基于虛擬儀器的輪胎硫化溫度、壓力控制系統(tǒng)設計——數(shù)據(jù)庫部分軟件設計

1、基于虛擬儀器的輪胎硫化溫度、壓力控制系統(tǒng)設計 數(shù)據(jù)庫部分軟件設計摘要硫化是制造輪胎的最后工序，硫化質(zhì)量的好壞，直接關系輪胎產(chǎn)品的質(zhì)量和成品合格率。輪胎硫化的三要素為時間、溫度和壓力。因此，在實際生產(chǎn)過程中需要實時的對溫度和壓力的數(shù)據(jù)進行采集、觀察、存儲、歷史數(shù)據(jù)查詢及遠程訪問操作，便于更好的控制輪胎硫化過程。虛擬儀器的核心技術(shù)思想就是“軟件即是儀器” 。其優(yōu)勢在于可由用戶定義自己的專用儀器系統(tǒng)，且功能靈活，很容易構(gòu)建，所以應用面極為廣泛。它功能強大，操作靈活，完全圖形化界面，風格簡約，符合傳統(tǒng)設備的使用習慣，用戶不經(jīng)培訓即可迅速掌握操作規(guī)程。基于虛擬儀器的輪胎硫化溫度、壓力控制系統(tǒng)設計數(shù)據(jù)庫部

2、分軟件設計是以虛擬儀器為基礎，數(shù)據(jù)庫為中心，數(shù)據(jù)采集和管理重點。由labview軟件編程結(jié)合數(shù)據(jù)采集硬件來實現(xiàn)的。實現(xiàn)輪胎硫化過程中對溫度、壓力的實時數(shù)據(jù)進行管理和操作及遠程訪問操作。關鍵詞：輪胎硫化；虛擬儀器；數(shù)據(jù)庫；labviewabstractvulcanization is the final process of manufacturing tires,and the quality of vulcanization has a direct influence on the quality of tires and percent of pass of finished produ

3、cts.three elements fortire vulcanization are time,temperature and pressure. therefore,during the production process we need prompt collection,observation and storage of data about temperature and pressure,historical data inquiries and remote access operations,to facilitate better control of tire vul

4、canization.technologically the core idea of virtual instrument is software is equipment.advantage lies in that its exclusive equipment systems can be designed by users themselves. also,it is flexible in function and easy to build,so it is widely used.its power is great;operation flexible; interface

5、fully graphical;style simple,and in line with the customary use of traditional equipment.yet the user can not quickly grasp the rules without training.on account of the tire vulcanization temperature and pressure control system design of virtual instrument-database software design is based on virtua

6、l instrument,with database as its centre,and data acquisition and management its focus.and its completed by labview software programming when combined with data acquisition hardware,and meanwhile in tire vulcanization the realization of data management and operation of the temperature and pressure o

7、f real-time and operation of remote access are achieved.key words:tire curing;virtual instrument;database;labview目 錄摘要iabstractii目 錄iii第一章 緒論11.1 引言11.2 課題背景11.2.1 輪胎硫化技術(shù)的發(fā)展11.2.2 虛擬儀器技術(shù)發(fā)展趨勢21.3 本章小結(jié)41.3.1 本設計所做的工作41.3.2 本設計優(yōu)點4第二章 輪胎硫化技術(shù)52.1 輪胎硫化的目的及意義52.2 輪胎硫化的方式及步驟52.2.1 硫化的方式52.2.2 硫化的步驟62.3 輪胎硫化

8、的工藝要求72.4 硫化過程的主要問題8第三章 虛擬儀器103.1 虛擬儀器技術(shù)概述103.1.1 虛擬儀器的概念103.1.2 虛擬儀器的特點及優(yōu)勢103.1.3 虛擬儀器和傳統(tǒng)儀器的比較113.1.4 虛擬儀器測試系統(tǒng)的組成123.1.5 虛擬儀器i/o接口設備133.1.6 虛擬儀器的軟件結(jié)構(gòu)153.1.7 虛擬儀器的開發(fā)語言153.1.8 圖形化虛擬儀器開發(fā)平臺labview163.1.9 基于labview平臺的虛擬儀器程序設計163.2 數(shù)據(jù)庫技術(shù)173.2.1 數(shù)據(jù)庫技術(shù)173.2.2 數(shù)據(jù)庫技術(shù)概述183.2.3 ado與數(shù)據(jù)庫的交互技術(shù)203.2.4 access數(shù)據(jù)庫介紹2

9、0第四章 數(shù)據(jù)采集技術(shù)、信號測量及調(diào)理224.1 數(shù)據(jù)采集技術(shù)概論224.1.1 采集系統(tǒng)的一般組成及各部分功能描述234.2 信號調(diào)理254.2.1 信號處理254.2.2 輸入信號的連接方式264.3 測量系統(tǒng)264.3.1 測量系統(tǒng)分類264.3.2 選擇合適的測量系統(tǒng)284.4 數(shù)據(jù)采集卡的選擇304.4.1 數(shù)據(jù)采集卡的主要性能指標304.4.2 數(shù)據(jù)采集卡(daq卡)的組成314.4.3 ni pci-6221數(shù)據(jù)采集卡314.5 傳感器和變送器選擇324.5.1 測溫原理324.5.2 擴散硅式差壓變送器344.6 系統(tǒng)的軟件總體框圖和硬件執(zhí)行結(jié)構(gòu)圖354.6.1 系統(tǒng)總體框圖3

10、54.6.2 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖35第五章 labview設計前面板實現(xiàn)的功能及布局375.1 前面板實現(xiàn)功能375.2 前面板分布及布局設計375.2.1 登陸系統(tǒng)375.2.2 采集通道配置375.2.3 實時數(shù)據(jù)顯示385.2.4 歷史數(shù)據(jù)查詢385.2.5 預設參數(shù)設置385.3 labview的web遠程控制405.3.1 web服務技術(shù)405.3.2 通過網(wǎng)頁連接遠程vi面板40第六章 系統(tǒng)具體應用程序的實現(xiàn)426.1 總體規(guī)劃426.2 各部分程序分塊設計426.2.1 登陸系統(tǒng)模塊426.2.2 數(shù)據(jù)采集模塊設計436.2.3 信號處理模塊設計456.2.4 實時數(shù)據(jù)顯示模塊設計

11、456.2.5 預設參數(shù)模塊設計466.2.6 數(shù)據(jù)存貯模塊設計466.2.7 歷史數(shù)據(jù)查詢48第七章 系統(tǒng)調(diào)試49第八章 總結(jié)50參 考 文 獻51致 謝53第一章 緒論1.1 引言基于虛擬儀器的輪胎硫化溫度、壓力控制系統(tǒng)設計數(shù)據(jù)庫部分軟件設計的主要功能為能夠?qū)喬チ蚧瘻囟取毫刂圃紨?shù)據(jù)進行采集、保存、分析、遠程訪問等。因此，在輪胎硫化過程中本課題必須實現(xiàn)通過虛擬儀器板卡實現(xiàn)對輪胎硫化過程中的溫度、壓力數(shù)據(jù)進行采集，實時觀測，數(shù)據(jù)存儲，遠程訪問。從而達到對輪胎硫化過程的監(jiān)測和控制。1.2 課題背景1.2.1 輪胎硫化技術(shù)的發(fā)展輪胎硫化是輪胎加工生產(chǎn)過程中很重要的一部分，橡膠在未硫化之前，

12、分子之間沒有產(chǎn)生交聯(lián)，因此缺乏良好的物理機械性能，實用價值不大。當橡膠進行硫化以后，經(jīng)熱處理或其他方式能使橡膠分子之間產(chǎn)生交聯(lián)，形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而使其性能大大改善，尤其是橡膠的定伸應力、彈性、硬度、拉伸強度等一系列物理機械性能都會大大提高。傳統(tǒng)控制硫化過程的方法是定時控制，這種方法是假定橡膠硫化的過程中模柜內(nèi)溫度和壓力保持恒定，但是由于鍋爐蒸汽壓力波動以及蒸汽在管道中傳輸溫度遞減等因素的影響，硫化溫度很不穩(wěn)定。這樣生產(chǎn)出的輪胎，經(jīng)常出現(xiàn)過硫化和欠硫化現(xiàn)象，另外工人的勞動強度大，資源浪費嚴重。 現(xiàn)代控制硫化過程的方法是根據(jù)蒸汽管道內(nèi)的溫度實時調(diào)整硫化時間的等效硫化控制。大部分現(xiàn)有系統(tǒng)對輪胎硫

13、化過程中采集的溫度、壓力數(shù)據(jù)和分析結(jié)果采用打印方式直接輸出后歸檔保存，再采用手工方式管理。其余的將數(shù)據(jù)和結(jié)果存入文件系統(tǒng)，采用文件方式進行管理。這兩種數(shù)據(jù)管理方式都存在一定的缺陷和局限。手工方式無法處理大量數(shù)據(jù)且速度慢，易出錯，效率極低。文件系統(tǒng)管理雖然比手工管理有了很大改進，但是存在安全性差、數(shù)據(jù)冗余度大和不能對數(shù)據(jù)實現(xiàn)集中管理等問題?；谔摂M儀器的輪胎硫化溫度、壓力控制系統(tǒng)設計數(shù)據(jù)庫部分軟件設計是以數(shù)據(jù)管理為重點，由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)查看、數(shù)據(jù)維護和遠程查看等幾個部分組成。它是由計算機軟件結(jié)合數(shù)據(jù)采集硬件來實現(xiàn)的，用戶可以根據(jù)自己的需要任意選擇配件和定義儀器的功能，因此它可以進行輪胎

14、硫化過程中溫度、壓力的實時數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、及遠程訪問，具有極大的靈活性和通用性。1.2.2 虛擬儀器技術(shù)發(fā)展趨勢虛擬儀器是微電子、通信、計算機等現(xiàn)代科學技術(shù)高速發(fā)展的產(chǎn)物。自從1785年庫侖發(fā)明靜電扭秤，1834年哈里斯提出靜電電表結(jié)構(gòu)以來，電測儀表和電子儀器隨相關技術(shù)的進步、儀器儀表元器件質(zhì)量的提高和測量理論方法的改進得到飛速發(fā)展。有一種較普遍地說法將測量儀器的發(fā)展分為五個階段，如圖1.1所示。圖1.1測量技術(shù)的發(fā)展從十九世紀初到二十世紀末，測量儀器經(jīng)歷了模擬儀器、電子儀器、數(shù)字儀器、智能儀器等階段，發(fā)展到現(xiàn)在的虛擬儀器。模擬儀器主要有模擬式電壓表、電流表等，這些儀表解決了當時對某些量的

15、測量的需求。從二十世紀初到五十年代左右，測量儀器的材料性能得到改善出現(xiàn)了電子管，同時測量理論和方法與電子技術(shù)、控制技術(shù)相結(jié)合，出現(xiàn)了以記錄儀和示波器為代表的電子儀表五十年代以后隨著晶體管和集成電路的出現(xiàn)以及應用電子技術(shù)的發(fā)展將數(shù)字技術(shù)成功地應用到測量儀器。這時電子控制集成電路和計算機技術(shù)開始融為一體成為測量儀器的主要特征。七十年代初第一片微處理器問世，微型計算機技術(shù)從此發(fā)展迅猛，在其影響下測量儀器呈現(xiàn)出新的活力并取得了長足進步。伴隨微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)的迅速發(fā)展及在電工電子測量技術(shù)領域的應用，測量儀器也不斷進步和發(fā)展，出現(xiàn)了智能儀器。智能儀器是將微機置于儀器內(nèi)部，使儀器具有控制、存

16、儲、運算、邏輯判斷及自動操作等智能特點，并在測量準確度、靈敏度、可靠性、自動化程度、運用能力及解決測量技術(shù)問題的深度和廣度等方面都有明顯的進步。這種內(nèi)置微處理器的儀器，既能進行自動測試又能完成數(shù)據(jù)處理，可取代部分的腦力勞動。隨著電子技術(shù)、微計算機技術(shù)的發(fā)展，智能儀器的智能水平不斷提高。但是在數(shù)字化儀器、智能儀器階段基本上沒有擺脫傳統(tǒng)儀器那種獨立使用、手動操作的模式，難以勝任更復雜、多任務的測量需求。為解決這樣的問題，總線式儀器與系統(tǒng)應運而生。人們發(fā)明制造出camac、rs-232和gpib等多種儀器通訊接口總線，用于將多臺智能儀器連在一起，以構(gòu)成更復雜的測試系統(tǒng)。1982年美國西北儀器公司總裁

17、德伯克提出了微機化儀器的概念，也就是人們現(xiàn)在常提到的卡式儀器?？ㄊ絻x器是虛擬儀器的雛形，是將傳統(tǒng)獨立式儀器的測量電路部分與接口部分集合在一起制成儀器功能卡，將其插入微機的內(nèi)部插槽或外部插件箱中形成的儀器。pc總線儀器系統(tǒng)是卡式儀器的一種，它是利用pc機內(nèi)部的總線，把若干塊儀器卡插在pc機內(nèi)部或外部擴展機箱內(nèi)而組成的。插卡總線機箱與pc機間的通信，可利用rs-232、gpib接口總線或以太網(wǎng)電纜等進行。雖然許多廠家通過定義新的儀器總線，不斷對卡式儀器進行改進，但其大多是在微機內(nèi)總線的插槽上進行開發(fā)，沒有統(tǒng)一標準，且各廠家生產(chǎn)的插卡尺寸大小不一，設備兼容性較差。在這種情況下，用戶自然會提出標準化的

18、要求。1987年，美國的惠普和泰克等5家公司在vme總線的基礎上，聯(lián)合提出了一種新型總線系統(tǒng)-vxi(vme extension for instrumentation)總線，即由微機總線vme擴展而成的微機化儀器專用總線。1997年美國ni公司推出了一種新的儀器總線標準pxi總線標準。制定pxi規(guī)范的目的是為了將pc的性能價格比優(yōu)勢和pci總線面向儀器領域的必要擴展結(jié)合起來，以期形成一種主流的虛擬儀器測試平臺。相對vxi儀器，按pxi總線標準制成的pxi儀器具有成本低、便于組成便攜式測試系統(tǒng)等優(yōu)點。這些以pc為核心、由測量功能軟件支持，具有虛擬控制面板、必要儀器硬件和通信能力的pc儀器或vx

19、i儀器就是虛擬儀器。虛擬儀器技術(shù)的出現(xiàn)，使得用戶可以自己定義儀器，靈活地設計儀器系統(tǒng)，滿足多種多樣的實際需求。隨著虛擬儀器軟件開發(fā)平臺及硬件的發(fā)展，基于虛擬儀器的儀器系統(tǒng)的開發(fā)周期更短，費用更低，測量速度、準確度及可復用性提高，且更便于相應儀器系統(tǒng)的維護和擴展。當今社會正處于一個正在高速發(fā)展的狀態(tài)中，要在有限的時空內(nèi)實現(xiàn)大量的信息交換，隨之而來的是信息密度急劇增大，因而在研究和生產(chǎn)過程中要求數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對信息的處理速度越來越高，功能越來越強。先進的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，不僅希望設備能夠單獨進行數(shù)據(jù)采集，還希望他們之間能夠互相通信，構(gòu)成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，甚至是測試網(wǎng)絡系統(tǒng)，實現(xiàn)信息共享，以便對眾多的被測信號

20、進行對比、綜合和自動分析、從而得出準確的判斷。然而傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集儀器在此方面受到很大的限制?；谔摂M儀器技術(shù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的提出在一定程度上解決了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集所面臨的問題，虛擬儀器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)成為當今數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)展的重要方向。本文正是在虛擬儀器技術(shù)的基礎上對多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行了設計，實現(xiàn)多路信號的采集，并對實驗數(shù)據(jù)進行實時顯示、記錄、分析處理。虛擬儀器的出現(xiàn)是儀器發(fā)展史上的一場革命，代表著儀器發(fā)展的最新趨勢和新方向，并且是信息技術(shù)的重要領域擴充，對科學技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)將產(chǎn)生不可估量的影響。1.3 本章小結(jié)1.3.1 本設計所做的工作本設計以兩個采集通道進行設計，從傳感器來的模擬輸入信

21、號，經(jīng)過信號調(diào)理后，輸入到ni pci-6221數(shù)據(jù)采集卡，然后經(jīng)過pci總線送入pc機，由軟件進行數(shù)據(jù)處理和采樣波形的實時顯示，并以一定的時間間隔插入數(shù)據(jù)庫進行歷史數(shù)據(jù)保存，邊采集邊保存，然后通過虛擬儀器的實現(xiàn)了歷史數(shù)據(jù)的檢索和web遠程控制查詢。1.3.2 本設計優(yōu)點把數(shù)據(jù)庫技術(shù)同虛擬儀器結(jié)合起來，既利用了虛擬儀器測量和數(shù)據(jù)分析能力強的特點，又能使其數(shù)據(jù)管理能力弱的缺點得以克服。數(shù)據(jù)庫技術(shù)應用于虛擬儀器是一個很好的選擇，但目前的應用還遠未發(fā)揮其最大功能。盡管現(xiàn)在的虛擬儀器數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)都具有一定的數(shù)據(jù)分析能力，且在數(shù)據(jù)量小數(shù)據(jù)間關系不太復雜時是有效的，但隨著測試系統(tǒng)越來越大型化、復雜化和綜合化

22、，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析方法越來越顯得力不從心，因而數(shù)據(jù)挖掘在虛擬儀器數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的應用是虛擬儀器數(shù)據(jù)管理的一個發(fā)展方向。第二章 輪胎硫化技術(shù)2.1 輪胎硫化的目的及意義輪胎硫化是輪胎加工生產(chǎn)過程中很重要的一個環(huán)節(jié)。橡膠在未硫化之前，分子之間沒有產(chǎn)生交聯(lián)，因此缺乏良好的物理機械性能，實用價值不大。當橡膠加入硫化劑以后，經(jīng)熱處理或其他方式能使橡膠分子之間產(chǎn)生交聯(lián)，形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而使其性能大大改善，尤其是橡膠的定伸應力、彈性、硬度、拉伸強度等一系列物理機械性能都會大大提高。 硫化是制造輪胎的最后工序，硫化質(zhì)量的好壞，直接關系輪胎產(chǎn)品的質(zhì)量和成品合格率。自1839年美國人goodyear發(fā)現(xiàn)橡膠硫化至

23、今，人們對硫化所用材料和工藝以及硫化機理的研究從未間斷過。硫化是一個微觀的分子反應過程，由于混煉膠中原材料較多，性能各不相同，反應非常復雜，因此對硫化的研究一般都是采用對硫化后的膠料進行各種分析（如游離硫含量、溶脹、撕裂強度、永久變形及生熱等），根據(jù)產(chǎn)品對各項性能（如耐磨、耐刺、耐熱及耐油等）的要求不同，對配方、結(jié)構(gòu)和硫化工藝進行適當?shù)恼{(diào)整，從而達到設計要求。2.2 輪胎硫化的方式及步驟2.2.1 硫化的方式硫化工藝過程根據(jù)硫化介質(zhì)的不同而有明顯的區(qū)別，硫化介質(zhì)主要給硫化過程提供溫度和壓力，硫化中，內(nèi)溫和外溫通常不為同一熱源，外溫介質(zhì)一般為蒸汽，內(nèi)溫介質(zhì)一般分為“過熱水”、“高溫蒸汽”、“蒸汽

24、/氮氣”和“熱氮”四種。國內(nèi)輪胎廠家一般采用“過熱水”和“蒸汽”作為內(nèi)溫介質(zhì)。下面簡要介紹四種內(nèi)溫硫化方式的基本步驟及優(yōu)缺點。（1）過熱水硫化。首先采用低壓蒸氣使輪胎定型，然后利用高壓過熱水進行硫化，硫化中溫度一般為170180度，內(nèi)壓一般在2.22.6兆帕。它的優(yōu)點是，硫化效果比較均勻，外觀合格率較高，過熱水性質(zhì)穩(wěn)定，不存在溫度衰減等問題；缺點是，硫化溫度低，時間長，效率低，設備不易于安裝和維護。（2）高溫蒸汽硫化。該方式直接將高壓飽和蒸汽通入膠囊中，內(nèi)壓一般為1.61.9兆帕，內(nèi)溫一般為190210度。優(yōu)點是，時間短，硫化效率高，飽和蒸汽使硫化中能耗降低，削減了設備投資；缺點是，對輪胎生產(chǎn)

25、中其它工序的設備和裝置有嚴格的要求，硫化中，內(nèi)壓偏低，容易造成局部壓力不足。（3）蒸汽/氮氣硫化。首先向膠囊中通入低壓氮氣或蒸汽進行定型，然后在通入190210度高壓飽和蒸汽之后，再向膠囊中通入2.02.6兆帕高純氮氣進行增壓硫化。優(yōu)點是，與全蒸汽硫化方式相比，減少了蒸汽耗費，降低了能源消耗，增加了膠囊壽命，提高了合格率。（4）熱氮硫化。將經(jīng)過提純和干燥后的氮氣電加熱至180度左右之后，再用壓縮機將其加壓至3.0兆帕，通過專用循環(huán)裝置使其在膠囊內(nèi)循環(huán)。目前，后兩種硫化方式較前兩種有明顯的優(yōu)勢和更廣闊市場前景。但在實際應用中，它們都有一些共同的問題需要考慮，如氣體泄露、溫差、溫度下降等，其硫化工

26、藝也尚存在一些不完善的地方，有待進一步從理論和實際兩個方面著手改進。硫化工藝過程取決硫化介質(zhì)，而硫化介質(zhì)的選取必須綜合考慮兩個方面的因素，一是對輪胎各項物理機械性能的保證，如抓著力、耐久性能和外觀質(zhì)量等；二是要求能在生產(chǎn)過程中降低成本，提高生產(chǎn)效率，減少能耗和環(huán)境污染。2.2.2 硫化的步驟 各輪胎公司采用的硫化步驟不盡相同，但主要由以下步驟組成： （1）通高溫飽和蒸汽 （2）充填水（視情況而定） （3）通過熱水 （4）熱水回收 （5）通冷卻水（視情況而定） （6）主排 （7）抽真空 （8）開模 第3步可采用3種方式：循環(huán)、半循環(huán)或不循環(huán)，需根據(jù)實際情況進行選取。 第4步可采用兩種方式：用高壓

27、蒸汽把膠囊中的過熱水趕回除氧器或設置一熱水回收罐。 第6和7步可采用單路或雙路。 第8步的開模壓力一般設置為0.03mpa。全蒸汽硫化一般有兩種方式：高溫蒸汽進加熱排或高溫蒸汽進，然后主排，再抽真空；高溫蒸汽進加熱排，然后低壓蒸汽進，再主排、抽真空。其中熱排是為了把膠囊中的冷凝水排出。充氮氣硫化還需要增加兩個步驟，即放氣（排出膠囊下部的低溫氮氣）和查漏（關閉所有閥門，看內(nèi)壓有無下降，以觀察有無閥門泄漏）。由于主排時間的長短直接影響到硫化效率，因此主排管徑的設定和走向以及輔助措施（如安裝排空管）對主排的效果至關重要。抽真空可采用蒸汽或動力水，只需將膠囊從胎里脫出并適當收縮，以便輪胎能輕松取出即可

28、。若抽真空過度，膠囊會緊貼中心機構(gòu)，上環(huán)下降時容易夾破膠囊（b型硫化機）。2.3 輪胎硫化的工藝要求1）本控制系統(tǒng)可設定的硫化曲線，隨時可供觀察輪胎硫化工程中實際溫度、壓力變化和設定的曲線進行比較。圖2.1分別為溫度壓力設定曲線。 圖2.1 溫度控制曲線 圖2.2 壓力控制曲線2）當溫度達不到要求時，根據(jù)公式自動計算等效硫化時間，自動進行等效硫化。等效硫化公式（其中硫化溫度系數(shù)可調(diào)）如下：1/2=k (t2-t1)/101溫度為t1的硫化時間2溫度為t2的硫化時間k硫化溫度系數(shù)（該系數(shù)根據(jù)產(chǎn)品不同為可變值）（3）溫度控制精度為1（0160）4）蒸汽壓力控制精度0.02mpa5）測溫輸入點為9點

29、，即罐體上，中，下各3點。每一測溫與同層的實際誤差保證在1以內(nèi)。6）罐體上、下的溫度差超過輸入的設定溫度時，自動排放罐底冷凝水，保證硫化罐體內(nèi)溫度的平穩(wěn)性、均一性，在排放冷凝水后一分鐘內(nèi)允許有2的誤差。2.4 硫化過程的主要問題目前，輪胎生產(chǎn)的硫化過程面臨著兩個主要問題。1）如何提高輪胎內(nèi)部各點硫化程度的均勻性。由于橡膠是熱的不良導體，硫化中，靠近熱源的輪胎表面溫度變化較快，而內(nèi)部溫度變化較慢，造成了輪胎內(nèi)外硫化程度的不均勻。同時，輪胎內(nèi)部各部分的組成材料是不同的，圖2.3為輪胎的截面圖。其中，胎冠是整個輪胎溫度最高、厚度較大的部位，主要包括氣密層、胎體和鋼絲帶束層等幾個部分，各部分材料的物性

30、差別很大；胎肩是輪胎中厚度最大的部位，其組成材料種類較多，傳熱過程很復雜，最容易“欠硫”；胎側(cè)是輪胎中最薄弱的部位，它最易“過硫”。輪胎內(nèi)部組成材料的不均勻必然導致其內(nèi)部溫度上升速度的不均勻，最終使得其內(nèi)部各區(qū)域硫化程度的不均勻。 圖2.3 輪胎截面圖2）如何準確確定輪胎的硫化時間。硫化中，外界條件一般存在一定的波動，它對輪胎的硫化效應影響很大。常規(guī)硫化時間采用固定周期法，不考慮硫化過程邊界條件的波動情況，每個輪胎的硫化周期都是同一設定值，硫化時間整定按系統(tǒng)參數(shù)變化最壞的情況進行，采取“寧過勿欠”的方針，這必然導致多數(shù)情況下輪胎過硫，從而影響產(chǎn)品質(zhì)量和硫化效率。對于問題（1），通過國內(nèi)外學者的

31、大量研究，一般從兩方面來解決，一方面通過制定新的材料配方，使硫化過程中輪胎內(nèi)部各區(qū)域的溫度上升速度基本一致；另一方面，通過在硫化前對輪胎進行預熱，使硫化開始時，輪胎內(nèi)部保持較高的溫度，從而加快輪胎內(nèi)部各點的硫化速度，以達到硫化程度的內(nèi)外均。對于問題（2），需將固定周期修改為可變周期，每個輪胎的硫化時間需根據(jù)外界條件的波動而動態(tài)確定。第三章 虛擬儀器3.1 虛擬儀器技術(shù)概述3.1.1 虛擬儀器的概念虛擬儀器的概念是由美國國家儀器公司（national instruments）最先提出的。所謂虛擬儀器是基于計算機的軟硬件測試平臺，它可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的測量儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器、頻譜分析儀

32、等；可集成于自動控制、工業(yè)控制系統(tǒng)之中；可自由構(gòu)建成專有儀器系統(tǒng)。虛擬儀器是智能儀器之后的新一代測量儀器。虛擬儀器的核心技術(shù)思想就是“軟件即是儀器” 。該技術(shù)把儀器分為計算機、儀器硬件和應用軟件三部分。虛擬儀器以通用計算機和配備標準數(shù)字接口的測量儀器（包括gpib、rs-232等傳統(tǒng)儀器以及新型的vxi模塊化儀器）為基礎，將儀器硬件連接到各種計算機平臺上，直接利用計算機豐富的軟硬件資源，將計算機硬件（處理器、存儲器、顯示器）和測量儀器（頻率計、示波器、信號源）等硬件資源與計算機軟件資源（包括數(shù)據(jù)的處理、控制、分析和表達、過程通訊以及圖形用戶界面）有機的結(jié)合起來。3.1.2 虛擬儀器的特點及優(yōu)勢

33、虛擬儀器是基于計算機的功能化硬件模塊和計算機軟件構(gòu)成的電子測試儀器，而軟件是虛擬儀器的核心，如圖3.1所示，其中軟件的基礎部分是設備驅(qū)動軟件，而這些標準的儀器驅(qū)動軟件使得系統(tǒng)的開發(fā)與儀器的硬件變化無關。這是虛擬儀器最大的優(yōu)點之一，有了這一點，儀器的開發(fā)和換代時間將大大縮短。虛擬儀器中應用程序?qū)⒖蛇x硬件（如gpib，vxi，rs-232，daq板）和可重復用庫函數(shù)等軟件結(jié)合在一起，實現(xiàn)了儀器模塊間的通信、定時與觸發(fā)。源代碼庫函數(shù)為用戶構(gòu)造自己的虛擬儀器（vi）系統(tǒng)提供了基本的軟件模塊。由于vi的模塊化、開放性和靈活性，以及軟件是關鍵的特點，當用戶的測試要求變化時可以方便地由用戶自己來增減硬、軟件

34、模塊，或重新配置現(xiàn)有系統(tǒng)以滿足新的測試要求。這樣，當用戶從一個項目轉(zhuǎn)向另一個項目時，就能簡單地構(gòu)造出新的vi系統(tǒng)而不丟失己有的硬件和軟件資源。圖3.1虛擬儀器開發(fā)框圖虛擬儀器技術(shù)的優(yōu)勢在于可由用戶定義自己的專用儀器系統(tǒng)，且功能靈活，很容易構(gòu)建，所以應用面極為廣泛。虛擬儀器技術(shù)十分符合國際上流行的“硬件軟件化”的發(fā)展趨勢，因而常被稱作“軟件儀器” 。它功能強大，可實現(xiàn)示波器、邏輯分析儀、頻譜儀、信號發(fā)生器等多種普通儀器全部功能，配以專用探頭和軟件還可檢測特定系統(tǒng)的參數(shù)，如汽車發(fā)動機參數(shù)、汽油標號、爐窯溫度、血液脈搏波、心電參數(shù)等多種數(shù)據(jù)；它操作靈活，完全圖形化界面，風格簡約，符合傳統(tǒng)設備的使用習

35、慣，用戶不經(jīng)培訓即可迅速掌握操作規(guī)程。3.1.3 虛擬儀器和傳統(tǒng)儀器的比較虛擬儀器具有傳統(tǒng)獨立儀器無法比擬的優(yōu)勢（如表3-1所示）。在高速度、高帶寬和專業(yè)測試領域，獨立儀器具有無可替代的優(yōu)勢。在中低檔測試領域，虛擬儀器可取代一部分獨立儀器的工作，但完成復雜環(huán)境下的自動化測試是虛擬儀器的拿手好戲，是傳統(tǒng)的獨立儀器難以勝任的，甚至不可思議的工作。1）傳統(tǒng)儀器的面板只有一個，上面布置了種類繁多的顯示和操作元件。由此導致許多識讀和操作錯誤。虛擬儀器與之不同，它可以通過在幾個分面板上的操作來實現(xiàn)比較復雜的功能。這樣，在每個分面板上就可以實現(xiàn)功能操作的單純化和面板布置的簡潔化，從而提高操作的正確性和便捷性

36、。同時，虛擬儀器的面板上的顯示元件和操作元件的種類與形式不受標準元件和加工工藝的限制，由編程來實現(xiàn)，設計者可以根據(jù)用戶的要求和操作需要來設計儀器面板。2）在通用硬件平臺確定后，軟件取代傳統(tǒng)儀器中由硬件完成的儀器功能。3）儀器的功能是由用戶根據(jù)需要用軟件來定義，不是事先由廠家定義的。4）儀器性能的改進和功能擴展只需更新相關軟件設計，不需購買新儀器。5）虛擬儀器開放、靈活，與計算機同步發(fā)展，與網(wǎng)絡及其他周邊設備互聯(lián)。6）由于其以pc為核心，使得許多數(shù)據(jù)處理的過程不必像過去那樣由測試儀器本身來完成，而是在軟件的支持下，利用pc機cpu的強大的數(shù)據(jù)處理功能來完成，使得基于虛擬儀器的測試系統(tǒng)的測試精度、

37、速度大為提高，實現(xiàn)自動化、智能化、多任務測量。7）可方便地存貯和交換測試數(shù)據(jù)，測試結(jié)果的表達方式更加豐富多樣。8）虛擬儀器在高性價比的條件下，降低系統(tǒng)開發(fā)和維護費用，縮短技術(shù)更新周期。表3-1 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較虛擬儀器傳統(tǒng)儀器開發(fā)維護費用低開發(fā)維護費用高技術(shù)更新周期短（0.51年）技術(shù)更新周期短（510年）軟件是關鍵硬件是關鍵價格低價格昂貴開放、靈活與計算機同步，可重復用和重配置固定可用網(wǎng)絡聯(lián)絡周邊各儀器只可連有限的設備自動化、智能化、多功能、遠距離傳輸功能單一，操作不便近年來，隨著網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展，己經(jīng)形成了網(wǎng)絡虛擬儀器。這是一種新型的基于web技術(shù)的虛擬儀器，使得虛擬儀器測試系統(tǒng)成為

38、internet/intranet的一部分，實現(xiàn)現(xiàn)場監(jiān)控和管理。在當前流行的c/s/d網(wǎng)絡模式下，利用嵌入式技術(shù)（包括數(shù)據(jù)庫嵌入和網(wǎng)絡模塊的嵌入）可以充分利用有效資源，提高測試效率。3.1.4 虛擬儀器測試系統(tǒng)的組成虛擬儀器是基于計算機的儀器。計算機和儀器的密切結(jié)合是目前儀器發(fā)展的一個重要方向。這種結(jié)合基本有兩種方式，一種是將計算機裝入儀器，其典型的例子就是所謂智能化的儀器。隨著計算機功能的日益強大以及其體積的日趨縮小，這類儀器功能也越來越強大，目前已經(jīng)出現(xiàn)含嵌入式系統(tǒng)的儀器。另一種方式是將儀器裝入計算機。以通用的計算機硬件及操作系統(tǒng)為依托，實現(xiàn)各種儀器功能，虛擬儀器主要是指這種方式。虛擬儀器

39、的組成與傳統(tǒng)儀器一樣，主要由數(shù)據(jù)采集與控制、數(shù)據(jù)分析和處理、結(jié)果顯示三部分組成。如圖3.2所示。圖3.2虛擬儀器的內(nèi)部功能的劃分對于傳統(tǒng)儀器，這三個部分幾乎均由硬件完成；對于虛擬儀器，前一部分由硬件構(gòu)成，后兩部分主要由軟件實現(xiàn)。與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器設計日趨模塊化、標準化，設計工作量大大減小。通常虛擬儀器測試系統(tǒng)硬件組成部分是由傳感器部件、信號調(diào)理及信號采集部件（如外置或內(nèi)置數(shù)據(jù)采集卡、圖形圖像采集卡及攝像機及其用于輔助測量并能與計算機通訊的常規(guī)儀器等）、通用計算機、打印機等構(gòu)成。系統(tǒng)軟件部分通常用專用的虛擬儀器開發(fā)語言（如labview）編寫而成，并可通過internet實現(xiàn)網(wǎng)絡擴展。3.

40、1.5 虛擬儀器i/o接口設備i/o接口設備主要用來完成被測輸入信號的采集、放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換。可根據(jù)實際情況采用不同的i/o接口硬件設備，如數(shù)據(jù)采集卡/板(daq)、gpib總線儀器、vxi總線儀器、串口儀器、usb等。虛擬儀器的構(gòu)成主要有五種類型，如圖3.3所示。圖3.3 虛擬儀器構(gòu)成方式1）daq(data acquisition)數(shù)據(jù)采集卡是指基于計算機標準總線(如isa、pci、usb等)的內(nèi)置功能插卡。其中usb是最新技術(shù)的數(shù)據(jù)采集卡，具有精度高，可攜性好等優(yōu)點，它更加充分地利用計算機的資源，大大增加了測試系統(tǒng)的靈活性和擴展性；利用daq卡可方便快速地構(gòu)建虛擬儀器系統(tǒng)。在性能上，隨著a

41、/d轉(zhuǎn)換技術(shù)，濾波技術(shù)和信號調(diào)理技術(shù)的發(fā)展，daq卡的采樣速率已達1gb/s，精度高達24位，通道數(shù)高達64個，并具有數(shù)字i/o，模擬i/o和計數(shù)器/定時器等通道。各儀器廠家生產(chǎn)了大量的daq卡功能模塊供用戶選擇，如示波器、串行數(shù)據(jù)分析儀、動態(tài)信號分析儀、任意波形發(fā)生器等。在計算機上掛接多個daq功能模塊，配合相應的軟件，就可以構(gòu)成一臺具有多功能的測試儀器。這種基于計算機的儀器，既具有高檔儀器的測量品質(zhì)，又能滿足測量需求的多樣性。對我國大多數(shù)用戶來說，它具有很高的性能價格比，是一種特別適合我國國情的虛擬儀器方案。2）gpib(general purpose interface bus)通用接口

42、總線，是計算機和儀器的標準通信協(xié)議。gpib的硬件規(guī)格和軟件協(xié)議以納入國際工業(yè)標準ieee-488.1和ieee-488.2，它是最早的儀器總線，目前多數(shù)儀器都配備了遵循ieee-488的gpib接口。典型的gpib測試系統(tǒng)包括一臺計算機，一塊基于gpib總線的接口卡和多臺gpbi儀器軟件及相應的傳感模塊硬件。每臺gpib儀器有單獨的地址，由計算機控制操作。系統(tǒng)中的儀器可以增加、減少或更換，只需對計算機的控制軟件作相應的改動。基于gpib總線結(jié)構(gòu)的接口卡數(shù)據(jù)傳輸速率一般低于500kb/s，不適合與對系統(tǒng)速度要求較高的應用。3）vxi(vme bus extension for instrume

43、ntation )是vme總線在儀器領域的擴展，上個世紀1993年vxi總線1.4版本被批準為ieee-1155標準，成為開放式工業(yè)標準。儀器專用總線在吸收ieee-488的成功經(jīng)驗基礎上，增加了10mhz時鐘線，模擬和數(shù)字混合總線，星形總線等高速總線，定時關系嚴格，兼有計算機總線和儀器總線的優(yōu)點。4）pxi(pci extension for instrumentation)是compact pci總線在儀器領域的擴展，是ni公司于1997年發(fā)布的一種新的開放性、模塊化儀器總線規(guī)范。其核心是compact pci結(jié)構(gòu)和microsoft windows軟件。pxi是在pci內(nèi)核技術(shù)上增加了成

44、熟的技術(shù)規(guī)范和要求形成的。pxi增加了用于多個板卡同步的觸發(fā)總線和10mhz參考時鐘、用于精確定時的星形觸發(fā)總線，以及用于相鄰模塊間高速通信的局部總線等，來滿足實驗和測量用戶的要求。pxi兼容compact pci機械規(guī)范，并增加了空氣冷卻裝置、環(huán)境測試（溫度、濕度、振動和沖擊實驗）等要求。這樣可保證多廠商產(chǎn)品的互操作性和系統(tǒng)的易集成性。5）串口系統(tǒng)是以serial標準總線儀器與計算機為儀器精簡平臺組成的虛擬測試系統(tǒng)。rs-232總線是早期采用的通用串行總線，將帶有rs-232標準總線接口的儀器作為i/o接口設備，通過rs-232串口總線與計算機組成虛擬儀器系統(tǒng)目前仍然是虛擬儀器構(gòu)成方式之一，

45、主要適用于速度較低的測試系統(tǒng)。3.1.6 虛擬儀器的軟件結(jié)構(gòu)虛擬儀器技術(shù)的核心是軟件，其軟件基本結(jié)構(gòu)如圖3.4所示。用戶可以采用各種編程軟件來開發(fā)自己所需要的應用軟件。以美國ni公司的軟件產(chǎn)品labview和labwindows/cvi為代表的虛擬儀器專用開發(fā)平臺是當前流行的集成化開發(fā)工具。這些軟件開發(fā)平臺提供了強大的儀器軟面板設計工具和各種數(shù)據(jù)處理工具，再加上虛擬儀器硬件廠商提供的各種硬件的驅(qū)動程序模塊，簡化了虛擬儀器的設計工作。隨著軟件技術(shù)的迅速發(fā)展，軟件開發(fā)的模塊化、復用化，和各種硬件儀器驅(qū)動軟件的模塊化、標準化，虛擬儀器軟件開發(fā)將變得更加快速、方便。圖3.4虛擬儀器軟件結(jié)構(gòu)3.1.7

46、虛擬儀器的開發(fā)語言虛擬儀器系統(tǒng)的開發(fā)語言有：標準c，visual c+ ，visual basic等通用程序開發(fā)語言。但直接由這些語言開發(fā)虛擬儀器系統(tǒng)，是有相當難度的。除了要花大量時間進行測試系統(tǒng)面板設計外，還要編制大量的設備驅(qū)動程序和底層控制程序。這些工作對于那些不熟悉這方面知識的工程設計人員來說，要花費大量時間和精力，這樣直接影響了系統(tǒng)開發(fā)的周期和性能。除了通用程序開發(fā)語言以外，還有一些專用的虛擬儀器開發(fā)語言和軟件，其中有影響的開發(fā)軟件有：ni公司的labview，labwindows/cvi。labview采用圖形化編程方案，是非常實用的開發(fā)軟件。labwindows/cvi是為熟悉c語

47、言的開發(fā)人員準備的，是在windows環(huán)境下的標準ansic開發(fā)環(huán)境。除此以外還有hp公司的hp-vee ，hp-tig開發(fā)平臺，美國tektronix公司的ez-test ，tek-tns平臺軟件，這些都是國際上公認的優(yōu)秀的虛擬儀器開發(fā)軟件平臺。3.1.8 圖形化虛擬儀器開發(fā)平臺labviewlabview(laboratory virtual instrument engineering)是一種圖形化的編程語言，它廣泛地被工業(yè)界、學術(shù)界和研究實驗室所接受，視為一個標準的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。labview集成了與滿足gpib、vxi、rs-232和rs-485協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的

48、全部功能。它還內(nèi)置了便于應用tcp/pi、activex等軟件標準的庫函數(shù)，是一個功能強大且靈活的軟件。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使用過程都更加形象化。傳統(tǒng)的文本式編程是一種順序的設計思路，設計者必須寫出執(zhí)行的語句。而labview是基于數(shù)據(jù)流的工作方式，同時是基于圖形化的編程，這使得設計者不必掌握大量的編程語言和程序設計技巧便可設計出虛擬儀器系統(tǒng)。目前，在以pc機為基礎的測試和工控軟件中，labview的市場普及率僅次于c+/c語言。labview具有一系列無與倫比的優(yōu)點：首先，labview作為圖形化語言編程，采用流程圖式的編程，運用的設備圖標與科學家、工

49、程師們習慣的大部分圖標基本一致，這使得編程過程和思維過程非常相似；同時，labview提供了豐富的vi庫和儀器面板素材庫，近600種設備的驅(qū)動程序(可擴充)如gpib設備控制、vxi總線控制、串行口設備控制、以及數(shù)據(jù)分析、顯示和存儲；并且labview還提供了專門用于程序開發(fā)的工具箱，使得用戶能夠設置斷點，調(diào)試過程中可以使用數(shù)據(jù)探針和動態(tài)執(zhí)行程序來觀察數(shù)據(jù)的傳輸過程，更加便于程序的調(diào)試。因此，labview受到越來越多工程師、科學家的普遍青睞。利用labview ，可產(chǎn)生獨立運行的可執(zhí)行文件，它是一個真正的32編譯器。像許多通用的軟件一樣，labview提供了windows、unix、linu

50、x、macintosh os等多種版本。3.1.9 基于labview平臺的虛擬儀器程序設計所有的labview應用程序，即虛擬儀器(vi)，它包括前面板(front panel)、流程圖(block diagram)以及圖標/連結(jié)器(icon/connector)三部分。1）前面板：前面板是圖形用戶界面，也就是vi的虛擬儀器面板，這一界面上有用戶輸入和顯示輸出兩類對象，具體表現(xiàn)有開關、旋鈕、圖形以及其他控制和顯示對象。但并非畫出兩個控件后程序就可以運行，在前面板后還有一個與之對應的流程圖。2）流程圖：流程圖提供vi的圖形化源程序。在流程圖中對vi編程，以控制和操縱定義在前面板上的輸入和輸出功

51、能。流程圖中包括前面板上的控件連線端子，還有一些前面板上沒有，但編程必須有的東西，例如函數(shù)、結(jié)構(gòu)和連線等。如果將vi與傳統(tǒng)儀器相比較，那么前面板上的控件對應的就是傳統(tǒng)儀器上的按鈕、顯示屏等控件，而流程圖上的連線端子相當于傳統(tǒng)儀器箱內(nèi)的硬件電路。在許多情況下，使用vi可以仿真?zhèn)鹘y(tǒng)儀器，不僅在屏幕上出現(xiàn)一個惟妙惟肖的標準儀器面板，而且其功能也與傳統(tǒng)標準儀器相差無幾。這種設計思想的優(yōu)點體現(xiàn)在兩方面： 類似流程圖的設計思想，很容易被工程人員接受和掌握，特別是那些沒有很多程序設計經(jīng)驗的工程人員。 設計的思路和運行過程清晰而且直觀。如通過使用數(shù)據(jù)探針、高亮執(zhí)行調(diào)試等多種方法，程序以較慢的速度運行，使沒有執(zhí)

52、行的代碼顯示灰色，執(zhí)行后的代碼會高亮顯示，同時在線顯示數(shù)據(jù)流線上的數(shù)據(jù)值，完全跟蹤數(shù)據(jù)流的運行。這為程序的調(diào)試和參數(shù)的設定帶來諸多的方便。3）圖標/連接設計：這部分的設計突出體現(xiàn)了虛擬儀器模塊化程序設計的思想。在設計大型自動檢測系統(tǒng)時一步完成一個復雜系統(tǒng)的設計是相當有難度的。而在labview中提供的圖標/連接工具正是為實現(xiàn)模塊化設計而準備的。設計者可把一個復雜自動檢測系統(tǒng)分為多個子系統(tǒng)，每一個都可完成一定的功能。這樣設計的優(yōu)點體現(xiàn)在如下幾方面： 把一個復雜自動檢測系統(tǒng)分為多個子系統(tǒng)，程序設計思路清晰，給設計者調(diào)試程序帶來了諸多的方便。同時也對于將來系統(tǒng)的維護提供了便利。 一個復雜自動檢測系統(tǒng)

53、分為多個子系統(tǒng)，每一個子系統(tǒng)都是一個完整的功能模塊，這樣把測試功能細節(jié)化，便于實現(xiàn)軟件復用，大大節(jié)省軟件研發(fā)周期，提高系統(tǒng)設計的可靠性。 便于實現(xiàn)“測試集成”和虛擬儀器庫的思想。同時為實現(xiàn)虛擬儀器設計的靈活性提供了前提。3.2 數(shù)據(jù)庫技術(shù)3.2.1 數(shù)據(jù)庫技術(shù)數(shù)據(jù)庫技術(shù)主要研究如何存儲、使用和管理數(shù)據(jù)，是計算機數(shù)據(jù)管理技術(shù)發(fā)展的新階段，也是計算機技術(shù)中發(fā)展最快、應用最廣的技術(shù)之一。當前，數(shù)據(jù)庫技術(shù)已成為現(xiàn)代計算機信息系統(tǒng)和應用系統(tǒng)開發(fā)的核心技術(shù)，數(shù)據(jù)庫已成為計算機信息系統(tǒng)和應用系統(tǒng)的組成核心，從某種意義來講，數(shù)據(jù)庫的建設規(guī)模、數(shù)據(jù)庫信息量的大小和使用頻度已成為衡量一個國家信息化程度的重要標志。

54、3.2.2 數(shù)據(jù)庫技術(shù)概述數(shù)據(jù)庫技術(shù)涉及到以下幾個最重要的概念：1）數(shù)據(jù)庫(database)是長期儲存于計算機內(nèi)、有組織的、可共享的數(shù)據(jù)集合。數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)按一定的數(shù)據(jù)模型組織、描述和儲存，具有較小的冗余度、較高的數(shù)據(jù)獨立性和易擴展性，并可為一定范圍內(nèi)的各種用戶共享。數(shù)據(jù)庫不僅要反映數(shù)據(jù)本身的內(nèi)容，而且要反映數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。在數(shù)據(jù)庫中用數(shù)據(jù)模型（datamodel）這個工具來抽象、表示和處理現(xiàn)實世界中的數(shù)據(jù)和信息。2）數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)特征的抽象，描述的是數(shù)據(jù)的共性。數(shù)據(jù)模型應滿足三個方面的要求：一是能比較真實地模擬現(xiàn)實世界；二是容易為人們所理解；三是便于在計算機上實現(xiàn)。一種數(shù)據(jù)模型要很好地滿足

55、這三個方面的要求在目前尚很困難，在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中針對不同的使用對象和應用目的，采用逐步抽象的方法，在不同層次采用不同的數(shù)據(jù)模型，一般分為三層，即物理層、邏輯層和概念層。物理層是數(shù)據(jù)抽象的最低層，用來描述數(shù)據(jù)物理存儲結(jié)構(gòu)和存儲方法。邏輯層是數(shù)據(jù)抽象的中間層，描述數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)整體的邏輯結(jié)構(gòu)。概念層是抽象級別的最高層，其目的是按用戶的觀點來對世界建模。例如實體聯(lián)系模型（entity-relational model，簡稱er模型）。3）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（dbms，database management system）是操縱和管理數(shù)據(jù)庫的軟件系統(tǒng)，它由一組計算機程序構(gòu)成，管理并控制數(shù)據(jù)資源的使用。如圖3.5

56、。它是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心，主要是實現(xiàn)對共享數(shù)據(jù)有效的組織、管理和存取，它的基本功能包括以下幾個方面：圖3.5數(shù)據(jù)管理 數(shù)據(jù)定義功能：對數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)進行描述，包括外模式、模式、內(nèi)模式的定義；數(shù)據(jù)庫完整性的定義；安全保密定義（如用戶口令、級別、存取權(quán)限）；存取路徑（如索引）的定義等。 數(shù)據(jù)操縱功能：dbms還提供數(shù)據(jù)操縱語言，用戶可以使用dml操縱數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的基本操作，如檢索、插入、刪除和修改等。dml有兩類：一類是宿主型語言，一類是自立型語言。 數(shù)據(jù)庫的運行管理：數(shù)據(jù)庫在建立、運用和維護時由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)統(tǒng)一管理、統(tǒng)一控制，以保證數(shù)據(jù)的安全性、完整性、多用戶對數(shù)據(jù)的并發(fā)使用及發(fā)生故障后的系

57、統(tǒng)恢復，從而保證數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的正常運行。 數(shù)據(jù)組織、存儲和管理功能：dbms要分類組織、存儲和管理各種數(shù)據(jù)，包括數(shù)據(jù)字典、用戶數(shù)據(jù)、存取路徑等。 數(shù)據(jù)庫的建立和維護功能：它包括數(shù)據(jù)庫初始數(shù)據(jù)的輸入、轉(zhuǎn)換功能，數(shù)據(jù)庫的轉(zhuǎn)儲、恢復功能，數(shù)據(jù)庫的重組織功能和性能監(jiān)視、分析功能等。 其他功能：dbms與網(wǎng)絡中其他軟件系統(tǒng)的通信功能、dbms之間或文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能；異構(gòu)數(shù)據(jù)庫之間的互訪和互操作功能等。通過虛擬儀器進行數(shù)據(jù)庫操作的優(yōu)點是：1、安全性得到保證。2、具有通用性，可以針對不同的虛擬儀器建立不同的數(shù)據(jù)庫。3、數(shù)據(jù)管理工作更加高效、便捷，減少了數(shù)據(jù)冗余，數(shù)據(jù)實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)化，數(shù)據(jù)具有獨立性，有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)控制功能。4、提高系統(tǒng)的開發(fā)效率。在數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)模型及各部分功能模塊方案確定以后，各部分功能模塊只針對數(shù)據(jù)庫，因此其開發(fā)調(diào)試工作可以獨立開展，互不影響，明顯提高了程序的開發(fā)效率。3.2.3 ado與數(shù)據(jù)庫的交互技術(shù)ado是獨立于開發(fā)工具和開發(fā)語言的數(shù)據(jù)訪問接口，它提供了程序開