基于LabVIEW和PXI平台的智能型网络化原料混合系统
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Author(s):
赵 志巍 - 浙江求是科教设备有限公司
高 玉矿 - 杭州钢铁集团公司
何 琴 - 浙江求是科教设备有限公司
Industry:
Oil and Gas/ Refining/ Chemicals
Products:
PXI/CompactPCI, Software
The Challenge:
本系统的挑战在于在冶金行业中，实现一个坚固的闭环控制系统，该系统用于冶铁原料混合的规格监测和控制，它能进行高精度监测并具有比传统PLC更快的响应时间，可保证全天连续工作，并且最大限度地减少了人工操作。
The Solution:
采用NI公司的PXI模块化仪器架构和虚拟仪器技术，使用LabVIEW开发平台配合控制设计工具包等产品开发了一套基于工业以太网的智能型冶铁原料混合系统。本系统利用LabVIEW易学易用的特点，借助控制设计工具包的强大功能，并充分结合PXI硬件输入输出模块，高效的实现了冶铁原料混合系统的监控。
"利用LabVIEW易学易用的特点，借助控制设计工具包的强大功能，并充分结合PXI硬件输入输出模块，高效的实现了冶铁原料混合系统的监控"
一、传统与新一代控制系统的比较
1、系统组成
从系统组成框图可知整个系统由测量传感器，信号隔离调整，数据采集，数据处理分析部分组成。传统系统中转速、温度、压力信号经过传感器输入到PLC 的A/D 模块中，经过运算由PLC 的D/A 扩展模块输出形成闭环控制，在PLC 上扩展人机界面模块用于监控，扩展以太网模块用于连接工业以太网。
新系统在原来传感器和驱动部分不变的基础上引入了PXI-6052E 采集卡用于采集A/D信号，PXI-6704 和PXI-1166 分别输出模拟量和数字量形成闭环控制。由于PXI 背板具有人机接口和以太网接口，所以可以在较少的硬件条件方便的实现原来的功能。
图1二次料场原料混合车间
图2传统系统的硬件组成框图
图3新系统的硬件组成框图
2、新旧系统的比较
新旧系统在测量参数、线路方面没有改变，但数据采集系统有很大的改变，主要有以下几个方面：
1)控制精度与成本
传统的设备使用PLC 控制，对于PLC 的典型系统，它的控制循环的速率为100 到500ms。而使用基于PXI 的控制系统，我们把该系统的循环时间降低到50ms，提高了灵活性，并改善了产品质量从而提高了我们输出的质量。我们也利用PXI 背板对测量进行同步。最后，由于利用了单一的开发环境和灵活的硬件，我们把系统的开发时间降低为五分之一，从而减少了项目所有者的综合成本。
2)集成度
传统系统由独立的多套系统组成，每个系统都有相应的计算机与控制软件组成。新的系统是基于PXI 总
线的模块化仪器，传统体积较庞大的采集器由体积很小的采集模块代替，使用一台内嵌式计算机取代先前多台计算机，使系统的集成度大大提高。原来的系统运行需要多人负责操纵和监视，而新的系统只需要一人即可完成所有工作。
3)操作性
由于传统中各部分是从不同厂家购置的，所以各分系统互相独立，实际使用中各系统之间的数据不能共享和调用。新的系统是在同一个软件平台和同一套PXI 硬件系统上实现的，在软件和硬件中可以解决以上问题，可操作性增强。
4)可维护性
系统的维修、升级和扩展是所有的系统所面临的共同问题。原来的系统各厂家都有自己的定义，系统的维修升级只能由原厂家负责，这样不仅价格高、周期长而且有些厂家由于各种原因停产，和可能造成系统的报废。新的基于PXI 总线是开放的标准系统，各模块不仅价格低廉，而且维修、升级可由多个厂家支持，延长了系统使用的生命周期。
二、系统设计与实现
在比较了各种可用于这种复杂应用的平台后，我们选择了NI PAC 平台和LabVIEW 7.1 以及PXI 硬件。利用NI 的PAC 产品，我们不仅缩短了开发时间，降低了成本。也使得本系统拥有强大的灵活性，集成性和坚固性，能够和现今绝大多数设备进行接口，可以在不淘汰现有生产设备的情况下引入这一先进的系统。
1、 系统网络结构
系统网络结构图如图4 所示：一个车间有一台PXI 总线计算机，可根据具体的控制对象的数量配合相应数量的PXI 数据采集卡，由PXI 背板的网络接口接入整个公司的工业以太网，实现数据的交换和远程控制命令的发送，从而实现企业总监控台对每个车间的生产情况进行实时的监控并生成报单存储。
图4系统结构图
2、系统硬件设计关键
1)信号调理
本系统要对转速和热电耦型号（mV级）、压力变送器的4-20mA电流信号进行调理。我们选择NI公司的信号调理（SCXI）模块，其可与PXI紧密结合，提供高通道数、多种类型信号的调理。采用SCXI-1125模块对热电耦信号进行隔离放大和滤波，利用自带的热敏电阻和IC敏感器进行冷端补偿，信号调整后使之变成适合采集卡量程的电压信号，同时对采集卡进行高压隔离保护。
2)数据采集和控制
对于本系统中的温度、压力和转速都属于是缓变的参数，所以我们选择PXI-6052E 采集卡实现多通道的采集，采样时差对信号特征的影响很小。采集上来的信号在上位机做运算。使用LabVIEW 7.1为平台，配合Control Design Toolkit 工具包来实现转速的
这样就可以实现整个系统的闭环控制，给定和控制参数可以在上位机设定，这样对于不同的配料可以方便的设定相应的参数从而使此系统方便的适用于不同配料的混合。
图5 本系统的LabVIEW界面
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