基于CompactRIO的泵機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.3 軟件設(shè)計(jì)
2.3.1 軟件功能分析
軟件設(shè)計(jì)要求實(shí)現(xiàn)功能有：一是數(shù)據(jù)采集和處理功能；二是泵機(jī)組保護(hù)、控制功能，包含油泵進(jìn)、出口壓力超限報(bào)警和控制、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫度的檢測(cè)和報(bào)警、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油壓力的報(bào)警和檢測(cè)、發(fā)動(dòng)機(jī)燃油液位的報(bào)警和控制、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的報(bào)警和控制、增速箱報(bào)警和控制；三是遠(yuǎn)程監(jiān)控功能；四是運(yùn)行工況和事故分析功能，遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)自動(dòng)存儲(chǔ)泵機(jī)組工況參數(shù)于 Excel表中，為泵機(jī)組運(yùn)行工況及故障分析提供數(shù)據(jù)黑匣子。
2.3.2 編程軟件及功能模塊

輸油管線(xiàn)泵機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用最為注重的因素就是可靠性，除了硬件平臺(tái)的可靠性外，軟件平臺(tái)的可靠性也同樣重要。相比于普通的操作系統(tǒng)（如 Windows）,實(shí)時(shí)系統(tǒng)能夠提供更佳的穩(wěn)定性和可靠性，更適合于可靠性要求高的嵌入式應(yīng)用[5]。同時(shí)，Labview Real-time開(kāi)發(fā)工具可以快速方便地開(kāi)發(fā)此類(lèi)實(shí)時(shí)系統(tǒng)應(yīng)用，能夠加速軟件的開(kāi)發(fā)流程。因此，系統(tǒng)軟件采用圖形化編程語(yǔ)言 Labview，在 NI RIO驅(qū)動(dòng)支持下通過(guò) Labview、Labview Real-time模塊和 Labview FPGA模塊對(duì) compactRIO嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。
研制開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)軟件包含初始化模塊、采樣模塊、信號(hào)處理模塊、工況顯示模塊、報(bào)警判斷模塊、泵機(jī)組保護(hù)控制模塊、復(fù)位模塊、存儲(chǔ)模塊、通信模塊。
2.3.3 前面板及框圖設(shè)計(jì)
Labview使用圖形語(yǔ)言編程，界面形象直觀， Labview程序運(yùn)行以數(shù)據(jù)流方式執(zhí)行 [6]，可實(shí)現(xiàn)程序高效并行處理。本系統(tǒng)軟件主界面包含工況數(shù)據(jù)顯示、報(bào)警指示、狀態(tài)指示，輸出控制。系統(tǒng)軟件界面見(jiàn)圖 4。系統(tǒng)軟件框圖按結(jié)構(gòu)分為 FPGA VI和 HOST VI。FPGA程序是下載到 CompactRIO 模塊 FPGA芯片上的程序，主要實(shí)現(xiàn)對(duì) CompactRIO模塊 I/O通道的采樣和輸出。HOST程序包含 RT控制器上的程序以及 Windows上的程序， RT上的程序主要實(shí)現(xiàn)與 FPGA的通訊、數(shù)據(jù)處理、工況顯示、報(bào)警判斷、控制保護(hù)； Windows上的程序主要實(shí)現(xiàn)與 RT程序的通訊及數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。

2.3.5 優(yōu)化算法及控制策略
對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集，由于各類(lèi)如電磁干擾、靜電干擾、共模干擾、差模干擾等的存在，原始采樣數(shù)據(jù)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些突變、壞點(diǎn)數(shù)據(jù)，在對(duì)原始采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行利用前，進(jìn)行了軟件中值濾波算法對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，濾除干擾信號(hào)，并剔除壞點(diǎn)。
泵機(jī)組控制策略是基于壓力的自適應(yīng)控制方式，以泵進(jìn)口壓力保護(hù)為例，其控制流程如圖 5所示。