系统解决方案 基于ＬａｂＶＩＥＷ的调节阀流量特性实验平台设计 李山。王民慧 （贵州大学电气工程学院，贵州贵阳５５０００３） 摘 要：本设计利用ＬａｂＶＩＥＷ软件对调节阀流量特性试验平台进行设计，采用ＰＣＩ一１７１０ＨＧ多功能数据采集卡对 调节阀位移信号、输出流量信号进行双路采集；对调节阀流量特性的修正和改变；实验过程的相关数据进行监测、记录、 显示和保存等功能 利用ＬａｂⅥＥＷ软件进行实验平台设计可以用软件程序实现一些硬件仪器的功能．这样节约成本， 外界环境对实验的干扰小。控制的效果明显。 关键词：ＬａｂＶＩＥＷ：调节阀；软件补偿；流量特性 中图分类号：ＴＰＯ０１ 文献标识码：Ａ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｐｌａｔｆｏｒｍ ｆｏｒ Ｆｌｏｗ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ａｄｊｕｓｔｉｎｇ Ｖａｌｖｅｓ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＬａｂＶｌ ＥＷ ＬＩ Ｓｈａｎ，ＷＡＮＧ Ｍｉｎ－ｈｕｉ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｇｕｉｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕｉｙａｎｇ ５５０００３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｆｏｒ ｆｌｏｗ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ａｄｊｕｓｔｉｎｇ ｖａｌｖｅｓ ｕｎｄｅｒ ＬａｂＶＩＥｗ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅ ｍｕｌ— ｔｉ－ｉｆｍｃｔｉｏｎ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｃａｒｄ ＰＣＩ一１ ７ １ ０ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｏｕｔｐｕｔ ｌｆｏｗ ｏｆ ａｄｊｕｓｔ－ ｉｎｇ ｖａｌｖｅｓ ｉｎ ｔｗｏ ｐａｔｈｓ，ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｔｈｅ ａｍｅｎｄｍｅｎｔ ｔｈｅ ｆｌｏｗ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ａｄｊｕｓｔｉｎｇ ｖａｌｖｅｓ．Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ，ａｌｌ ｔｈｅ ｒｅｌｅｖａｎｔ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｒｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｃａｎ ｂｅ ｍｏｎｉｔｏｒｅｄ ｒｅｃｏｒｄｅｄ ａｎｄ ｐｒｅｓｅｒｖｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｐｌａｔｆｏｒｌＴｌ ａｓ ｗｅｌ１．Ｐａｒｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｏｎ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｕｎｄｅｒ ＬａｂＶＩＥＷ ｃａｎ ｐｅｒｆｅｃｔｌｙ ｐｅｒｆｏｒｍ ｔｈｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｓｏｍｅ ｈａｒｄｗａｒｅｓ．Ｔｈｕｓ，ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｃｏｓｔ ａｎｄ ｈａｖｉｎｇ ａ ｂｅｔｔｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ ｆｅｗｅｒ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．Ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｅｆｆｅｃｔ ｉＳ ｏｂｖｉｏｕｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＬａｂＶＩＥＷ；ａｄｊｕｓｔｉｎｇ ｖａｌｖｅｓ；ｓｏｆｔｗａｒｅ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ；ｆｌｏｗ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ０引言 ＬａｂＶＩＥＷ是一种图形化的编程语言的开发环境． 被视为一个标准的数据采集和仪器控制软件 调节阀 是自动化控制系统的重要组成部分．其性能好坏直接 影响生产运行安全和经济效益。在控制系统设计中， 量Ｑ与全开时流量Ｑ一之比；化（相对位移）为调节阀 某一开度时阀芯位移Ｚ与全开时阀芯位移 之比。 １．２理想流量特性 理想流量特性主要有直线、等百分比、抛物线及 快开等４种，如图ｌ所示。 调节阀流量特性曲线的畸变常常使系统控制质量得 不到保证．气流量特性对控制质量影响很大。 ｌ流量特性 １．１定义 调节阀的流量特性是指介质流过调节阀的相对 １一侠升，２一亘线，３一抛物线，４－－￣￣ 流量与相对位移（即阀的相对开度）之间的关系．数学 表达式为： 图１调节阀理想流量特性 Ｑ／Ｑ— ） 式中， Ｑ一（相对流量）为调节阀某一开度时流 作者简介：李山（１９８７一），硕士，研究方向为嵌入式系统 与自动化装置。 收稿日期：２０１３—０４—１８ 直线流量特性是指调节阀的相对流量和阀芯的 相对位移成正比： 盟： ｄ（ ） 式中， 为常数，即调节阀的放大系数。 自动化应用 ２０１３ ｌ ９期 １６ 系统解决方案 磐黪 积分得： 芒＝ ＋ｃ 式中，Ｃ为积分常数。 ２平台硬件设计 测控技术与仪器实验室水箱实验对象组成如 图２所示。实验所需仪器设备如下：流量计、调节 器、操作器、伺服放大器、调节阀、万用表、连接导 线、ＰＣＩ一１７１０ＨＧ采集卡、端子板及其它主要仪器的连 接端子 图２水箱实验对象 设计中调节器被用作电压／电流转换器．测量值输 入为ｌ～５Ｖ 操作输出信号为４～２０ｍＡ 每个调节器设有 多对插座孑Ｌ（＋，一插孔）：ｌ、２孔为测量值输入；１１、１２孔 为外部供压信号；２７、２８孑Ｌ为调节器输出。２７孔（＋）插 孔接电压／电流转换器来的正信号．２８孔（一）插孔接电 压／电流转换器来的负信号．不能接错 伺服放大器．输入信号４～２０ｍＡ．每个通道有两个 插座孔，１孔（＋）接调节器来的信号，２孔（一）接电动 操作端子的信号 电动调节阀为电子小流量调节阀．输入４～２０ ｍＡ 电流信号．对应阀门输出开度０～１００％ 系统通过流量计将采集的流量信号变成电信号． 并采集阀位信号．经过信号调理模块后．由电缆将信 号传输到ＰＣＩ一１７１０ＨＧ多功能数据采集卡．然后用 ＬａｂＶＩＥＷ软件进行处理．在此过程中完成阀位信号数 据和流量数据的保存．并计算出理想流量．最后由多 功能数据采集卡ＰＣＩ一１７１０ＨＧ的输出端输出控制信 号到调节阀．实现对调节阀流量特性的补偿 基于 ＬａｂＶＩＥＷ的调节阀流量特性的实验平台数据流向图 如图３所示 数据储存一历史数据读取 数据运算 一 输出控制 图３数据框图 １７ 、Ｉ＼，、＾ｎ＾，．ｃｈｉｎａｃａａａ．ｃｏｍ 自动化应用 ３平台软件设计 ３．１数据采集与输出模块 平台采用的是ＰＣＩ一１７１０多功能数据采集卡．由 于该卡不支持ＤＡＱｍｘ驱动程序．所以该软件是在 ＰＣＩ一１７１０采集卡提供的多路采集的例子程序的基础 上开发的．主要的采集参数的设置包括采集起始通道 的选择、输出通道个数的采集、采样周期、波形衰减 等。 ３．２调节阀流量特性补偿算法模块 流量特性曲线如图４所示．１为理想流量特性．２ 为实际流量特性。当给定输人为 。时，理想输出为 Ｑ。，实际输出为Ｑ。 ，该算法的目的就是寻找实际流量 特性曲线上对应值为Ｑ。的开度ｅ ，具体步骤： （１）先令ＱＨ＝Ｑｍ￣，，ＬＨ＝，Ｊ ，ＱＬ＝Ｑ ，Ｌ ＝，Ｊ 。 （２）比较Ｑ。与Ｑ０ ，若Ｑｏ＞Ｑ０ 则令Ｑ ＝Ｑ０１ Ｌ Ｚ。；否 则Ｑ ：Ｑ０ｔ ｝｛＝Ｚ。。图４属于Ｑｏ＞Ｑ。 的情况。 （３）过（Ｑ ，Ｌ ），（Ｑ ，Ｌ ）两点做直线，与ｙ＝Ｑ。交于 （ｆｌ’Ｑ。）点，其中＇ｆＩ＝￡ｗ一 。再根据实际流 量特性曲线找出ｆ 对应的流量Ｑ 。 （４）比较Ｑ 与Ｑ。的大小，如果Ｑ。＞Ｑ ，则令Ｑ ＝Ｑ ， ２＝Ｚ１；否则ＱＨ＝ｐｌ，ＬＨ＝Ｚ１。 Ｑ Ｑｏ Ｑ０ ０ Ｌ０ ＬＨＬ２ ＬＩ Ｌ 图４流量特性曲线 （５）重复步骤（３），求出（Ｚ ，Ｑ ），再进行类似步骤 （２）的操作 （６）重复步骤（３），求出（ｆ３，Ｑ ）。如此重复，直至一 ｌ Ｑ。一Ｑ ｌ不小于某个数（控制精度）停止，此时Ｑ 对应 的Ｚ 即为所求的开度值 此调节阀流量特性补偿模块输出信号的计算公 式： ｚ＝ ｎ一 二 ２ ３．３数据保存模块 数据保存是把采集来的数据保存到ｄａｔａｌｏｇ里。可 以通过设置．将采集的数据按照一定的时间间隔保存 （下转第５９页）
