基于LabVIEW的远程虚拟实验系统

文章编号:1006 2475(2006)04 0073 02

收稿日期:2005 06 09

作者简介:程俊静(1963 ),男,江苏东台人,盐城纺织职业技术学院电学教研室主任,讲师,研究方向:电气和计算机技术。

基于LabVIEW 的远程虚拟实验系统

程俊静

(盐城纺织职业技术学院,江苏盐城 224005)

摘要:介绍了虚拟实验室的功能、远程虚拟实验系统的结构模型,并以直流电机调压调速为例,讲解了远程虚拟实验平台的构建。

关键词:Lab VIEW;虚拟实验室;B C S 网络模型;远程控制中图分类号:TP393.01 文献标识码:A

Long distance Virtual Experiment S ystem Based on LabVIEW

C HE NG Jun jing

(Yancheng Textile Vocational Technology College,Yancheng 224005,China)

Abstract :This paper introd uces the functions of LabVIE W,the long distance virtual experi ment system and BC/S network model,pre sents the use of LabVIE W in a long distance virtual experi ment platform for mul tiuser where DC motor control system is the object of con trol.

Key words :LabVIE W;vi rtual lab;BC/S network model;remote control

0 引 言

虚拟实验是指用计算机虚拟实验环境,用软件模拟虚拟设备,学生可以像在现实实验环境中一样完成各种实验,实验效果基本等价于真实环境中所取得的效果。LabVIEW 是美国NI 公司开发的虚拟仪器软件,基于LabVIEW 的远程虚拟实验系统,以计算机网络为核心,将虚拟仪器通过网络相连,用户可以远程操作,控制数据的采集、分析。该系统不仅为异地实验和学术交流提供了平台,也给传统的实验教学模式和学生的学习方式带来巨大的变化,大大提高实验效率,节省实验设备的投入资金,该系统还可延伸到工厂企业中进行设备的远程控制与检测。

1 虚拟仪器的开发环境 LabVIEW

LabVIEW (Laboratory virtual instrument engineering

workbench)是由美国国家仪器公司(NI)在1986年推出的一种基于图形编程语言(G 语言)的开发环境,它具有十分强大的功能,包括数据采集、信号处理、输入输出控制、信号生成与传输,图像的获取和处理等,还

提供丰富的函数库和子程序,LabVIEW 适用于Win do ws 、Macintosh 、Unix 等多种操作系统平台,还拥有第三方提供的实用软件,如Application Builder 用于产生可执行文件,SQL Toolkit 用于将LabVIEW 程序与本地或远程数据库相连。LabVIEW 还具有很强的网络功能,用TC P/I P 或UDP 通信,建立Web Server 和G Web Server,能方便地运行远程的不同平台的程序。

LabVIEW 程序称为 虚拟仪器程序!(简称VI),包括三个部分:前面板、框图程序、图标 接线端口。LabVIEW 使用按钮、开关、波形等人们熟悉的图形直接编程,界面直观形象,程序执行的顺序就是方块流程图,所以,LabVIE W 得到迅速而又广泛的应用,我们用它来构架远程的虚拟实验室。

2 远程虚拟实验室的功能

我们设计的远程虚拟实验室功能可分为三类。

(1)B/S 结构的模拟仿真。我们以LabVIEW 内置的网页发布功能为基础,通过HTML 设计网页,使用Microsoft IIS 发布,直接在服务器端生成嵌入实验平台的WWW 网页,用户通过Inter net E xplorer 浏览器访问Web 服务器,Web 服务器接受请示后,

计算机与现代化

2006年第4期

JISUANJI YU XIANDAIHUA

总第128期

LabVIEW 内置的Remote Panel Connection Manager 对用户的使用情况进行监控与调度,按照远端用户制定的实验数据分析、计算,最后将实验结果嵌入网页,在远程用户的桌面上实时显示实验数据和曲线,以及完成实验报告。整个系统不涉及具体的实验仪器硬件设备,只是利用软件模拟实验过程。

(2)B/S 结构的实时测量与远程控制。在模拟仿真的基础上,在G Web Server 上连接相应的DAQ 、SCXI 硬件,再与实际的实验仪器连接,从而实现远程用户与实验仪器的数据通信,实现实验仪器的远程共享。这时的客户机仍无需计算和分析数据,只要安装Internet 浏览器,接收服务器的数据就可以了,而服务器的运算能力、带宽及多线程状态下的稳定性等指标要求较高,并且,每一时刻只允许一位用户掌握控制权,多用户必须分时轮流使用。

(3)C/S 结构的实时测量与控制。该结构要求用户端将服务器板卡采集的数据下载到本地客户机终端,在本地机上分析、计算、显示及存储,服务器不再承担数据处理工作。我们以LabVIEW 内置的TCP/IP 模块为基础,构造应用服务器和一个API 用户终端,TCP/IP 模块完成网络互连、数据通信及容错处理,应用服务器用来采集本地实验仪器数据,传输数据,管理用户等。API 用户终端则提供客户的GUI 界面,实现数据获取、分析、运算以及显示、存储等。

该功能对API 用户终端计算机性能要求较高,能实现多用户广播式远程软件和仪器的共享。

3 系统的结构模型

从系统功能上我们可以发现,这是一个C/S 和B/S 结合和扩展的BC/S 模型。B/S 结构最方便,是瘦客户体系,这种模型用户端只需要安装浏览器,就

直接访问Web 服务器,通过网页中的表单与服务器交互数据,控制远程虚拟仪器,完成实验,不必对客户端进行开发设计,简化了开发和设计难度,但服务器负担重,带宽以及网络稳定性要求高。而对于进行实时测量与控制,处理数据量大,希望实现多用户广播式共享的实验项目,可采用C/S 模型,构架Application Server 应用服务器,连接虚拟仪器,并设计用户API 终端。所以,根据不同实验的要求和特点,远程虚拟实验平台,组建成BC/S 模型。如图1

所示。

4 远程虚拟实验实例

我们架构以NI PXI 构架为核心的硬件体系,以

一台Dell PowerEdge 4600做Web 服务器,该服务器配

备了两个Inter Xeon 2.8GHz 处理器,2GB ECC DDRRAM,3x36GB SCSI RAID 冗余磁盘阵列,以及千兆的网卡;一台PXI 1000B 机箱,内嵌PXI8716控制器,PXI 6070E,PXI 6071E 多功能数据采集卡为Appli cation Server 应用服务器,充分满足多线程、大流量、高带宽的要求。远程用户电脑配置为P4、2.0GCPU 、512MDDR 。

我们下面介绍 直流电动机的电压调速!的远程虚拟实验。

学生首先在B/S 结构的网络中,浏览网页,进入一个多媒体仿真界面,复习和检验已学习过的知识,熟悉仪器的操作。

完成模拟仿真后,进入实时测控虚拟实验。电路如图2所示,这是一个转速电流双闭环调节系统,用Siemens6RA70直流驱动器给电机施加控制电压,并测试、转换电机转速和电流,Siemens6RA70与数据采集卡相连,如图3所示。

图2 双闭环直流电动机调速系统

客户端API 模块先向服务器端发送用户信息和实验请求,经服务器端验证通过,建立TCP 连接,服务器进行仪器初始化,用户在终端面板中输入控制电压Uc 。该电压信号通过Internet Intranet 传送到服务器的接受控制命令模块,控制命令通过DAQ 卡的模拟输出通道,传输到Siemens6RA70直流驱动器调控电动机的转速。

随着Uc 控制电压的改变,可控整流器触发脉冲移动相位,改变了整流输出电压,也就调节了电动机电枢电压,根据电动机的工作特性,运行速度在双闭环调节下发生改变,服务器采集到电流和速度数据,并通过TC P/IP 协议发送数据包,客户接受实验数据,在面板中可以看到电机电枢电流和转速的变化曲线。

服务器端采用LabVIE W 编写的模块包括:实时采集子UI,创造多线程子UI,按受控(下转第78页)