1 引言

能源問題是現(xiàn)在社會所面臨的重大問題。過去，小區(qū)供熱普遍是采用供熱公司的鍋爐把水加熱然后送到小區(qū)的用戶家中，而小區(qū)的用戶有時(shí)會私自放走熱水，從而導(dǎo)至鍋爐內(nèi)的水量不足，這樣會帶來一定的危險(xiǎn)。面對此種情況，就出現(xiàn)了換熱器，由于換熱器在運(yùn)行過程中要對各個(gè)節(jié)點(diǎn)的溫度與壓力進(jìn)行監(jiān)測。從而來控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如果全部采用人工值守的方式，會帶來人力物力的巨大浪費(fèi)。為了減少換熱站的人員值守，提高工作效率，從而開發(fā)了此監(jiān)測軟件。

近此年來上位機(jī)開發(fā)平臺出現(xiàn)了很多，而美國NI公司的labview開發(fā)平臺更為出色，它主要是應(yīng)用在虛擬儀器以及測試監(jiān)測行業(yè)，它最大的優(yōu)點(diǎn)在于，它集成了多種儀器的驅(qū)動(dòng)，以及市場上絕大多數(shù)PLC的通信協(xié)議，開發(fā)效率快，程序模塊化，運(yùn)行穩(wěn)定，因而被廣泛的應(yīng)用于測控領(lǐng)域。

2 系統(tǒng)概述

美國NI公司的labview主要是一款基于圖形化編程語言的開發(fā)工具，由于它采用的是圖形化編程語言，與傳統(tǒng)的Visual C++、Visual Basic等編程工具不同，labview更易于開發(fā)維護(hù)。對于硬件部分主要采用西門子PLC，西門子PLC的優(yōu)點(diǎn)在于支持多種通信協(xié)議，系統(tǒng)穩(wěn)定，性能質(zhì)量好，市場占有率最高。

此軟件采用多線程技術(shù)，將軟件的顯示存儲設(shè)置等部分與硬件設(shè)備的通信驅(qū)動(dòng)部分分線程執(zhí)行。這樣將會大大的提高通信效率與存儲效率。

在硬件設(shè)備的通信方面，NI公司提供了NI OPC SERVERS服務(wù)器，通過對此服務(wù)器的配置，從而實(shí)現(xiàn)與PLC的通信，此系統(tǒng)的通信協(xié)議采用了modbus通信協(xié)議，目前，支持modbus的廠家超過400家，支持modbus的產(chǎn)品超過600種，這樣大大的提高了軟件的通用性，而且modbus是標(biāo)準(zhǔn)、開放、免費(fèi)、可靠性強(qiáng)的，不會出現(xiàn)侵犯知識產(chǎn)權(quán)問題，并支持多種電氣接口，如RS232、RS485等。

在軟件存儲顯示設(shè)置部分，其中存儲部分采用的是ACCESS數(shù)據(jù)庫存儲監(jiān)測的數(shù)據(jù)，它可以提高數(shù)據(jù)的存儲量，而且快速的進(jìn)行數(shù)據(jù)檢索分析。而labview中提供了Database tools工具包，可以有效的將軟件與數(shù)據(jù)進(jìn)行接口連接。設(shè)置部份的參數(shù)存儲采用ini格式文件存儲。

3 實(shí)現(xiàn)方法

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

換熱器采集監(jiān)控系統(tǒng)主要由PPC-179T型研華工業(yè)平板計(jì)算機(jī)、西門子S7-200PLC、EM231溫度模塊、EM235模擬量采集模塊、西門子變頻器、PT100型熱電阻、西門子壓力傳感器與變送器構(gòu)成，此系統(tǒng)采用閉環(huán)控制，通過變頻器對水泵進(jìn)行轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，有效的達(dá)到了節(jié)能的效果。采用LabVIEW 2009開發(fā)系統(tǒng)監(jiān)控軟件，在Windows XP操作系統(tǒng)下運(yùn)行。上位機(jī)與PLC通信采用modbus-RTU通信方式。

3.2 軟件框架

此軟件主要采用多線程方式，在程序中采用了兩個(gè)while循環(huán)，其中一個(gè)while循環(huán)用于數(shù)據(jù)采集通信使用，另一個(gè)while循環(huán)用于數(shù)據(jù)的存儲與參數(shù)設(shè)置，這樣可有避免數(shù)據(jù)采集過快，而通信過慢導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失問題。同時(shí)在編程中使用到了事件結(jié)構(gòu)，這樣可有效的節(jié)省系統(tǒng)資源。

程序中采用了子VI調(diào)用的方式，主程序框圖與子vi如圖2所示。這樣使主程序看起來更加層次化，潔簡化，其中主要包括以下子VI ：參數(shù)設(shè)置.vi、GetDBpath.vi、save.vi、Search VI.vi、流量界面.vi；主界面vi為主程序，通過它來調(diào)用所有子vi；其中GetDBpath.vi主要用于自動(dòng)獲取當(dāng)前文件路徑，save.vi用于數(shù)據(jù)庫的存儲功能，Search VI.vi主要用于數(shù)據(jù)庫查詢功能。

3.3 數(shù)據(jù)通信

系統(tǒng)通信物理接口采用RS485接口，軟件通信協(xié)議采用modbus-RTU通信協(xié)議，將labview做為主站，PLC做為從站，從站地址設(shè)為3；在labview通信應(yīng)用上，它所自有的NI OPC SERVERS集成了標(biāo)準(zhǔn)modbus通信協(xié)議。

其中對于NI OPC SERVERS的設(shè)置方法：跟據(jù)實(shí)際情況將COM口設(shè)置為當(dāng)前使用的口，波特率采用9600Kbs，數(shù)據(jù)位為8位，停止位為1，校驗(yàn)設(shè)置為None，模式為Modbus，ID號為1，十進(jìn)制位。

在變量設(shè)置方面，主要采用的是字的形式，跟據(jù)PLC所提供的modbus地址進(jìn)行設(shè)置，PLC Modbus從站指令支持以下地址：00001至00128對應(yīng)輸出點(diǎn)Q0.0—Q15.7，10001至10128對應(yīng)輸入點(diǎn)I0.0—I15.7，30001至30032對應(yīng)模擬輸入寄存器AIW0至AIW62，40001至04XXXX對應(yīng)保持寄存器V區(qū)。

當(dāng)設(shè)置好OPC服務(wù)器后，將服務(wù)器中的IO與程序建立鏈接，方法如下：首先在項(xiàng)目中新建選擇I/O Server，進(jìn)入創(chuàng)建I/O服務(wù)器后，選擇OPC Client選項(xiàng)，入進(jìn)到I/O服務(wù)器參數(shù)設(shè)置對話框，將變量刷新時(shí)間改為100ms，此時(shí)完成I/O Server的創(chuàng)建。其次進(jìn)行約束變量的創(chuàng)建，創(chuàng)建時(shí)依次將項(xiàng)目展開，將V03與發(fā)V05添加到已添加變量當(dāng)中。此時(shí)，完成通信部分的設(shè)置并可以使用所創(chuàng)建的共享變量。經(jīng)過實(shí)際現(xiàn)場測試，采用這種通信方式，每讀寫一次操作平均控制在300ms，大大的提高了通信響應(yīng)時(shí)間，足夠滿足現(xiàn)場監(jiān)視的的要求。

3.4 數(shù)據(jù)存儲與查詢

在數(shù)據(jù)存儲本軟件采用的是ACCESS數(shù)據(jù)庫，編程過程中主要應(yīng)用到Database tools工具包，其中包括以下模塊：

在原程序中，為了使軟件具有良好的可移植性，所以制做了自動(dòng)控制獲取文件路徑子VI，并同時(shí)可以自動(dòng)對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行鏈接，主要實(shí)現(xiàn)方法如圖5所示。

3.5 信號采集與控制

在信號采集使用PT100型熱電阻，連接到EM231溫度模塊上，由于溫度的變化，從而導(dǎo)致電阻值的變化，溫度采集模塊通過阻值的變化計(jì)算出溫度值，壓力采集模塊，實(shí)際就是將壓力傳感器經(jīng)變送器后得到的0-5V模擬信號送入EM235模擬量采集模塊，通過編寫內(nèi)部標(biāo)定程序，從而得出系統(tǒng)中各測量點(diǎn)的壓力［4］。在程序中，通過對這些信號量的比較，從而對變頻器輸出頻進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而有效的調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速。本系統(tǒng)在信號采集方面，采用了多點(diǎn)采集的方法，這樣更有利于根據(jù)實(shí)際工況來調(diào)整信號采集位置，分別在一次入水口，一次回水口，二次入水口，二次回水口等位置分別進(jìn)行溫度與壓力的采集。

當(dāng)系統(tǒng)壓力低于設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)會自動(dòng)調(diào)整水泵轉(zhuǎn)速，加快系統(tǒng)的補(bǔ)水，反之當(dāng)系統(tǒng)力力高于設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)會停止水泵，將泄壓閥開啟，排水減小系統(tǒng)水壓。

3.6 實(shí)際應(yīng)用

在實(shí)際應(yīng)用中，本監(jiān)控軟件主要分為：流量查看界面，參數(shù)設(shè)定界面，數(shù)據(jù)查詢界面，在實(shí)際項(xiàng)目中安些功能都是最為實(shí)際的應(yīng)用功能，很多情況下巡檢人員與設(shè)備管理人員都用到這些功能。

4 結(jié)束語

NI公司的LabVIEW開發(fā)平臺使用的是圖形化編輯語言G編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。它可以更直觀的體現(xiàn)出程序的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，而且較傳統(tǒng)代碼形式的編程，更容易學(xué)習(xí)，更具有高效性，它是今后測控行業(yè)的方向。它簡化了與各種儀器控制器設(shè)備的通信方法，省去了很多的底層驅(qū)動(dòng)編寫。LabVIEW程序更加模塊化與層次化，它可以獨(dú)立運(yùn)行或作為SubVI子程序，用戶可以根據(jù)需求來進(jìn)行擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)程序模塊化。在界面方面，LabVIEW控制選板中內(nèi)置數(shù)百個(gè)用戶界面對象，可方便的讓開發(fā)者設(shè)計(jì)出更專業(yè)的用戶界面。通過整個(gè)設(shè)備在現(xiàn)場的運(yùn)行情況來看，采用LabVIEW開發(fā)的上位機(jī)監(jiān)控軟件，運(yùn)行可靠，現(xiàn)場維護(hù)簡潔等好處。