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燕山大學LabVIEW編程

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  • 更新時間:
    2020-03-28 08:09:30
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詳細說明

  燕山大學LabVIEW編程????

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  基于labview、Compact RIO 為平臺之風洞試驗系統

  概述:利用NI Compact RIO及LabVIEW程式,成功改造傳統的風洞試驗系統架構。解決了自動化量測過程中的不穩定問題,大幅提升測試的速度及可靠度。并利用Report generation tool kit將量測、分析、報表一氣呵成,提供散熱研發人員一個強大的工具。

  近年來散熱模組的設計一直是眾所矚目的焦點,而風扇在其中扮演著一個不可或缺的角色。然而風扇的設計若沒有一個參考標準,研發人員只能透過不斷的trial and error進行改善,便很難找到結果。但是如果能夠將風扇的性能量化,研發人員就可以根據測試的數據進行分析及優化。如此一來便可以大幅地縮短開發時程、將低開發成本。風洞試驗主要是透過「流量-壓力曲線」(P–Q curve)及「系統阻抗曲線」(SRC curve)來了解風扇的輸出性能。這兩條曲線的交界點便是系統阻抗匹配的操作點。因此風扇測試人員須要先后對風扇及散熱導孔進行風洞試驗,借此了解到該如何改善風扇葉片的設計及導孔之構形。

  風動測試系統元件

  風洞系統即是測量PQ curve及SRC curve的利器。其構成主要包含以下子系統:

  1.??? 風洞本體-- 風洞本體具備穩流及物理上環境控制的功能。

  2.??? 量測系統-- 量測系統則是提供溫度、濕度、大氣壓力、腔體溫度、腔體壓力…等物理量。

  3.??? 噴嘴切換系統--噴嘴切換系統可供系統選擇適當的流量,避免流速過低。

  4.??? 流量控制系統

  5.??? 流體力學參數計算及處理系統--流體力學參數的計算須將所測量之環境參數換算為PQ curve及SRC curve,而流量控制系統則須能夠使系統之壓力及氣流達到穩態。

  6.??? 人機介面

  圖一、風扇測試PQ 曲線圖例。

  更新風洞測試系統架構

  我們為國內風洞試驗系統的專業供應商,多年來致力于風洞試驗系統開發、散熱模組及流體力學相關測試之研究,于風洞測試領域有多年經驗,但其舊有架構于工業電腦(IPC)、可程式邏輯控制器(PLC)及客制化電路之風洞控制系統雖堪使用但具有控制不穩定、速度緩慢、操作繁復且體積龐大之缺點。以NI系統整合商的角色,星協系統科技此項研究主要目的為協助京佑科技將其舊有IPC平臺風洞升級至N?I Compact RIO的PAC平臺,目標如下:

  1.????? 大幅提升控制穩定度

  2.????? 大幅提升測量速度

  3.????? 大幅簡化操作步驟

  4.????? 大幅縮小系統體積

  .應用方案

  本應用之系統可分為硬體與軟體兩方面來做說明。硬體部分,京佑科技舊有架構于IPC之系統架構圖示如下:

  圖二、京佑科技風洞系統之舊有架構。

  圖三、京佑科技舊架構之全系統實照。

  硬體

  該控制系統雖已達工業測試所需之精度,但在控制的穩定性及速度上仍然有相當大的改進空間。特別是在流量控制系統及噴嘴切換系統的搭配上,該系統往往會因不明原因而陷入僵局(deadlock)。經過分析,該情形主要原因有二:

  1.????? 動態范圍匹配問題

  2.????? 物理參數量測時間延遲問題

  由于該系統所有的量測及控制皆須透過作為系統主機之工業電腦,且該系統并非即時(real-time)系統,因此在量測及控制上皆會有時間延遲的狀況產生。風洞系統重要的測量參數之一為腔體內的壓力差,而真實的流體系統往往并非處于穩態(steady state):風洞內的流體壓力、密度等參數實際上是由許許多多的模態(mode)的波動疊加而成,因此在測量上必須快速才能確保所測量的數值并未發生混疊(aliasing),且必須做大量的平均才能確保測量值并非僅是系統的隨機運動。為解決測量上所遭遇的困境,我們選擇使用NI 9201類比量測模組進行500kS/s的高速測量并搭配NI CompactRIO上的FPGA進行高速的訊號處理,確保所測量的壓力數值能夠即時反應系統狀況且所測量為系統的平均行為。由于NI 9201具備8個獨立通道,因此系統所需之壓力及溫度等皆不須再外加模組進行測量。

  除了測量之外,重要的就是流量控制了。由于此系統之流量主要透過電壓控制鼓風機進行抽氣,為提供系統高精度的流量控制,我們選用NI 9263類比輸出模組,提供高達16-bi t解析度、100kS/s的電壓控制。系統的各式開關及數位檢知我們采用了NI 9411及NI 9477數位輸出入模組進行控制。

  軟體

  圖四、PAC based 之風洞系統架構。

  軟體在此系統所扮演的角色相當的重要,主要有以下幾個項目:

  1.????? 需進行準確的測量及訊號處理

  2.????? 需能夠即時且穩定的控制系統的抽氣及噴嘴切換

  3.????? 能夠快速達成穩定的控制

  4.????? 操作必須簡便

  除此之外,本系統之軟體要能夠對不同的部分同時進行同步控制:測量系統須不間斷的進行高速測量及訊號處理;流量控制系統須不間斷的對鼓風機進行閉回路控制以維持系統壓力及流量的穩定;定轉速測量時則須對待測風扇進行閉回路控制;系統的安全裝置也須隨時監控各部分是否有超出系統極限的狀況發生。像這樣每一個子系統的控制都必須獨立,但又必須互相能夠溝通及同步進行的執行方式,我們稱為「多緒執行」(multithreading)。由于LabVIEW是一個以資料流(dataflow)為基礎執行的程式語言,多線執行是LabVIEW與生俱來的一項功能;另外由于LabVIEW具有非常完整的FPGA及RT整合能力,且FPGA及RT控制器已內建在CompactRIO中,因此LabVIEW自然就成為我們應用的當然選擇。

  新的風洞測試系統架構

  為達到軟體功能的要求,我們規劃了如圖四,以LabVIEW FPGA?RT及PC端的LabVIEW程式為基礎的軟體系統架構。由于CompactRIO上FPGA及各模組的高度整合,在測量及訊號處理方面使用LabVIEW FPGA就能直接將所有量測訊號進行高速數位訊號處理并獲得穩定的壓力及流量讀值。

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  圖五、FPGA壓力測量范例。

  為達到即時且穩定的控制,我們在控制上選擇使用LabVIEW RT以進行真正的即時控制。透過CompactRIO上的Real-Time Controller,本系統可以馬上對所量到的壓力值進行反應,透過鼓風機準確的將壓力控制到待測范圍內。由這樣的即時控制,我們能夠確保控制不會延遲,避免了主要造成系統不穩定的因素。

  此系統的控制雖不復雜,但切換噴嘴的時機仰賴系統的正確判斷,若判斷機制設計不夠完善,則很容易導致:

  1.????? 、系統無預警當機(Timeout)

  2.????? 、測量時間時長時短,無法預估

  3.????? 、系統卡在噴嘴間反覆切換

  4.????? 、量測資料重現性不佳

  5.????? 、測試速度拖長

  由于不同大小的噴嘴能夠涵蓋不同的測量動態范圍,噴嘴的切換對于測量的準確性有重大的影響。噴嘴的切換須考量的因素包括:

  ·????????

  §? 系統的靜壓/動壓是否位于系統極限

  §? 鼓風機的輸出是否已達極限

  §? 系統的流速是否低于測量極限…等等

  在設計出恰當的判斷流程后,我們將噴嘴的切換及判斷結合到流量控制的執行緒中,利用RT控制器做即時判斷,準確且快速的解決了噴嘴切換的問題。

  圖六、經過升級后之全系統實照。

  由于CompactRIO內建的遠端連線功能,使用者使用小型電腦(如筆記型電腦)就能透過乙太網路輕易的連接至升級后之風洞控制器進行測量,而不再需要體積龐大的工業電腦及機柜進行控制。透過CompactRIO及LabVIEW升級過后的風洞試驗系統功能變的比以往更強大,體積變的更小,使用也變的更方便。

  結論

  我們利用NI Compact RIO 及LabVIEW 程式,成功改造傳統的風洞試驗系統架構。解決了自動化量測過程中的不穩定問題,大幅提升測試的速度及可靠度。并利用Report generation tool kit 將量測、分析、報表一氣呵成,提供散熱模組研發人員一個強大的工具。

  我們為國內風洞試驗系統的專業供應商,多年來致力于風洞試驗系統開發、散熱模組、流體力學研究。星協系統科技則是專業的LabVIEW系統整合商。2010年秋季,將LabVIEW 及NI compact RIO導入并與風洞試驗系統進行整合。成功地將風洞試驗系統從IPC 平臺移植至NI compact RIO 平臺,縮小了系統的體積。在測試速度方面,更是大幅提升。選擇使用LabVIEW 進行開發可以大幅縮短研發時程、降低成本。LabVIEW 直覺的圖形化操作介面更是輕松、容易上手。此外使用者僅需透過一條網路線及筆記型電腦,便可立刻進行風扇測試并產生報表。

  Compact RIO為復合型嵌入式系統架構,具備高速、可擴充、體積小、容易布署…等特性。因此在本開發案中扮演者一個非常關鍵的角色。本案中僅使用一臺compact RIO 便取代了原先IPC, PLC, 客制化控制器, PWM 控制器, 轉速計, 電流表…等,更簡化了配線的復雜度,大幅縮小系統總體積約33%、降低成本約25%、提升速度約50%。

  北京瀚文網星專注LabVIEW編程、 LabVIEW開發 LabVIEW外包 LabVIEW項目 LabVIEW程序開發 LabVIEW解密 LabVIEW項目改造 LabVIEW軟件開發公司、LabVIEW編程開發、LabVIEW升級維護以及LabVIEW相關所有工作 LabVIEW編程開發、LabVIEW升級維護以及LabVIEW相關所有工作。這里只是宣傳廣告,內容很簡陋,想了解詳情,可登錄(在百度搜索“北京瀚文網星科技有限責任公司”,即可找到)。或者直接與我們。這里不讓出現具體的聯xi方式,請諒解。

  (3)同時具有過載、短路保護功用。(4)同時具有短路保護功用。(5)同時具有短路、過負荷、漏電、過壓、欠壓功用。3.漏電保護插座是指具有對漏電電流檢測和辨別并能切斷回路的電源插座。其額外電流通俗為20A以下,漏電舉措電流6~30mA,靈敏度較高,經常使用于手持式電開對象和移動式電氣裝備的保護及家庭、黌舍等平易近用處合。

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