摘　要： 為了測量大型雙塔4效高溫多效海水淡化實驗裝置各部位的溫度,、壓強及流量等熱工參數(shù)，建立了基于虛擬儀器的海水淡化實驗測控平臺,。使用高精度數(shù)據(jù)采集" title="數(shù)據(jù)采集">數(shù)據(jù)采集板及計算機等并在LabVIEW平臺中實現(xiàn)了將傳感器及熱電偶的電壓信號采集,、輸出、存儲和分析,。成功解決了實驗系統(tǒng)的測量和監(jiān)控任務(wù),。
　　關(guān)鍵詞： 多塔高溫多效海水淡化系統(tǒng) 虛擬儀器 LabVIEW 數(shù)據(jù)采集

　　現(xiàn)場測量儀表盡量采用高精度、高可靠性的儀表,。具體用到的有：壓力和差壓傳感器采用1151系列電容式壓力,、差壓傳感器，測量精度均為0.25%,；流量采用金屬轉(zhuǎn)子流量計,；溫度測量采用NiCr-NiSi鎧裝熱電偶，經(jīng)互校標(biāo)定后精度在1°C之內(nèi),。
　　實驗裝置的數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)采用虛擬儀器測量平臺" title="測量平臺">測量平臺,。由壓力傳感器和轉(zhuǎn)子流量計采用24V直流電源統(tǒng)一供電，輸出信號為4~20mA,；經(jīng)過250Ω標(biāo)準(zhǔn)電阻變換成1~5V電壓信號后接入一塊6031E的板卡進(jìn)入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)?，F(xiàn)場安裝的鎧裝熱電偶經(jīng)補償導(dǎo)線接入一個溫度采集系統(tǒng)，然后接入另一塊6031E板卡進(jìn)行調(diào)理,。
　　通過采用精密的現(xiàn)場測量儀表和NI公司的16位高速高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),，最高采集速度達(dá)100kbps/channel，完全保證了實驗動態(tài)參數(shù)的采集和處理要求,。
2 基于虛擬儀器的海水淡化實驗系統(tǒng)測控平臺
　　該平臺整體系統(tǒng)采用美國NI公司的虛擬儀器專用開發(fā)平臺" title="開發(fā)平臺">開發(fā)平臺LabVIEW 6i系統(tǒng),。LabVIEW 6i系統(tǒng)采用圖形化編程語言，簡單易學(xué)并且提供了強大的圖形和分析功能,，使得測控系統(tǒng)直觀方便和高效,。
　　實驗系統(tǒng)測控平臺的用戶界面采用LabVIEW的標(biāo)簽翻頁功能,使得監(jiān)測系統(tǒng)的功能一目了然，各界面之間的相互關(guān)系層次清晰,，選用方便,。
　　界面主要部分為實時參數(shù)表，包括56個現(xiàn)場測量通道的實時數(shù)據(jù)測量顯示,。各個數(shù)據(jù)包括通道,、名稱,、測量數(shù)據(jù)及單位等,。在通道一欄還包括了一些必要的報警指示,。當(dāng)某些數(shù)據(jù)產(chǎn)生異常時輸出閃爍標(biāo)志。對于個別對實驗安全有影響的參數(shù)專門設(shè)置了報警程序,，在控制室和實驗現(xiàn)場都有警鈴報警,。
　　實驗中一些重要數(shù)據(jù)的變化趨勢對實驗調(diào)試和實驗結(jié)果都有很大的影響。為了形象地觀測這些變化趨勢,，實驗測控系統(tǒng)編制了一些參數(shù)的實時曲線圖,。對于系統(tǒng)中比較重要的參數(shù)例如關(guān)鍵部位的液位、各效壓降壓力等都編制了實時曲線,。通過這些曲線的監(jiān)測可以有效地控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運行,，方便實驗的調(diào)解工作。
　　為了清晰體現(xiàn)系統(tǒng)各部分參數(shù)測點,，測控平臺還編制了多個系統(tǒng)重要參數(shù)分布示意圖,。通過LabVIEW強大的圖形功能可以形象地顯示出整個系統(tǒng)的流程和測點等。圖1就是測量平臺上系統(tǒng)流程示意圖之一,。
3 基于虛擬儀器的海水淡化實驗系統(tǒng)測控平臺和一般測控平臺比較
　　海水淡化是清華大學(xué)985項目的重大課題之一,測量信號多,有溫度,、流量、液位,、壓力和壓差信號等,。由于采用LabVIEW開發(fā)平臺和NI的PXI測控平臺的強大數(shù)據(jù)采集和信號處理功能, 在較短的時間內(nèi)完成了該實驗的測試系統(tǒng)。
　　采用PXI測控平臺和LabVIEW開發(fā)工具使得各種不同的信號可以統(tǒng)一在一個程序里面實現(xiàn)方便的采集和保存,。并且采集精度高,，界面友好直觀。而采用一般的數(shù)據(jù)采集板和其他的開發(fā)工具則很難快速,、高效和直觀地實現(xiàn)這些功能,。
　　海水淡化實驗系統(tǒng)測控平臺還備有一套使用RS-232串行通信" title="串行通信">串行通信的數(shù)據(jù)采集卡和使用Visual Basic開發(fā)的測量平臺。與基于虛擬儀器的測控平臺相比,，串行通信數(shù)據(jù)采集在本實驗中功能的實現(xiàn)和維護(hù)都存在很大的差距,。
　　首先，使用串行通信的這套數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由于測量通道有限,，無法把熱電偶產(chǎn)生的信號和其余的1~5V電壓信號同時采集,，而必須分在兩個采集程序里實現(xiàn)。
　　其次串行通信的數(shù)據(jù)采集程序開發(fā)不如使用LabVIEW開發(fā)的基于虛擬儀器的熱工測量平臺簡單方便,。LabVIEW是圖形化編程語言,，簡單易用，適于一般的工程師開發(fā),。而串行通信采用Visual Basic開發(fā)語言,，必須由熟悉編程語言的專門人員編寫,。
　　由于LabVIEW強大的圖形和分析功能，使得開發(fā)人員可以很容易設(shè)計出實用,、直觀而且功能強大的采集程序,。例如一般的工程師通過使用LabVIEW開發(fā)系統(tǒng)在基于虛擬儀器的熱工測控平臺中可以很方便地實現(xiàn)簡單明了的實時曲線的設(shè)計，畫出系統(tǒng)流程圖以及設(shè)置一些報警裝置等,。一般的工程師用Visual Basic開發(fā)系統(tǒng)開發(fā)串行通信的數(shù)據(jù)采集程序,，很難實現(xiàn)這些功能。而必須由比較專業(yè)的程序員才可以很好地實現(xiàn)上述功能,。
　　并且由于開發(fā)環(huán)境的不同,，兩者開發(fā)的采集程序界面也很不相同。與LabVIEW開發(fā)的應(yīng)用程序界面相比,，這個應(yīng)用程序界面遠(yuǎn)沒有后者直觀清晰,，實時曲線顯示也不夠清晰明了；而系統(tǒng)流程圖等就更加難以實現(xiàn),。
　　可見LabVIEW開發(fā)平臺在簡單易用,、功能強大、界面友好方面都有很大的優(yōu)勢,。
　　在采集速度和精度上,，兩種平臺的差異也很大，基于虛擬儀器的熱工測控平臺采用16位的高速高精度采集模塊,，精度和速度都優(yōu)于一般的串行通信數(shù)采設(shè)備,。
　　另外基于虛擬儀器的熱工測控平臺在Data Socket 技術(shù)支持下, 很容易地實現(xiàn)了實驗網(wǎng)絡(luò)化, 實驗室內(nèi)和遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)終端都能實時讀取實驗數(shù)據(jù), 實時了解實驗進(jìn)展。 而使用VB開發(fā)的實驗測量系統(tǒng)則很難實現(xiàn)這種網(wǎng)絡(luò)功能,。
　　通過應(yīng)用美國NI 公司的LabVIEW 和PXI 等先進(jìn)的虛擬儀器技術(shù),，在較短時間內(nèi)成功開發(fā)了基于虛擬儀器的海水淡化實驗系統(tǒng)測控平臺。通過使用先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集模塊和功能齊全的LabVIEW開發(fā)環(huán)境,，本測控平臺可以方便,、直觀、高效地完成VTE-MED海水淡化系統(tǒng)這個復(fù)雜的實驗回路的各種熱工水力學(xué)參數(shù)的測量和實驗監(jiān)控,。LabVIEW易學(xué)易用的特點使得開發(fā)人員大大減少了開發(fā)時間,，提高了工作效率。而LabVIEW開發(fā)平臺強大的數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用功能模塊也使得測控系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)處理方面都表現(xiàn)出很大的優(yōu)勢,。

參考文獻(xiàn)
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