毕业论文-基于labview的锅炉液位控制系统的仿真设计

毕业论文-基于labview的锅炉液位控制系统的仿真设计内容摘要：

用厂商定义的、预封装好的软件和硬件，工程师和科学家获得了最大的用户定义的灵活性。 传统仪器把所有软件和测量电路封装在一起，并利用 仪器前面板为用户提供一组有限的功能。 而虚拟仪器系统提供的则是完成测量或控制任务所需的所有软件和硬件设备，功能完全由用户自定义。 此外，利用虚拟仪器计数，工程师和科学家们还可以使用高效且功能强大的软件来自定义采集、分析、存储、共享和显示功能。 以下是体现虚拟仪器灵活性的例子。 （ 1） 一个应用，不同的设备 图 4 在不同设备上使用同样的应用程序 资料来源：吉林大学精品课程 .虚拟仪器原理及应用 [DB/OL]. 图 4 所示的例子中，一位工程师正在实验室的台式计算机 PCI 总线上使用 NI LabVIEW 和 M 系列 DAQ 设备开发一个应用程序，以创建一个直流（ DC）电压和温度测量应用。 在完成了系统构建之后，他需要在一个生产层 PXI 系统上配置应用程序以完成新产品的测试。 或者，他可能需要应用程序具有便携性，所以选择了 NI USB DAQ产品来完成任务。 在这个例子中，无论是何种情况，他都可以在同一个程序中使用虚拟仪器而无须改变代码。 （ 2）许多应用程序，一个设备 图 5 许多应用程序重复使用硬件 资料来源：吉林大学精品课程 .虚拟仪器原理及应用 [DB/OL]. 图 5 所示的例子中，一 个工程师刚刚完成了一个利用最新的 M 系列 DAQ 设备和积分编码器测量电机位置的项目。 他的下一个项目是监视和记录这个电机的功率。 即使任务完全不同，他也可以重用同样的 M 系列 DAQ 设备，他所需要做的就是使用虚拟仪器软件开发出新的应用程序。 此外，如果需要的话，项目既可以与一个单一的应用程序结合，也可以运行在一个单一的 M 系列 DAQ 设备上。 虚拟仪器可与传统仪器完全兼容，无一例外。 虚拟仪器软件通常提供了与常用普通仪器总线（如 GPIB、串行总线和以太网）相连接的函数库。 除了提供库之外， 200多家仪器厂商也为 NI 仪器驱动库提 供了 4000 余种仪器驱动。 仪器驱动提供了一套函数和仪器接口，每一个仪器驱动都专为仪器某一特定的模型而设计，从而为它独特的性能提供接口。 自动测试工业中一个基本的趋势就是向基于软件的测试系统的重大转变。 例如，美国国防部（ DoD）是世界上最大的自动测试设备（ ATE）客户之一。 为了降低测试系统的成本并提高重用率， DoD 通过海军的 NxTest 计划已经确定：将来的 ATE 要使用建立在模块化硬件和可重复配置的软件基础上的体系结构，称为综合性仪器。 采用综合性仪器代表了将来军用 ATE 系统标准和规范的重大发展，并且反映出可重 复配置的软件处于将来系统的核心地位这一基本转变。 基于软件的测试系统的成功应用，例如综合性仪器，需要有对硬件平台和市场上软件工具的理解，以及对系统级体系结构和仪器级体系结构之间区别的理解。 综合性仪器执行团体将综合性仪器定义为 “ 一个可重复配置的系统，它通过标准化的接口连接一系列基本硬件和软件组件，从而发生信号或者使用数值处理技术进行测量 ”。 这与虚拟仪器的许多性质是相同的，虚拟仪器是 “ 一个软件定义的系统，其中基于用户需要的软件定义了通用测量硬件的功能 ”。 两种定义享有共同的性质，即运行于商用硬件之上的可自定义功 能的仪器。 通过将测量功能转向用户可接触并可重复配置的硬件，那些采用这种体系结构的仪器从具有更大灵活性和可重复配 置功能的系统中受益，而且这些系统反过来又提高了性能并降低了成本。 虚拟仪器（ virtual instrumention）是基于计算机的仪器。 计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。 粗略地说这种结合有两种方式，一种是将计算机装入仪器，其典型的例子就是所谓智能化的仪器。 随着计算机功能的日益强大以及其体积的日趋缩小，这类仪器功能也越来越强大，目前已经出现含嵌入式系统的仪器。 另一种方式是将仪器装 入计算机。 以通用的计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能。 虚拟仪器主要是指这种方式。 下面的框图反映了常见的虚拟仪器方案。 虚拟仪器的主要特点有： 尽可能采用了通用的硬件，各种仪器的差异主要是软件。 可充分发挥计算机的能力，有强大的数据处理功能，可以创造出功能更强的仪器。 用户可以根据自己的需要定义和制造各种仪器。 虚拟仪器实际上是一个按照仪器需求组织的数据采集系统。 虚拟仪器的研究中涉及的基础理论主要有计算机数据采集和数字信号处理。 目前在这一领域内，使用较为广泛的计算机语言是美国 NI 公 司的 LabVIEW。 虚拟仪器的起源可以追溯到 20 世纪 70 年代，那时计算机测控系统在国防、航天等领域已经有了相当的发展。 PC 机出现以后，仪器级的计算机化成为可能，甚至在 Microsoft 公司的 Windows 诞生之前， NI 公司已经在Macintosh 计算机上推出了 以前的版本。 对虚拟仪器和 LabVIEW长期、系统、有效的研究开发使得该公司成为业界公认的权威。 目前 LabVIEW的最新版本为 LabVIEW2020， LabVIEW 2020 为多线程功能添加了更多特性， 这种特性在 1998 年的版本 5 中被初次引入。 使用 LabVIEW 软件，用户可以借助于它提供的软件环境，该环境由于其数据流编程特性、 LabVIEW RealTime工具对嵌入式平台开发的多核支持，以及自上而下的为多核而设计的软件层次，是进行并行编程的首选。 利用 LabVIEW，可产生独立运行的可执行文件，它是一个真正的３２位编译器。 像许多重要的软件一样， LabVIEW 提供了 Windows、 UNIX、 Linux、Macintosh 的多种版本。 它主要的方便就是，一个硬件的情况下，可以通过改变软件，就可以实现不同的仪器仪表的功 能，非常方便，是相当于软件即硬件。 LabVIEW 概述 LabVIEW 简介 LabVIEW 是一种程序开发环境，由美国国家仪器（ NI）公司研制开发的，类似于 C 和 BASIC 开发环境，但是 LabVIEW 与其他计算机语言的显著区别是：其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而 LabVIEW 使用的是图形化编辑语言 G 编写程序，产生的程序是框图的形式。 与 C 和 BASIC 一样， LabVIEW 也是通用的编程系统，有一个完成任何编程任务的庞大函数库。 LabVIEW 的函数库包括数据采集、 GPIB、串口控制、数据分析、数据显示及数据存储，等等。 LabVIEW 也有传统的程序调试工具，如设置断点、以动画方式显示数据及其子程序（子 VI）的结果、单步执行等等，便于程序的调试。 LabVIEW 的核心是 VI。 VI 有一个人机对话的用户界面 —— 前面板（ Front Panel）和相当于源代码功能的框图程序（ Diagram）。 前面板接受来自框图程序的指令。 在VI 的前面板中，控件（ Controls）模拟了仪器的输入装置并把数据提供给 VI 的框图程序；而指示器（ Indicators）则是模拟了仪器的输出装置并显示由 框图程序获得或产生的数据。 当把一个控件或指示器放置到前面板上时， LabVIEW 便在框图程序中相应的产生了一个终端（ Terminals），这个从属于控件或指示器的终端不能随意的被删除，只有删除它对应的控件 或指示器时它才会随之一起被删除。 用 LabVIEW 编制框图程序时，不必受常规程序设计语法细节的限制。 首先，从函数面板（ Function Palette）中选择需要的函数节点（ Function Node），将之置于框图上适当的位置；然后用连线（ Wires）连接各函数节点在框图程序中的端口（ Port），用来在函数节点之间传输数据。 这些函数节点包括了简单的计算函数、高级的采集和分析 VI 以及用来存储和检索数据的文件输入输出函数和网络函数。 用 LabVIEW编制出的图形化 VI是分层次和模块化的。 我们可以将之用于顶层（ Top Level）程序，也可用作其他程序或子程序的子程序。 一个 VI 用在其它 VI 中，称之为 subVI， subVI 在调用它的程序中同样是以一个图标的形式出现的；为了区分各个subVI，它们的图标是可编辑的。 LabVIEW 依附并发展了模块化程序设计的概念。 用户可以把一个应用任务分解成为一 系列的子任务，每个子任务还可以分解成许多更低一级的子任务，直到把一个复杂的问题分解成为许多子任务的组合。 首先设计 subVI完成每个子任务，然后将之逐步 组合成为能够解决最终问题的 VI。 图形化的程序设计编程简单、直观、开发效率高。 随着虚拟仪器技术的不断发展，图 形化的编程语言必将成为测试和控制领域内最有前途的发展方向。 LabvIEW 的意义 对于新产品开发，为了依靠新产品特别是高端产品的高附加值来获取高利润，采用低成本、高时效性和高稳定性的测试系统开发新机型、新技术就显得非常必要。 采用美国 NI 公司的 LabVIEW 图形开发软件，利用 PXI 高速稳定的采集卡以及简单的接口电路完成各项参数的测量，其优势非常明显。 这套系统组成简单、性能可靠、开发周期短，这些特点对于开发新产品，验证和测试控制逻辑，加快 温度 测试和研发速度，节省实验成本都有着重要的意义。 解决方案 LabVIEW 自 1986 年正式推出，至今已发展到以最新版本 为核心，包括控制与仿真、高级数字信号处理、统计过程控制、模糊控制和 PID 控制等众多软件包，可运行于现今所有 Windows 系统、 Linux,Macintosh,Sun 和 HPUX 等多种平台的工业标准软件开发环境。 其已被广泛应用于包括航空航天、工业自动化、通信、汽车、半导体和生物医学等世界范围内的众多领域，其概括如下 : LabVIEW 应用于测试与测量 LabVIEW 已成为测试与测量领域的工业标准，通过 GPIB,VXI,PLC、串行设备和插卡式数据采集板卡可以构成实际的数据采集系统。 它提供了工业界最大的仪器驱动程序库，同时还支持通过 Inter,ActiveX,DE 、和 SQL 等交互式通信方式实现数据共享，它提供的众多开发工具使复杂 的测试测量任务变得简单易行 . LabVIEW 应用于过程控制和工业自动化 LabVIEW 强大的硬件驱动、图形显示能力和便捷的快速程序设计为过程控制和工业自动化提供了优秀的解决方案 .同时由于 NI 公司提供有全系列的基于 PC 的多功能板卡，其与 LabVIEW 在底层即实现了软、硬件的无逢连接，节约了系统的构建时间并增强了系统可靠性。 LabVIEW 应用于实验室研究与自动化 LabVIEW 为科学家和工程师提供了功能强大的高技数学分析库，包括统计、估计、回归分析、线性代数、信号生成算法、时域和频域分析等众多科学领域。 在联合 时域分析、小波和数字滤波器等高级或特殊分析场合， LabV 工 EW 提供有专门的附加软件包。 软件的特点 Labview 是一种图形化得程序语言，使用这种语言编辑时，基本上不用写程序代码，取而代之的是流程图。 Labview 尽可能地利用了技术人员、科学家、工程师所熟悉的的术语、图标和概念。 因此， labview 是一个面向最终用户的工具，它可以增强用户构建自己的科学和工程系统的能力，提供了实现仪器编程和数据采集系统的便捷途径，使用它进行原理研究、设计、测试并实现仪器系统时，可以大大提高工作效率。 Labview 是通过图形符号来描述程序的行为，它消除了令人烦恼的语法规则，减轻了用户编程的负担，可以把效率提高数十倍，其主要特点可归纳为如下几点： （ 1）具有图形化的 编程方式，是真正面向科学家和工程师的语言。 （ 2） 32bit 的编译器编译生成的程序可保证数据采集、测试方案的高速。