基于LabVIEW的工业控制实验教学系统研究与开发

摘要

实验是高校工科教育中不可缺少的一部分,高校的不断扩招和传统的实验设备功能单一固定、价格昂贵的特点,导致了实验教学的不足。虚拟实验是将计算机技术和虚拟仪器相结合,给用户提供一个逼真的虚拟环境,来完成各种各样的实验。与传统实验设备相比,网络虚拟实验平台成本更低,可扩展性更强。因此,在实验教学和研究领域中,有相当大的应用前景,是目前研究的重点。
　　 本课题主要完成了以下几个方面的工作:
　　 首先,立足于高校工科实验教学的现状,从理论与实践、研究与应用等方面,分析了对实验设备和实验环境进行改进的必要性。介绍了虚拟仪器的功能及特点,讨论了虚拟仪器技术在实验教学中应用的相关问题;
　　 然后,从需求分析出发,通过对几种编程语言的比较,分析了图形化编程语言LabVIEW作为开发工具的优势,以其开发周期短、无需编程基础和可扩展性强等特点,决定了建立虚拟实验系统的可行性,从而确定了虚拟实验系统的整体结构,完成了虚拟实验平台的开发;
　　 以“THSA-1型过控综合自动化控制系统实验平台”为原型,通过理论建模的方法建立了液位控制和温度控制的数学模型,选择相对成熟且控制效果较好的PID控制作为控制方式,结合模糊控制,设计了三个典型的工业控制虚拟实验,包括温度控制,液位控制以及温度和液位的解耦控制;
　　 最后,把LabVIEW和Access相结合完成了实验系统管理模块的设计,可进行用户信息和实验信息的管理。通过分析和比较C/S模式和B/S模式的优缺点,选择更加安全、更加灵活的B/S组网模式对虚拟实验系统进行了网络化,使实验不受时间和地点的限制。
　　 本课题选择LabVIEW作为软件开发平台。充分利用了其编程简单、开发时间短、模块化的优点,设计的虚拟实验系统性能更加灵活,升级和维护更加容易,实用性更好,同时减少了实验设备的维护和维修费用。经过实验证明了该虚拟实验系统的有效性。同时,该系统充分利用了网络资源,减少了硬件的投入,提高了实验的安全性,对于改进教学手段和提高实验质量具有重大的现实意义。