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1、基于LabVIEW的摇板式造波机监控系统设计第25卷第3期2010年9月青岛大学(工程技术版)JOURNALOFQINGDAOUNIVERSITY(E&T)Vo1.25NO.3Sep.2010文章编号:1006—9798(2olO)03—0001—05基于LabVIEW的摇板式造波机监控系统设计黄振兴,高军伟,官晟,杨建军,岳震霞.(1.青岛大学自动化工程学院,山东青岛266071;2.国家海洋局第一海洋研究所,山东青岛266071;3.青岛市市南区软件及动漫游戏产业园管理办公室,山东青岛26
2、6071)摘要:对摇板式造波机的监控系统进行设计,用安装监控软件IabVIEw的工控机作为上位机,用运动控制卡作为下位机,通过伺服系统实现对造波机摇板的控制.分析了摇板式造波机的运动规律,并采用监控软件LabVIEw实现了造波机运动控制程序的编制和监控界面的组态,使系统的控制和监视变得直观简便.通过合理的利用系统硬件资源和软件资源,有效提高了造波机运行的安全性和可靠性.关键词:造波机;LabVIEw;伺服系统;运动控制器中图分类号:TP273文献标识码:A摇板式造波机是小型室内风浪试验水槽配套的基础设
3、施.它的作用是在水槽中激起不同波长和波高的规则波或不规则波,模拟实际海洋环境中的各种波浪.该系统可与PIV系统,红外热像系统,海面微结构光学测量装置,声学多普勒流速仪等多种观测装置连用,形成系统观测海气界面微尺度过程的室内光学观测系统,为各种海气界面方面的试验提供相应的实验环境.虚拟仪器技术(VI)是计算机技术与仪器技术深层次结合而产生的一种全新概念的技术,其优点在于能和计算机技术结合,从而开拓了更多的功能,具有很大的灵活性l1].LabVIEW是美国国家仪器公司(NI)在1986年随同虚拟仪器技术一
4、起推出的图形化编程语言2],很好的集成数千款硬件设备,能通过上百个内置库函数实现高级分析和数据的可视化.将LabVIEW和NI的运动控制卡一起运用到造波机控制系统的设计中,高效的实现各种造波程序,数据采集及数据分析程序的编制,其生成的应用程序能对造波机的运行情况进行实时监视和控制,可以减少程序开发的时间和工作量.1造波机系统结构现有造波机的传动类型有2种,即液压传动和机械传动_3].液压传动价格较高,但液压的维护及维修复杂,经常出现漏油现象,而机械传动价格较低,可靠性较高.该系统采用机械传动,原动机为
5、交流伺服电机,便于实现造波运行中各种复杂运动的控制.造波机是室内风浪水槽的一部分,主要由控制柜,玻璃水槽,伺服驱动系统,线性模组结构,摇板及浪高仪传感器等组成.主要部分示意图如图1所示.交流伺服电机与线性模组的滚珠丝杠通过联轴器实现直连,丝杠滑块与摇板摇杆通过轴承实现滑动连接.伺服电机通过线性模组带动摇板运动,而摇板运收稿日期:基金项目:作者简介:通讯作者:图1造波机示意图2O10—03—29国家863计划项目(2007AA09Z108);中央级科学事业单位修缮购置专项基金资助项目;山东省国内访问学者
6、计划项目(2007001)黄振兴(1983一),男,山东临沂人,硕士研究生,主要从事智能控制系统的研究.高军伟(1972一),男,山东临沂人,博士,副教授,主要从事智能控制与智能系统研究.Email:gaojw@yahoo.cn2青岛大学(工程技术版)第25卷动对水槽中的水产生扰动,通过控制摇板的运动形式可以在水槽中激起不同波形的波浪.2系统总体设计摇板式造波机采用PC机加运动控制卡的控制方式,用工控机作为上位机,并安装LabVIEW软件.上位机通过监控软件完成运动控制,数据采集,数据显示及数据分析的
7、功能.运动控制器采用NI公司基于PC总线的PCI一7390运动控制卡,控制伺服电机带动摇板产生相应的运动.PCI一7390是一种基于位置命令的步进运动控制卡,可直接与Yaskawa(R),Mitsubishi(R),Panaso-nic(R)系列驱动器相连,因此,选用Mitsubishi系列中的MR—J2S一70A伺服系统作为执行元件.LabVIEW中易于使用的软件工具和附加的运动控制虚拟仪器函数库,可以快速的应用于运动控制程序的编制,缩短了应用程序的开发周期.数字量数据采集卡负责各种开关量信号的采集
8、及控制信号的输出.浪高仪采集的波高信号通过串口读取到工控机,通过数据分析程序处理后作为控制系统的反馈信号.系统的总体框图如图2所示.3软件设计LabVlEW监控软件工控机数字量数据采集卡Il运动控制卡传感器,控制信号J-—伺服驱动器伺服电机ll编码器图2系统总体框图审口工变换器工浪高仪控制系统的实现主要在于造波程序的计算,并将目标波谱转化为伺服电机的驱动谱,使摇板按照给定的波谱运行,从而造出相应波谱的波浪.3.1运动控制程序设计系统的被控对象为摇板,根据
