варианта (по последней цифре зачетной книжки).
1. Основные положения
1.1. Основы построения систем сбора данных на основе продукции компании National Instruments
Системы сбора данных предназначены для измерения различных физических величин (электрических, механических и т. д.) на реальных объектах и последующей обработки полученной информации в режиме реального времени или в режиме чтения предварительно сохраненных массивов данных.
Широкое развитие систем сбора данных произошло в то время, когда математическое моделирование заменило собой ранее распространенное макетирование и натурное моделирование. Математическое моделирование, а точнее, его способность представления объекта его экспериментальными характеристиками привело к появлению у проектировщиков специализированных систем автоматизированного проектирования (САПР). Такие САПР обладают средствами для создания виртуальных устройств различного назначения (осциллографов, анализаторов спектра и т. п.) и обработки данных, полученных как в режиме реального времени от физического объекта, так и в виде файлов. Среда LabVIEW, созданная компанией National Instruments (США) является ярким примером такой системы.
Основным принципом построения систем сбора, обработки и управления на базе оборудования и программного обеспечения фирмы National Instruments является возможность превращения персонального компьютера в измерительный комплекс с требуемыми метрологическими характеристиками.
Конфигурировать измерительные комплексы в среде LabVIEW можно как от датчиков и исполнительных механизмов, т. е. от измерительной части, так и от обработки данных (от вычислительной части). В первом случае необходимо подсоединить датчики к персональному компьютеру и провести аналого-цифровое преобразование аналоговых сигналов для дальнейшей обработки их и формирования отчета. Во втором случае поставленная задача решается встроенными программными средствами обработки сигналов, статистического анализа, имитации работы внешних устройств.
Появление программы LabVIEW позволило существенно упростить и сделать универсальным комплекс «объект – измерение». Появилась возможность на основании датчика, аналого-цифрового преобразователя и соответствующих программных средств осуществлять функции множества измерительных приборов различного назначения, а также функции обработки результатов измерений (cм. рисунок 1).
Рисунок 1- Построение систем сбора и обработки данных
Все это в совокупности является характерной основной чертой так называемого виртуального прибора (ВП). Запись больших массивов данных позволяет запоминать результаты эксперимента, что дает возможность проводить ретроспективный анализ, статистическую обработку и т. д. LabVIEW содержит громадное количество библиотек для расширенного анализа сигналов.
Программирование в LabVIEW происходит графически, т. е. отсутствует привычное текстовое описание алгоритма на языке программ высокого уровня. Достаточно составить блок-схему алгоритма и внести ее в программу.
Пакет LabVIEW является полностью открытым, т. е. позволяет получить доступ к любым компонентам внутри ее. Он позволяет встраивать ранее созданные программы на языках высокого уровня, работать с библиотеками DLL, является сервером/контейнером ActiveX. Кроме этого, она поддерживает все стандартные протоколы обмена данными между приложениями (DDE, OPC, ODBC/OLEDB/ADO и т. д.), имеет открытую сетевую архитектуру, поддерживает работу различных операционных систем (Windows, UNIX, Lunux и др.).
Программа LabVIEW как средство прикладного программирования по своей логической структуре близка к конструкции языков высшего уровня. Однако при создании программ в ней используется язык графического программирования (язык G), похожий на объектно-ориентированные языки программирования, привычные для широкого круга пользователей.
Любая программа, созданная в LabVIEW, называется виртуальным инструментом или виртуальным прибором и состоит формально из двух основных частей – лицевой панели, на которой расположен интерфейс оператора, и блока диаграммы, который содержит код программы в графическом виде. LabVIEW является компилятором и позволяет создавать исполняемые модули (файлы .ехе) и динамические библиотеки (файлы .dll).
В области промышленного управления технология ВП развивается в направлении расширения возможностей систем посредством объединения технологий машинного зрения, управления движением и дискретного управления. Будущие возможности систем промышленного управления воплощены в технологии программируемых контроллеров автоматизации (РАС), использующей стандартное программное обеспечение для работы со всеми типами дискретных и комплексных сигналов. С помощью LabVIEW и дополнительных модулей для работы с ПЛИС и системами реального времени, а также используя модульное оборудование PXI, Compact, FieldPoint и CompactRIO, инженеры-разработчики могут с минимальными затратами создавать гибкие и функциональные системы управления (см. рисунок 2).
Рисунок 2- Применение технологии управления физическими объектами
Преимущества использования технологии виртуальных приборов очевидны при решении многих задач автоматизации измерений. Неоспоримым преимуществом технологии является возможность синтеза различных приборов с использованием LabVIEW и модульных приборов PXI, что позволяет сэкономить место и траты на разработку тестовых систем.
Благодаря технологии виртуальных приборов появилась возможность создания высокопроизводительных приложений, позволяющих существенно сократить время, необходимое для разработки, создания прототипа и конечного выпуска продукции. Созданные приложения для автоматизации и тестирования могут быть легко адаптированы к требованиям быстро меняющегося рынка. Технология ВП продолжает развиваться по мере повышения требований, предъявляемых к системам тестирования и автоматизации, что позволяет использовать ее преимущества в новых приложениях.