来源：21ic中国电子网 作者：苏海龙 骆宗安 张殿华 应用领域：工业自动化 挑战：利用pxi嵌入式控制器、labview rt 开发出完成高速、高精度、多实时闭环控制任务，数据采集，逻辑控制等的多功能测控平台。 应用方案：使用national instruments公司的rt系列的pxi嵌入式控制器、e系列多功能数采卡、labview rt 、labview rt控制工具包以及执行程序生成器来开发一个集多任务实时控制、数据采集、数据分析为一体的集散测控系统。 使用的产品：pxi 8186 rt ;labview rt;pxi-6052e;pxi-6527介绍 近年来，随着我国经济的迅猛发展，测控技术，尤其是基于labview快速开发的测控系统也在各行各业得到了较好地应用。我们根据科研项目的要求开发了一个可以对多个被控对象进行高速、高精度的控制，同时对多个变量进行数据采集和分析的多功能测控平台，它对新开发实验设备控制系统的优化和改进，生产线上关键仪器仪表的测控及性能评估都具有重要的意义。序言 我们开发的应用在冶金实验领域的实验设备，如多功能材料实验机、热镀锌实验机等，其被控对象都比较相似，对控制效果的要求也相似，即都具有液压站、高精度的位移传感器、高速伺服阀、温度控制、数据采集等，都要求闭环控制周期尽可能的短，通常位移闭环为1ms，温度闭环为10ms。根据上述情况，我们开发了一个具有通用性的测控系统，即基于labview rt的测控平台。 这个测控平台在硬件连接上采用便于安装和易于拓展的结构，在软件上采用了模块化结构，便于程序的调试、优化。对于不同的被控对象，只需要对硬件和软件做少量的修改，而总体结构不变，就可以完成对不同设备的控制，从而充分发挥了虚拟仪器的灵活性和高效率。工艺原理简介 多功能材料实验机的工作原理是利用直接焊在试样（柱状或板状）轴心处的热电偶测量温度，采用直接电阻加热，即使试样中通过低电压，大电流的方式加热，然后通过液压缸控制锤头打击试样，使其快速变形。要求记录试样变形过程的所有相关参数。热镀锌实验机的原理也是利用直接焊在试样（片状）上的热电偶测量温度，通过红外辐射管使试样快速升温，然后通过控制液压缸将试样快速移动到事先熔化好的锌液中浸一下，再快速返回。要求记录浸镀过程的所有工艺参数。加热试样的操作箱或石英玻璃罩内都可以抽真空或充以惰性气体，以防止试样被氧化。控制系统构成 上述实验设备中有许多模拟量控制闭环，在多功能材料实验机中的被控对象有两个液压缸控制闭环，即一个ⅰ轴锤头打击控制和一个ⅱ轴的试样变形量定位控制，试样温度控制、扭转控制、淬火水流量控制。在热镀锌实验机中有两个温度控制闭环，即锌液熔化炉的温度控制、试样温度控制，两个液压缸闭环控制，即锌液炉的水平移动的位置控制和被加热的试样浸镀垂直方向移动的位置控制，冷却水流量控制。由于控制闭环多且控制周期差异较大，因此采用了集散控制系统的方式，将控制周期短的闭环与控制周期长的闭环分别用两个控制器来完成，这样做能充分发挥控制器的性能且编程及调试方便。硬件配置见图1。 由于控制系统中的开关量被控制点很多且分布比较分散，同时为了节省pxi嵌入式控制器cpu的时间，而采用西门子的s7-300系列的plc，即cpu315-2dp及et200m够成profibus

     现场总线的控制结构。1．控制任务的分配 根据对被控对象控制周期的长短将控制任务分为两部分，其中液压缸和液压马达的控制周期为1ms；而温度、水流量的控制周期为10ms，因此分别在两个控制器完成，这样做使得程序的结构清晰，调试方便。 模拟量的控制及数据采集都是通过pxi-6052e完成的，因为该数采卡可以硬件精确定时，可以通过pfi7针使pid的输出与数据采集为相同的时钟，因此控制更加精确。pxi嵌入式控制器与plc控制系统之间是通过pxi-6527直接以点对点的方式进行通讯的，因为二者间需要交换的信息量很小。2．传感器执行器的选择 pxi-8186rt 控制器的运行速度很快，且能保证实时控制的确定性。为此，就要求控制系统中的daq卡、传感器和执行器与控制器的性能相适应，才能真正完成一个控制周期短的闭环控制。否则虽然控制器的速度快，而传感器和执行器的速度慢，尽管控制器计算了几次pid，但采集的数据没有变化，输出了几次后的数据才起作用。因此我们选择的执行器如三级伺服阀（moog阀），开口度从0到最大的时间小于6ms，定做的温度变送器的响应时间小于10ms。3．系统的抗干扰措施 上述两台实验设备都属于精密仪器，无论对控制实时性还是对数据采集的精度和速度方面都要比实际生产上要求高得多，因此必须采取措施，确保整个系统的精度要求。1.为了更好地滤掉干扰信号，将被采集的信号通过带有低通滤波的信号调理模块，同