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基于myDAQ的远程多对象控制系统的设计方案

作者:时间:2014-01-08来源:网络收藏

近年来,随着因特网的日益普及和网络远程控制技术的发展,利用网络对实验室或者工业现场中控制对象进行远程控制,已经越来越受到重视,应用范围也越来越广泛。以Internet为基础的远程控制方式,可以避免现场环境对用户的不良影响,不需要建立特殊的操作站或者辅设专用线路,而是直接利用现有的网络设施提供的价格低廉的通信线路作为系统构架,硬件设备投资少,大大降低了远程控制系统的成本。与传统的控制技术相比,基于网络的多对象远程控制系统利用计算机作为网络信号传输终端,不仅能够延长控制器与被控对象之间的空间距离,而且具有较高的故障诊断能力,安装与维护简单,可以提高系统的灵活性和可靠性。而且控制网络技术正向体系结构的开发性网络互联方向发展,开放性控制网络具有标准化、可移植性、可扩展性和可操作性。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/227079.htm

NI 是美国国家仪器有限公司(National In-struments,NI)推出的一款便携式仪器,在轻巧的组成结构中集成了8款最常用的软件仪器,而且配有USB即插即用功能,可针对各种测量进行快速方便的采集与显示,方便了控制信号的输入输出。NI 将软件与硬件集合成了一个整体。硬件上集成多达20路的信号通道,其中包含了8路数字I/O,4路模拟I/O口以及示波器、数字万用表、各类电源和伯德图分析仪,一方面可以方便的利用这些数据通道采集被控对象状态信息、发送控制命令,另一方面还可以将实验结果借助于虚拟仪器形象化的表达出来。在软件上myDAQ的开发采用图形化系统设计软件LabVIEW 进行编程设计,利用集成化、形象化、模块化的图形编程方式可以快速方便的编制出实验程序。采用LabVIEW的基于Web发布工具可以方便的实现网页的远程发布,为远程控制提供了可能。本项目研究的“基于myDAQ的”可实现随时随地通过网络访问该平台完成交流电机、直流减速电机、伺服电机、倒立摆、步进电机、电阻炉的相关控制和任意切换,极大的方便了教学及实验需要。

1 系统的整体设计与工作流程

基于Internet 的远程控制系统的模式主要有C/S(Client/Server)结构、B/S(Brower/Server)和C/S/B(Client/Server/Brower)结构[3].C/S/B 常用于大型的集散控制系统的发布和远程控制,适用于虚拟仪器测控系统。C/S模式适合于局域网环境,但是使用用户数量有限,系统扩展维护较为复杂、软件的开发成本也较高。B/S模式下,主要由现场过程控制实验装置、远程实验代理服务器、Web服务器、数据库服务器、远程实验工作站等组成,通过实验室的以太网和Internet将它们连接起来。B/S模式具有客户端数量不受限制、软件开发相对简单、系统扩展维护简单等优点。所以,本设计选择B/S模式。

该系统主要由3 大部分组成:远程客户端、本地服务器端、现场被控端。其中又以现场被控端的设计最为复杂。远程客户端是一台连入因特网的计算机。本地服务器端是一台装有Web 服务器的主机,该主机需要安装LabVIEW及相关驱动的软件。该主机是使远程客户端和本地服务器端进行通信的桥梁。现场被控端又细分为三部分:信号源扩展及切换控制平台、多对象驱动控制台(直流减速控制台、交流电机控制台、伺服电机控制台、步进电机控制台、倒立摆控制台、电阻炉控制台)、摄像头监控。

该远程控制系统完成后,实验者可以通过任意一台接入因特网的计算机来登录远程控制系统。通过链接进入整个系统的网址,验证操作者的身份后进行操作,此时要求本地服务器端相关的LabVIEW软件及VI程序是打开的。操作者进入运行界面后可选择对应的控制台进行远程控制。当选择某一个控制台时本地服务器就会将相应的命令信号通过串口和采集卡分别送到信号源扩展及切换控制平台上的单片机和myDAQ,这样myDAQ 就会切换到对应的控制平台上,此时该平台上的所有信号也和myDAQ 连通了,从而有效地进行相关控制。其工作流程如图1所示。

基于myDAQ的远程多对象控制系统的设计方案

2 本地服务器

本地服务器主要包括实验室服务器(Lab Server)和服务代理端(Service Broker),是实验系统的基础,是连接实验客户端和实验仪器设备的桥梁。服务器为用户构建一个远程实验交互平台,负责整个系统的任务调度和网络管理等工作。系统采用B/S模式,绝大部分运算和处理功能在Web服务器端实现。

远程控制的发布实现过程如下:通过开启Lab-VIEW 的Web 服务器,可以在网页上发布LabVIEW 程序,使本地或远程的客户端计算机可以实时浏览或控制Web服务器中的远程面板,实现生产环境的远程控制。

使用LabVIEW 的Web 发布工具:Tools/Options,在弹出的对话框中完成与Web服务器有关的设置和LabVIEW程序的发布通过Tools/Web Publishing Tools对话框,可以将Web内存中的程序,以网页的形式发布,在客户端进行浏览。远程客户端根据安装软件的不同可采取相应的访问登录方式。

本设计选择使用网页浏览器在网页中操作远程面板。当进入远程控制前面板之后,实验者单击鼠标右键,然后在弹出的菜单中申请vi控制权,当多个远程客户端同时申请控制权时,只能有一个客户端有控制权,其他的需在控制权释放后重新申请并获得控制权。

3 现场被控端设计

下位机被控端的设计是整个控制系统的核心部分,主要包括:信号源扩展及切换控制模块的设计、被控对象控制模块、LabVIEW程序实现。

3.1 信号源扩展及切换控制模块设计

为了保持与原有系统的兼容性,扩展信号的通道与原有实验平台的数据通道保持一致,结合NI公司提供的内部引脚资料进行扩展设计。设计中运用模拟开关技术,模拟开关是一种能够按照控制指令对模拟信号传输进行通断控制的电路器件。通过模拟开关芯片CD4053、CD4051将myDAQ 上的信号扩展成六路信号,然后将每一路信号汇总通过排线连接至六个控制分板。模拟开关在应用中,一定要注意输入信号不要超出规定的范围。

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