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嵌入式工控机基于工控机数据采集系统的开发

blog 2020-11-04 14 0

  基于工控机数据采集系统的开发。基于工控机数据采集系统的开发 李菊叶 (陕西理工学院计算机科学与技术系 陕西 汉中723200) 摘要:工业控制计算机(以下简称工控机)是工业自动化设备和信息产业基础设备的核心。传统意义上将用于工

  基于工控机数据采集系统的开发 李菊叶 (陕西理工学院计算机科学与技术系 陕西 汉中723200) 摘要:工业控制计算机(以下简称工控机)是工业自动化设备和信息产业基础设备的核心。传统意义上将用于工业生产 过程的测量、控制和管理的计算机统称为工业控制计算机,它包括计算机和过程输入、输出通道2部分。但今天的工控机的内涵 已经远不止这些,其应用范围也已经远远超出工业过程控制。因此,工控机是应用在国民经济发展和国防建设的各个领域、具有 恶劣环境适应能力、能长期稳定工作的加固计算机。 本文介绍了基于工控机数据高密度采集数字信号系统的开发,详细说明了系统的设计方法及关键技术。并对PcI广一-9113A 数据采集板进行了介绍,以及c++builder的数据库访问技术。 关键词:数据采集;PCL--9113A;数字信号;数据库 1引盲 一些特殊仪器的某些关键部位的开关参数需要严格符合 标准,但是由于其位置的特殊性,检测起来费时费力,为了 方便测量并实现多个部位多个参数值的同时自动检测,研制 出一套基于工控机高密度数据采集系统,其可靠性、稳定性 高、测试准确,使用方便且人机界面友好。 2数据采集系统原理 模拟输入信号,即在时间上与幅值上均连续变化的信号, 首先经过一个预采样滤波器,然后由采样保持电路每隔一个 采样间隔读出一次数据,再由模数转换器(ADC)量化为二 进制数码,即成为计算机可以接受和处理的数字信号。接着 由计算机进行数据处理,处理后的数据经由数模转换器 (DAC),将数字信号转换为模拟信号。在此转换过程中,二 进制数码首先转换为连续时间脉冲。脉冲之间的空隙则经过 “再建平滑滤波器”来填充平滑以恢复成模拟信号。数据采 集系统的简化框图如图所示: 马霸小¨谰午刊翻鲨 3系统硬件设计方案 该系统从硬件结构上分为数据采集模块和数据处理模块 两部分。数据采集模块由待测开关,传感器、信号处理和数据 采集卡组成;数据处理模块由工控机的处理系统组成。系统原 理框图见图l所示。待测开关的按压行程和按压压力两个参 数分别通过位移和压力传感器检测并输出模拟信号,该信号 经前置处理后输入PCL-818L采集卡模拟输入通道。前置处理 的作用是将传感器输出来的信号处理成适合后面的A/D转换 的信号,一般通过(差分)放大与抗混滤波即可;待测开关的接 触电阻由毫欧电阻表检测并输出数字信号。该信号可直接连 接采集卡数字输入通道,该采集卡是带有FIFO的高速采样 A/D板直接控制采样。 戈 -1 ,r jK力传鹧器l-i信号处,T I 【 拧 帆 渊 ● 持 -1化穆促媾器I- 数姚宋毵}: 一1 mo删【.托l PCI-9113A 3.1工控机的基本组成及特点 工控机由计算机基本系统和过程I/O系统组成。计算机基 本系统由系统总线、主机模板存储器板、人机接口板与CRT、 磁盘机、打印机等通用外围设备组成。过程I/O系统由输入 信号调理板和A/D转换器将现场传感器测量的物理信号转变 为电信号,模拟量经模数转换(A/D转换器)。变成数字量输入 计算机,计算机输出信号经数模(D,A)转换和输出调理(隔 离放大)成执行机构的功率驱动信号控制执行机构。 (1)硬件系统一般有运行操作台.可放置计机、CRT、 外设、主机柜、I/0机柜机箱、电源、接线子板、接地保护装 置等)等。 (2)软件系统由实时操作系统、实时数据库及用软件、 数据采集与处理软件、各类控制软件(Pm)直接数字控制、 先进控制软件组成。 (3)工控机与商用及个人机比较。它的特点是强调过程 输入输出能力,高可靠性,抗干扰性与实时性。 为了使工控机(1PC)能在工业之恶劣环境下保连续运行 以及能承受恶劣环境中的高低温冲击、振动、电磁干扰、潮 湿、盐雾等,在结构设计上工控机与商用的PC机有明显地 差别。 IPC机箱内设计了push-pull风冷,保持箱内正气压并加 有空气过滤器、软硬盘封闭门等,有效地防止了温度过高和 粉尘的侵入。IPC内设计了一个带橡胶的压条,可以对插入 IPC中的任何板卡进行固定,对软驱和硬盘架也特别设计了橡 胶缓冲,提高了整机的抗冲击与振动性能。IPC内采用开关电 源,提供高质量的DC,其MTBF(平均无故障时间)至少在 50 000小时,机箱全钢封闭,有效地防止了EMI。鉴于装配线 现代经济信息 上环境比较恶劣,振动、干扰、噪声都比较大,采用研祥的 ]PC.68 II系列。工业级CPU卡的模块化结构,也使其在维修 时替换快速,还特别设计了WatchdogTimcr和板上 Hasb/Il AM依0M电子盘等。 3.2 PcI—91 13A数据采集卡 PCI.9113总线数据采集卡 型号:PCI.9113 特性: o 32路单端12位模拟量输入通道 O超过5000Vrms绝缘 o 12位逐次逼近MD转换器(ADS774或兼容芯片) O 32位PCI总线,即插即用 。可编程增益X1,X10,X100 o双极性或单极性模拟输入范围 。最高至60KHz的采样速率 , o自动扫描通道选择 0板上低通滤波用以改善或衰减信号 系统规格; 模拟量输入(A/D) o通道数:32路隔离通道 。分辨率:12位 。输入范围l 双极性;±10V,±IV:±0.1V±0.625V 3.3数据采集卡转换和传递信号的过程 爱键的摊拟瞳吁 成敌‘,I矗q 救宁僻q 开发应用程序的组件思想和面向对象的高效语言C++融合的 产物。C++Builder充分利用了已经发展成熟的Delpm的可视 化组件库(VisualComponentLibrary,VCL),吸收了 BorlandC++5.0这个优秀编译器的诸多优点。并提供了强大的 数据库处理功能,这主要依赖于C++Builder众多的数据库感 知控件和底层的BDE数据库引擎。支持MicroSoft的ADO (ActiveDataObject)数据库连接技术。提供的完全可视的程 序界面开发工具,从而使程序员对开发工具的学习周期大大 缩短。 设计程序时,可将测量的数据保存在一个Access数据库 中,通过ADO(ActiveDataObject)控件访问数据库,进行删 除,更新,刷新等操作。通过TureGrid,还可以方便的调用 系统打印属性窗口进行打印设置,并生成打印预览图。对于 数据库的查询,我们可以针对数据库的某一个字段,或者多 个字段进行复杂查询,无风扇工控机,这一切都是通过ADODataControl的三 种Recordset对象实现的,这样用户可以在记录与记录之间浏 览、显示和操纵数据。 6结论 本文拟从实际的应用要求出发,提出系统的设计方案。 并论述系统的实际调试方法与有关问题的解决方法,并指出 系统的优缺点及其改进的方法。经过反复测试,我们研制的 基于工控机数据采集系统的样机达到了各项技术指标。可以 实现对特殊仪器精密开关的接触电阻、按压行程、按压压力 等参数的测试并进行开关的合格判断。管理方便,实用可靠, 效果良好。 敬‘}成榨制f=:母 编写P(:卜-9113A的程序的关键是使用板卡上的16个寄 存器。PC卜_9113A需要16个连续的PC机I,0空间地址,每 个口地址与采集板内的寄存器相对应。每个寄存器的地址是 通过指定到板卡基地址的偏移量. 4系统软件设计方案 该系统即采用C++Buildcr开发的基于工控机数据采集系 统,一次测试过程中采集各个传感器的信号,经过相应的信 号处理即可得到所需的参数值,并同时判断开关是否合格。嵌入式工控机。 为提高采样速度。采用查询的方法获取数据。测试程序要包 括模拟通道读取、数字通道读取和程序控制几部分。 首先在Windows环境下调用驱动程序,要实现数据的读 取,需要将一些库文件加到程序中来。工程中添加一个模块 drivcr.bas,在资源菜单中添加该模块即可。在这个模块中定 义了PC卜-9113A的所有常量。全局变量名,函数。数据结 构。状态代码和消息。可以直接在程序中调用这个文件中定 义的这些量实现数据的读取。在driver.bas文件中的最后定义 了许多API函数,但都不是私有的,也就是说工程里的所有 窗体都可以调用这些函数。 5对数据库的访问 BorlandC++Bilder5.0是Interprise(Borland)公司推出的 基于CH语言的快速应用程序开发 (RapidApplicafionDevelopment,RAD)工具,它是最先进的 参考文献: 【1】陈宽达.c++BuIlder深度历险【M】.武汉.华中科技大学 出版社,2002 【2]SophoclesJ.Orfanidis著.信号处理导论.北京:清华大学 出版社. 【3】王常力.工业控制计算机系统【M】.电子工业出版社。 1993: 【4】肖忠祥.数据采集原理(第l版).西安:西北工业大学 出版社.2001年.1-4 【5】张华,张蕴玉,胡修林.雷达日标回波高速采集系统的 设计.华中科技大学学报(自然科学版),2003年。第10期:10.12 万方数据 基于工控机数据采集系统的开发 作者: 作者单位: 刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 李菊叶 陕西理工学院计算机科学与技术系,陕西,汉中,723200 现代经济信息(学术版) MODERN ECONOMIC INFORMATION 2008(9) 参考文献(5条) 1.张华;张蕴玉;胡修林 雷达目标回波高速采集系统的设计[期刊论文]-华中科技大学学报(自然科学版) 2003(10) 2.肖忠祥 数据采集原理 2001 3.王常力 工业控制计算机系统 1993 4.SophoclesJ.Orfanidis 信号处理导论 5.陈宽达 c++Bullder深度历险 2002 本文链接:

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