用Labview和互联网构建远程液面控制实验系统.pdfVIP

2008年3月 山东师范大学学报 (自然科学 版) Mar．20o8 第23卷 第】期 Journal of s}land0 Normal University(Natural Science) V0】．23 No．1 用Labview 和互联网构建远程液面控制实验系统* 高 玲 (山东师范大学信息科学与工程学院，250014，济南／／42岁，女，副教授) 摘要 用Labview和互联网构建远程液面控制实验系统．利用该实验系统学生可以学习和掌握控制系统设计和控制过程实 施的实际经验．学生可以利用互联网在远程进行试验，不仅节省了实验成本还为学生提供了灵活的实验时间． 关键词 Labview；控制；互联网 中图分类号 TP 312 自动控制是众多研究和生产领域的有效工具，高校的许多专业，如生物工程、食品工程、化学工程等都开设了这门课程． 实验对于自动控制课程的学习来说十分重要，能够帮助学生更深刻地理解自动控制系统设计和过程控制的技术方法．但对于 非自动化专业的院系来说，开设自动控制实验不仅增加了教学成本也增加了教学学时，不利于课程安排．为了能够降低实验 成本和教学学时数，并为学生提供更灵活的实验时间，本文利用I丑bview和互联网构建了一个远程液面高度控制试验系统．学 生可以在任何时间在任何地点利用互联网进行自动控制实验． 1远程液面控制实验系统 如图1所示，容器1中的液体被泵2以恒定的速度泵入容器2；容器2中的液 体被泵1泵入容器1，并且泵1的流速由计算机控制，以维持容器1设定的液面高 度．容器1液面高度的设定值、泵1的最大流速、泵2的流速可以由实验者在实验 开始前或实验过程中通过近程控制计算机或连接在互联网的远程计算机进行设 定． 如图1所示，泵1、泵2以及电子天平通过RS232串行接口与近程控制计算机 相联，同时，近程控制计算机又与因特网相联．电子天平实时测量容器1的重量． 由于容器1皮重、容器1的直径以及容器1中液体的比重已知，因此，根据容器1 重量的实时测量数据，近程控制计算机可以实时地计算出容器1中的液面高度． 可见，这里天平起到液位传感器的作用．远程计算机通过互联网与近程控制计算 机相联． 2 远程液面控制实验系统设计 如图2所示，该液位控制系统是一个典型的反馈控制系统．其中，近程控制计 算机在反馈控制回路中，属于直接数字控制．近程控制计算机连续采集电子天平 的数据并转化为液面高度，按照开关 on—off)或比例一微分一积分(PID)反馈控 一 管线 ……… 信号线 制算法计算输出，控制泵1的流速，达到控制容器1液面高度的目的． 图2中，数／模(D／A)转换器负责把数字信号转换为模拟信号，而模／数(A／D) 图1远程液面控制实验系统 转换器则把模拟信号转换为数字信号． 3 远程液面控制实验系统软件 近程控制计算机软件具有如下功能：信号转换(A／D或D／A)与采集、控制算法与控制信号计算、数据储存、交互式用户界 面、因特网联接与通讯．计算机软件以Iabview(美国国家仪器公司(N1))编程…．Iabview具有数据流驱动的运行机制，与一般顺 序控制的软件结构有很大不同．Iabview的优势在于用它构建在线测量和控制系统极为方便，大大减小了编程工作量和出错几 率，提高软件的稳定性 J1_3]． 软件的用户界面见图3．用户可以通过用户界面设定液面控制高度，选择液面控制算法，设定控制参数(如PID控制的kD， t。， 参数以及泵1和泵2的最大流速)和观察控制结果． 国家863(2OOTaaOSZ455)，973(2004CB619202，2003CB716006，2004CB719702)基金资助项目 收稿日期：20o7—12—05 37 第23卷 山东师范大学学报