8.虚拟仪器系统集成.txt

虚拟仪器软件的介绍

    PORTNAME=
    PORTTYPE=
    PORTSTAT=
    LINENAME=
  INPORT}
  OUTPORT{
    PORTNAME=
    PORTTYPE=
    PORTSTAT=
    LINENAME=
  OUTPORT}
  SELFATTR{
    .
    .
    .    
  SELFATTR}
COMPONENT}
.
.
.
LINE{
  LINENAME=
  LINEFROMUNIT=
  LINETOUNIT=
  LINEFROMPORT=
  LINETOPORT=
LINE}
.
.
.  
在应用VSDL描述格式进行系统软件结构描述之后，通过本课题研制的描述文本解析
器，对VSDL文本进行分解。解析算法首先将VSDL文本的各个段落分离，将不同段落
的文本交给不同的解析子程序处理。文本分离之后，通过解析器提供的描述文本转
换选择工具，设计人员可以选择对应的图形化平台环境，目前提供的是HP VEE和
VPP两种。解析器将解析结果分别以VEE或VPP描述文本进行自动封装，其中模块描
述将转化为图形化平台中的用户模块（UserObject）单元，生成的新的描述文本可
以直接被图形化平台进行调用，并在图形化平台中转换为图形化的源代码进行进一
步设计与运行，并进行结果保存。
利用VSDL进行虚拟仪器系统软件结构描述，具有结构清晰、描述简单等优点，并能
方便地与图形化软件平台进行接口。然而，如果应用程序在文本语言平台下进行开
发，VSDL只是提供了一种系统描述定义，并不能为语言平台生成中间结果，无法直
接调用，因此具有局限性。另外，VSDL目前只适用于虚拟仪器系统标准模型的描述
，并不适用于扩展模型，系统规模也有一定的限制。同时，它也受定义的元件类型
限制，许多情况下所描述的文本并不能完全转化为图形化平台的源代码，在图形化
平台中还需要进一步的修改与调整（如元件的位置与尺寸等）。但是，VSDL作为一
种系统软件结构描述方法的提出，对于提高虚拟仪器系统软件结构特别是应用程序
的设计与开发提供了一种新思路，具有较强的实用性，已经在相关课题中得以应用
。
在多种情况下，虚拟仪器系统集成也无法完全地进行描述，更多的系统细节问题需
要结合具体实际进行解决。本文提出的一般集成步骤与描述方法，可适用于指导一
般虚拟仪器系统的设计与开发，然而也必然有其局限性，需要进一步研究。

8.4 虚拟仪器系统集成实例
上面所论述的系统集成步骤，是适合用VXI系统的，而系统中可能有其它类型模块
组成甚至完全由其它类型模块组成时，以上各步骤不尽相同，如没有必要选择零槽
控制器、主机箱等VXI专用的模块，但其它五个从设计目标出发到系统的开发及调
试的过程是基本一致的。下面以两个实例来说明虚拟仪器系统的集成。
第一个例子是浙江大学数学技术及仪器研究所、杭州奕科机电有限公司、常州柴油
机集团公司测试中心三方分别作为研究单位、生产单位与用户使用单位联合开发的
柴油发动机台架试验自动测试系统，我们根据几个步骤依次进行。
1、 系统目标与要求的确定：研究和组建柴油发动机台架试验自动测试系统，对柴
油发动机多种参数进行自动测试，以满足发动机性能试验的要求。为保证产品质量
，改进产品设计提供一种有力手段。为减轻试车人员劳动强度，改善操作环境提供
有利条件。要实现这个目标，首先要分析柴油发动机台架试验中需要测量的参数。
经过认真调研，我们发现主要有转速、扭矩、功率、油耗、排温、油温、水温、油
压、气压、油门、水门开度、振动等参数，同时提供六种双闭环模式的控制方式，
分别为测功器恒位置、油门恒位置模式；测功器恒位置、油门恒转速模式；测功器
恒扭矩、油门恒位置模式；测功器恒扭矩、油门恒位置模式；测功器恒转速、油门
恒位置模式；测功器恒转速、油门恒扭矩模式。用户在操作时，观察各参数随着控
制模式的改变而产生的参数变化过程，可以手动地进行控制方式的反馈修改，也可
以按照内部设定的控制流程进行参数的改变。当控制模式改变时，柴油发动机台架
工况随之发生变化，在变工况情况下，系统可以动态地跟踪到各个测控参数的变化
情况，并存入到文件。杭州奕科机电有限公司的测控仪0302已经在测试中心运用了
几年时间，但作为一个台架式仪器，仪器测控功能由生产单位在出厂时已经决定下
业，无法进行扩展，数据处理与分析功能也同样依赖于仪器本身，无法完成进一步
的分析处理任务，也比较难以有效地集成到网络化自动测试系统中去。因此，我们
考虑在保持原有测控仪的基础上，一方面添加VXI模块进行原来无法完成的振动量
测量，另一方面，将具有RS422串行接口的测控仪0302进行虚拟仪器化，与VXI模块
一起集成到自动测试系统中，完成原来无法实现的万有曲线、万有曲面的分析与绘
制工作。
2、 选择VXI总线即插即用系统框架：在本系统的设计中，考虑到目前零槽控制器
的接口问题与现存资源的可利用性，采用了WINNT系统框架，操作系统为WINNT4.0
。
3、 系统控制器与主机箱的选择：在本系统的设计中，考虑到整个自动测试系统的
性价比，VXI零槽控制器选择了具有IEEE1394接口的外挂式计算机系统，主机箱选
择了HP公司的C尺寸六槽主机箱。
4、 仪器模块的选择与开发：在本系统中，由于既有VXI模块，又有串行接口模块
，因此，仪器模块的选择与开发也分为两部分完成。
1） 对于VXI模块，我们选用了浙江大学数字技术及仪器研究所自主开发的同步采
样模块synch2000。这个VXI模块采用了主贴板模式，所有VXI总线接口功能在主板
上完成，而信号调理部分电路在贴板上完成。这样可以降低模块的生产成本，减少
模块的开发时间，可以在一个VXI模块里实现特殊的应用功能而将不需要的部分减
少到最小程序，开发部分可以根据用户的需要来配置带有贴板的VXI模块。该同步
采样模块是基于VXI总线的C尺寸寄存器基器件，特别适用于具有时间、相位相关性
的多通道测量，同步通道数2～8路可调，采样速率达到200kSa/S（同步双路），存
储容量为16k，因此很适用于多个台架的振动量测量。该VXI模块的设计开发符合
VXI总线规范与VXI即插即用规范，其驱动程序、软面板、知识库文件等模块软件与
硬件一起提交给用户。
2） 对于串行接口模块，由于测控仪0302本身设计并不符合VXI即插即用规范，它
的数据传递只通过自定义的数据应答格式来实现，因此需要对该测控仪进行虚拟仪
器化。在不修改硬件模块的基础上，我们为0302添加了符合VXI即插即用规范的虚
拟仪器驱动程序（包括C源代码、动态链接库文件、功能面板文件）、软面板与知
识库文件，使其与VXI模块一样具有统一格式的驱动程序。
5、 应用程序开发环境的选择：考虑到图形化编程软件平台开发系统的快捷与简便
性，我们选用了浙江大学数字技术及仪器研究所自主开发的图形化编程软件平台
VPP1.0作为应用程序开发环境。
6、 系统应用程序的设计与开发：在系统应用程序的设计过程中，我们通过虚拟仪
器系统软件结构描述语言VSDL进行了系统框架的设计，将整个应用程序分为一个主
程序与四个子程序结构。主程序列出的是整个系统程序说明与四个子程序的调用界
面，四个子程序分别为台架试验诸参数（不包括振动等动态性能参数）的测控子系
统、台架试验的动态性能测试子系统、台架试验性能曲线分析子系统（包括负荷特
性曲线、速度特性曲线、万有特性曲线、万有特性曲面等）及数据库管理子系统，
并在图形化平台VPP环境下编程实现。整个应用程序的设计与开发符合基本遵循软
件工程规范。
柴油发动机台架试验自动测试系统是一个混合型性的测试系统，包括了自主开发的
VXI模块、现有的串行接口仪器等，整个系统的设计符合VXI即插即用规范，具有较
好的实用参考价值。该系统已经在常州柴油机集团公司测试中心实际运行，取得了
良好的经济与社会效益。
第二个例子是浙江大学数字技术及仪器研究所研制开发的管道液化气供气工程自动
监测系统，还是根据虚拟仪器系统集成步骤进行分析。
1、 系统目标与要求的确定：管道液化气供气工程自动监测系统的根本目标是为了
保障整个供气系统安全地、可靠地运行。其应该实现的功能有：能够对供气站内的
各种设备的工作状态、工艺参数，以及供气管网中的重要参数进行实时监测；能够
在出现故障或者出现紧急情况时，及时地采取自动报警或相应的控制措施；能够持
续地记录、保存反映整个供气系统工作状况的相关历史数据；能够完整地记录供气
系统出现故障时的设备运行参数，以便为事后的分析提供必要的资料。
2、 系统框架的选择：需要说明的是，在这个监测系统中提到的系统框架的概念与
VPP规范的系统框架不完全符合，它更强调的是软件结构的规范性（VPP规范的系统
框架中关于硬件模块的描述更偏重于VXI总线仪器）。本系统选择WIN95框架，以
WIN95作为操作系统。
3、 系统中仪器模块的选择与设计：在选择与设计仪器模块的时候，首先分析系统
中需要监测的各个物理量。管道液化气供气工程中需被测的物理量分为三大类：模
拟量（包括总出口压力，各储气罐的压力、温度、液位，槽车液相压力、气相压力
，热水泵进、出口压力，空压机出口压力，热水炉进、出口温度等）；开关量（包
括气化炉、气压机、热水泵、空气压缩机等设备的开停信号）；遥测参量：主要包
括供气管网上若干个重要测点的压力值，这些测量值需通过电台遥测遥传而得。分
析这些物理量，可以得知测量这些参数相对速率不必太快，测量精度不必太高，故
选择VXI仪器显得成本太高。考虑系统经济因素，设计开发基于IEEE488.2的GPIB数
据采集仪进行站内模拟量、开发量采集，开发基于RS232串行通讯协议的RS232仪器
进行遥测点信号汇总采集（由电台从各遥测点采集分散数据）。由于仪器模块自行
开发，故遵循VPP规范，各仪器模块除完成硬件模块之外，均需完成仪器驱动程序
（包括C源代码、动态链接库、功能面板文件、知识库文件及相关文档）与软面板
。
4、 系统软件开发平台的选择：考虑到图形化编程软件平台开发系统的快捷与简便
性，我们选用了浙江大学数字技术及仪器研究所自主开发的图形化编程软件平台
VPP1.0作为应用程序开发环境。
5、 系统软件的开发：系统软件主要包含几个模块：实时监测模块、报警处理模块
、数据管理模块、报表打印模块。在实时监测模块中，一个主要的部分是完成从测
试仪器中读取实时数据的工作，这部分工作采用调用各仪器模块的动态链接库函数
来完成（在整个系统软件中，软面板是不需要单独出现的）。整个系统软件的开发
与测试工作完成后，将系统投入到实际工程中，取得了很好的效益，目前已经在进
一步推广应用。
从以上两个实例看出，虚拟仪器系统并不一定指VXI仪器，完全可以由其它类型的
仪器参与甚至全部由其它类型的仪器构成，它的核心是软件结构与系统集成方式。
如果读者可以从中得到一些体会，将这种技术与方法应用到自己的系统开发中，感
受到虚拟仪器系统的真正灵活性与开放性，能为我国的自动测试领域进行一些推动
，将是本书最大的目的。
--
※ 来源:·饮水思源 bbs.sjtu.edu.cn·[FROM: 210.32.190.9]