電氣化鐵路接觸網(wǎng)參數(shù)自動檢測系統(tǒng)軟件設(shè)計

1、石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計電氣化鐵路接觸網(wǎng)參數(shù)自動檢測系統(tǒng)軟件設(shè)計the design of electrified railway catenary parameters automatic test system software 2013 屆 電氣工程 系專 業(yè) 電氣工程及其自動化 學(xué) 號 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 完成日期 2013年 5月 27日畢業(yè)設(shè)計成績單學(xué)生姓名學(xué)號班級專業(yè)電氣工程及其自動化畢業(yè)設(shè)計題目電氣化鐵路接觸網(wǎng)參數(shù)自動檢測系統(tǒng)軟件設(shè)計指導(dǎo)教師姓名指導(dǎo)教師職稱評 定 成 績指導(dǎo)教師得分評閱人得分答辯小組組長得分成績：院長(主任) 簽字：年 月 日畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書題目基于射頻卡

2、的電子門鎖設(shè)計學(xué)生姓名 學(xué)號8班級專業(yè)電氣工程及其自動化承擔(dān)指導(dǎo)任務(wù)單位電氣工程系導(dǎo)師姓名導(dǎo)師職稱一、設(shè)計內(nèi)容 設(shè)計接觸網(wǎng)電壓電流的測量方法，利用虛擬儀器數(shù)據(jù)采集卡，實現(xiàn)對接觸網(wǎng)故障數(shù)據(jù)的高速實時采集，以圖形化軟件labview作為自動檢測系統(tǒng)的開發(fā)平臺，該系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能以及軟件的編寫。二、基本要求1. 自學(xué)labview語言，掌握用該語言對接觸網(wǎng)故障數(shù)據(jù)采集的方法。2. 掌握電氣化鐵路接觸網(wǎng)電壓電流的檢測方法。3. 實現(xiàn)高速實時數(shù)據(jù)采集。4. 設(shè)計計算說明書一份，要求條目清楚、計算正確、文本整潔。5. 提供有關(guān)課題的英文資料原文和譯文各一套。6. 提交開題報告一份。 三、設(shè)計的主

3、要技術(shù)指標(biāo)及要求：1. 分析接觸網(wǎng)故障電壓電流的檢測方法，確定總體設(shè)計方案。 2. 選擇數(shù)據(jù)采集卡的參數(shù)計算及選型。 3. 完成高速實時數(shù)據(jù)采集的設(shè)計，包括正常數(shù)據(jù)和故障數(shù)據(jù)的實時采集，各種參數(shù)的采集，交流電壓ac，直流電壓dc、均方根值、采樣頻率、采樣周期；報警任務(wù)；故障數(shù)據(jù)記錄存盤；數(shù)據(jù)實時趨勢顯示等； 4. 完成數(shù)據(jù)處理功能包括數(shù)據(jù)實時顯示，對故障信號及時存盤，建立數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)分類查詢、綜合統(tǒng)計查詢的功能，并提供查詢結(jié)果等功能設(shè)置； 5. 對多路信號實現(xiàn)三維立體顯示。四、應(yīng)收集的資料及參考文獻 1高速電氣化鐵路接觸網(wǎng) 于萬聚主編 西南交通大學(xué)出版社 2接觸網(wǎng) 吉鵬霄主編 化學(xué)工業(yè)出版社

4、3labview實用教程 喬瑞平主編 電子工業(yè)出版社 4labview高級程序設(shè)計 楊樂平主編 清華大學(xué)出版社五、進度計劃1-3周： 課題調(diào)研、收集、學(xué)習(xí)參考資料，查閱外文資料，制定畢業(yè)設(shè)計方案，作開題報告4周： 熟悉labview特點和功能、整理參考資料5-6周： 數(shù)據(jù)采集卡的參數(shù)計算及選型7-8周： 完成高速實時數(shù)據(jù)采集的設(shè)計，期中檢查9-10周： 完成數(shù)據(jù)處理功能，完成軟件程序并調(diào)試運行11-14周： 完成數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳送， 修改并調(diào)試運行15-16周： 答辯教研室主任簽字時 間 年 月 日畢業(yè)設(shè)計開題報告題 目電氣化鐵路接觸網(wǎng)參數(shù)自動檢測系統(tǒng)軟件設(shè)計學(xué)生姓名學(xué)號班級專業(yè)電氣工程及其自動化一

5、、研究背景高速鐵路是當(dāng)今世界鐵路發(fā)展的潮流,隨著經(jīng)濟技術(shù)的發(fā)展和交通運輸?shù)募ち腋偁?高速鐵路以其獨特的優(yōu)點被許多國家作為大力研制和重點發(fā)展的目標(biāo),高速鐵路和客運專線接觸網(wǎng)是高速鐵路牽引供電系統(tǒng)和鐵路客運專線的主體和關(guān)鍵。接觸網(wǎng)是電氣化鐵路一種特殊形式的供電線路，它的任務(wù)是保證對電力機車可靠的不間斷的供應(yīng)電能，但是接觸網(wǎng)是電氣化鐵路中的薄弱環(huán)節(jié)。接觸網(wǎng)一旦發(fā)生故障，對牽引供電系統(tǒng)，受電設(shè)備及整個鐵路運輸都會造成重大損失?，F(xiàn)在正值電氣化鐵路普遍提速時期，列車運行快速而密集，顯然故障發(fā)生后不能及時排除，將極大影響鐵路運行安全，所以研究接觸網(wǎng)的智能故障診斷技術(shù)具有非常重要的意義。接觸網(wǎng)是電氣化鐵路的供

6、電系統(tǒng)，其在鐵路空間位置的準(zhǔn)確測量十分重要是保證列車安全運行的根本所在。二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀：國內(nèi)：由于高速鐵路具有速度快、運量大、安全性好、能耗低、占地少、污染少、屬于公共交通系統(tǒng)等優(yōu)點，所以我國在制定政策是明確提出要大力發(fā)展高速鐵路，我國高速鐵路發(fā)展迅速。而作為高速鐵路的重要組成部分接觸網(wǎng)，對其研究更是其中的重中之重。我國的接觸網(wǎng)正向標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)格化方向發(fā)展；懸掛的彈性均勻性會進一步提高；接觸網(wǎng)的電氣載流量會進一步增加；接觸網(wǎng)的機械強度會進一步提高；接觸線的機電性能將會成為制約和評價接觸網(wǎng)優(yōu)劣的核心。受電弓和接觸網(wǎng)的結(jié)構(gòu)及其匹配關(guān)系會得到進一步優(yōu)化。接觸網(wǎng)的防腐能力會進一步加強。作為保障接觸網(wǎng)

7、正常工作的檢測系統(tǒng)，我國也出了一批自己的檢測診斷產(chǎn)品，推動了我國檢測技術(shù)的發(fā)展。國內(nèi)在一些特定設(shè)備的診斷研究方面很有特色，形成了一批自己的監(jiān)測診斷產(chǎn)品。如西安交通大學(xué)的“大型旋轉(zhuǎn)機械計算機狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)”，鐵道部科技發(fā)展計劃項目“復(fù)線電力牽引網(wǎng)瞬時與永久性故障自動識別裝置”，“牽引變電所安全監(jiān)控與綜合自動化成套技術(shù)研究”，哈爾濱工業(yè)大學(xué)的 “機組振動微機監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)”。綜合我國的設(shè)備診斷技術(shù)現(xiàn)狀，其應(yīng)用集中在電力、機械等行業(yè)，各種國際會議舉辦過數(shù)次。這對我國診斷技術(shù)的發(fā)展將起到巨大的推動作用。國外：20世紀(jì)60年代，開始發(fā)展設(shè)備運行狀態(tài)檢測與故障診斷技術(shù)。先是在航空發(fā)動機和軍用車

8、輛上，裝備震動噪聲檢測儀器和記錄裝置。fft的出現(xiàn)是數(shù)字信號處理發(fā)展史上的一個轉(zhuǎn)折點，以此為契機，加之超大規(guī)模集成電路和計算機的飛速發(fā)展，使得數(shù)字信號處理理論獲得了飛速發(fā)展。近年來，傳感器技術(shù)，信號處理系列技術(shù)(如各種濾波技術(shù)和譜分析技術(shù)等)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系列技術(shù)以及它在診斷中的應(yīng)用，使診斷技術(shù)逐漸完善，形成了一門新的故障診斷學(xué)，在生產(chǎn)中發(fā)揮愈來愈大的作用，其經(jīng)濟效益很高。據(jù)介紹，應(yīng)用診斷技術(shù)后，可減少事故75，降低設(shè)備維修費2530。從診斷技術(shù)來看，美國占有領(lǐng)先地位，如美國機械工程師學(xué)會(asme)。美國宇航局(nasa)在這一領(lǐng)域中投入了大量的資金，美國一些公司，如bently,hp,scie

9、ntific atlanta等，它們的診斷產(chǎn)品基本上代表了當(dāng)今診斷技術(shù)的最高水平。其它一些國家，診斷技術(shù)的發(fā)展也各有特色，如日本等在診斷技術(shù)應(yīng)用方面具有優(yōu)勢。高速鐵路從開始出現(xiàn)至今已經(jīng)有40多年的歷史，其中以日本、法國、德國的高速鐵路技術(shù)最為突出。國外高速接觸網(wǎng)懸掛類型基本上可歸為3類：即以日本為代表的復(fù)鏈形懸掛、以法國為代表的簡單鏈形懸掛和以德國為代表的彈性鏈形懸掛。國外高速接觸網(wǎng)發(fā)展總趨勢是盡可能地簡化接觸網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，以提高接觸網(wǎng)的可靠性，在材質(zhì)一定的條件下，盡可能地提高接觸線的張力，以提高接觸線的波動傳播速度，積極研制和開發(fā)與接觸網(wǎng)參數(shù)及運營速度相匹配的高速受電弓。三、論文的主要工作和所采

10、的方法手段：主要工作：電氣化鐵路接觸網(wǎng)參數(shù)自動檢測系統(tǒng)是利用虛擬儀器數(shù)據(jù)采集卡，實現(xiàn)對接觸網(wǎng)故障數(shù)據(jù)的高速實時采集， 以圖形化軟件labview作為自動檢測系統(tǒng)的開發(fā)平臺，該系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能以及軟件的編寫。實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理功能包括數(shù)據(jù)實時顯示，對故障信號及時存盤，建立數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)分類查詢、綜合統(tǒng)計查詢的功能，并提供查詢結(jié)果以及系統(tǒng)維護等功能設(shè)置?；竟ぷ饔幸韵聨追矫妫?.了解接觸網(wǎng)參數(shù)的種類.2.選擇數(shù)據(jù)采集卡的參數(shù)計算及選型。3.自學(xué)labview語言，掌握用該語言對接觸網(wǎng)故障數(shù)據(jù)采集的方法。4.完成高速實時數(shù)據(jù)采集的設(shè)計，對正常和故障數(shù)據(jù)的實時采集和各種參數(shù)的采集。5.將數(shù)據(jù)錄入la

11、bview，實現(xiàn)對接觸網(wǎng)信號的高速實時采樣，軟件包括波形顯示，參數(shù)測量，數(shù)據(jù)分析等功能。四、預(yù)期達(dá)到的結(jié)果：設(shè)計的軟件要符合實際需求，準(zhǔn)確實時測定接觸網(wǎng)各類參數(shù)，并能分析參數(shù)類型，處理數(shù)據(jù)等功能，對故障信號及時存盤，建立數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)分類查詢、綜合統(tǒng)計查詢的功能，并提供了查詢結(jié)果以及系統(tǒng)維護等功能設(shè)置。指導(dǎo)教師簽字時 間 年 月 日摘 要從我國鐵路發(fā)展的歷程和趨勢來看，電氣化鐵路在路網(wǎng)中所占的比例將越來越大，對公用電網(wǎng)的影響也將越來越嚴(yán)重。因此，建立和實施接觸網(wǎng)參數(shù)的檢測與分析，是保證接觸網(wǎng)正常使用的一個重要技術(shù)手段。研制一種新型的接觸網(wǎng)參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)，有效地對接觸網(wǎng)參數(shù)進行監(jiān)測，對于保證電力系統(tǒng)

12、運行的安全性、經(jīng)濟性和可靠性，都具有重要意義。本文主要基于虛擬儀器技術(shù)，以電氣化鐵路接觸網(wǎng)的信號為例進行實時采樣，實現(xiàn)了接觸網(wǎng)需要的初步數(shù)據(jù)采集和分析任務(wù)，利用虛擬儀器技術(shù)對接觸網(wǎng)參數(shù)進行數(shù)據(jù)采集，借助數(shù)據(jù)采集卡，在虛擬儀器軟件開發(fā)平臺labview2010上開發(fā)了電氣化鐵路接觸網(wǎng)參數(shù)自動檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與儲存，儲存在數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)了對接觸網(wǎng)參數(shù)的高速實時采樣。該系統(tǒng)實現(xiàn)了對接觸網(wǎng)參數(shù)的采集、實時顯示與儲存查詢，并能完成報警任務(wù)，對保障電氣化鐵路安全暢通運行有重要的現(xiàn)實意義。關(guān)鍵詞：labview 虛擬儀器 數(shù)據(jù)采集 abstract from the history and trend

13、 of chinas railway development, electrified railway in network of the proportion of more and more big, the impact on the public power grid will be more and more serious. therefore, establishing and implementing the catenary power quality monitoring and analysis, is an important technical means to im

14、prove power quality. to develop a new type of power quality parameters monitoring system, power quality parameters monitoring effectively, to ensure the safety, economy and reliability of power system operation, has important significance. based on virtual instrument technology,fault signals of over

15、head catenary system are collected with the help of card and signal adjustement circuit,etc.by the tool of labview 2010,the writer develops the signal analysis software that can collect data high speed and real-time. the whole system realizes data acquisition and analysis of overhead catenary system

16、,it is realistic significance to make electrified railway work saftly and smoothly.key words：labview virtual instruments data acquisition 目 錄第1章 緒論1 1.1 課題研究的目的意義1 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1 1.3 論文研究內(nèi)容4第2章 總體設(shè)計方案5第3章 調(diào)理電路和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計7 3.1 信號調(diào)理電路7 3.2 數(shù)據(jù)采集技術(shù)簡述9 3.3 數(shù)據(jù)采集卡的選擇10 3.4 數(shù)據(jù)采集卡的安裝12第4章 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計13 4.1 labv

17、iew簡介13 4.1.1 labview軟件的特點13 4.1.2 labview的程序組成14 4.2 labview的常用數(shù)據(jù)類型15 4.3 采用labview編制虛擬儀器程序的步驟17 4.4 采用labview實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析處理19 4.5 接觸網(wǎng)參數(shù)自動檢測軟件的設(shè)計20第5章結(jié)論與展望26 5.1 結(jié)論26 5.2 展望26參考文獻27致謝28附錄29 附錄a 外文翻譯29 附錄b 程序面板36第1章 緒 論1.1 課題研究的目的意義近年來，我國電氣化鐵路發(fā)展迅速，越來越長的電氣化鐵路擔(dān)負(fù)著越來越重的運輸任務(wù)。在整個電氣化鐵路中，接觸網(wǎng)是電力機車良好受流和安全運行的關(guān)鍵，它是電氣

18、化鐵路一種特殊形式的供電線路，它的任務(wù)是保證對電力機車可靠的不間斷的供應(yīng)電能，但是接觸網(wǎng)是電氣化鐵路中的薄弱環(huán)節(jié)。接觸網(wǎng)一旦發(fā)生故障，對牽引供電系統(tǒng)，受電設(shè)備及整個鐵路運輸都會造成重大損失，現(xiàn)在正值電氣化鐵路普遍提速時期，列車運行快速而密集，顯然故障發(fā)生后如不能及時排除，將極大影響鐵路運行安全，所以研制接觸網(wǎng)的智能故障診斷技術(shù)，對精確定位故障點、判斷故障類型、縮短事故停電時間、保證鐵路安全運行具有非常重要的意義。因此，實現(xiàn)接觸網(wǎng)故障的智能診斷，已成為保障電氣化鐵路安全運行的一個重要課題。當(dāng)接觸網(wǎng)發(fā)生故障時，短路點及附近電力設(shè)備中流過的短路電流可能達(dá)到額定電流的幾倍乃至幾十倍，將對電氣設(shè)備造成嚴(yán)

19、重?fù)p壞1 。與電力系統(tǒng)其它元器件相比，接觸網(wǎng)一方面凈空低，穿越地形復(fù)雜，另一方面，長期暴露在環(huán)境惡劣的戶外，并受電力機車受電弓和機械沖擊，各種尺寸結(jié)構(gòu)、連接狀態(tài)都處于動態(tài)變化之中，受潮氣、鹽污、工業(yè)粉塵的影響，難以進行有效的維護，所以容易導(dǎo)致故障。而這類故障造成的局部絕緣損傷一般沒有明顯的痕跡，給故障點的查找?guī)順O大的困難2。如果能快速、準(zhǔn)確地進行故障定位，及時發(fā)現(xiàn)絕緣隱患，從技術(shù)上保證接觸網(wǎng)的安全運行，才能面對發(fā)展高速、重載鐵路的新形勢，把電氣化鐵路提高到一個新水平，具有巨大的社會和經(jīng)濟效益。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢國內(nèi)研究現(xiàn)狀：目前，我國在一些特定設(shè)備的診斷研究方面很有特色，形成了

20、一批自己的監(jiān)測診斷產(chǎn)品。如西安交通大學(xué)的“大型旋轉(zhuǎn)機械計算機狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)”，鐵道部科技發(fā)展計劃項目“復(fù)線電力牽引網(wǎng)瞬時與永久性故障自動識別裝置”，“牽引變電所安全監(jiān)控與綜合自動化成套技術(shù)研究”，哈爾濱工業(yè)大學(xué)的 “機組振動微機監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)”。綜合我國的設(shè)備診斷技術(shù)現(xiàn)狀，其應(yīng)用集中在電力、機械等行業(yè)，各種國際會議舉辦過數(shù)次。這對我國診斷技術(shù)的發(fā)展將起到巨大的推動作用。高阻抗故障是電力系統(tǒng)故障診斷久已存在的問題，至今仍沒有得到很好解決。高阻抗故障一般指導(dǎo)體對高電阻率物體或大地的短路故障，一般都有電弧產(chǎn)生，而電阻為非線性電阻，使短路電流中含有大量高、低頻諧波成分(有噪聲)，且有突發(fā)性

21、和間斷性特點，與牽引負(fù)荷電流的諧波成分有明顯的差別，這正是高阻故障不同于有牽引負(fù)荷電流的特征5。我國第一條重載電氣化鐵路大秦鐵路自1988年底開通以來已發(fā)生過幾十次高阻故障，其中幾次造成了事故的擴大，給國家?guī)砹司薮蟮慕?jīng)濟損失。分析表明，故障阻抗與負(fù)荷阻抗區(qū)重迭，因而傳統(tǒng)的保護方法無法檢出故障，必須尋找新的保護措施。作為儀器領(lǐng)域中的新興技術(shù)，虛擬儀器的開發(fā)技術(shù)在國內(nèi)已經(jīng)有了一定的研究。20世紀(jì)90年代以來，重慶大學(xué)，哈工大，西安交大，在研究和開發(fā)虛擬儀器設(shè)計平臺以及引進和消化ni公司、hp公司的產(chǎn)品等方面作了一系列有益工作，并取得了一批矚目的成就。國外研究現(xiàn)狀：診斷技術(shù)是近幾十年來發(fā)展起來的一

22、門新學(xué)科。它是適應(yīng)工程實際需要而形成的交叉綜合學(xué)科。診斷技術(shù)理論、電子技術(shù)、自動化儀器儀表的進步，超大規(guī)模集成電路，尤其是計算機技術(shù)的發(fā)展，為診斷技術(shù)提供了必要的技術(shù)基礎(chǔ)。20世紀(jì)60年代，開始發(fā)展設(shè)備運行狀態(tài)釜測與故障診斷技術(shù)。先是在航空發(fā)動機和軍用車輛上，裝備震動噪聲檢測儀器和記錄裝置3。fft的出現(xiàn)是數(shù)字信號處理發(fā)展史上的一個轉(zhuǎn)折點，以此為契機，加之超大規(guī)模集成電路和計算機的飛速發(fā)展，使得數(shù)字信號處理理論獲得了飛速發(fā)展。近年來，傳感器技術(shù)，信號處理系列技術(shù)(如各種濾波技術(shù)和譜分析技術(shù)等)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系列技術(shù)以及它在診斷中的應(yīng)用，使診斷技術(shù)逐漸完善，形成了一門新的故障診斷學(xué)，在生產(chǎn)中發(fā)揮愈來

23、愈大的作用，其經(jīng)濟效益很高。據(jù)介紹，應(yīng)用診斷技術(shù)后，可減少事故75，降低設(shè)備維修費25304。從診斷技術(shù)來看，美國占有領(lǐng)先地位，如美國機械工程師學(xué)會(asme)。美國宇航局(nasa)在這一領(lǐng)域中投入了大量的資金，美國一些公司，如bently，hp，scientificatlanta等，它們的診斷產(chǎn)品基本上代表了當(dāng)今診斷技術(shù)的最高水平。其它一些國家，診斷技術(shù)的發(fā)展也各有特色，如日本在診斷技術(shù)應(yīng)用方面具有優(yōu)勢。20世紀(jì)80年代以來，國外不少研究機構(gòu)，特別是美國am學(xué)院開始研究高阻抗故障的保護問題，相繼報道了許多研究成果。德國在上世紀(jì)80年代也開始研制非接觸式檢測方法，主要利用兩個ccd線陣列攝像

24、機，然后利用數(shù)字圖像實時處理方法同時得到參數(shù)。意大利研制的非接觸式弓網(wǎng)檢測方法主要采用激光照射、伺服跟蹤和圖像處理技術(shù)。檢測裝置中的攝像機依靠直線馬達(dá)拉動。自動重合閘技術(shù)是診斷系統(tǒng)中的有效措施之一，在國內(nèi)外電力系統(tǒng)和牽引供電系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用6。架空輸電線路的故障大多是瞬時的，若能及時發(fā)現(xiàn)故障，并采用自動重合閘措施，當(dāng)發(fā)生故障時斷路器迅速跳閘，經(jīng)一定時間(約0.31s)后斷路器自動合閘，重合閘后系統(tǒng)能正常運行。根據(jù)運行資料的統(tǒng)計，60-90的重合閘是成功的。少數(shù)不成功的重合閘由繼電保護作用再次跳閘。當(dāng)然這種情況下斷路器多跳閘一次，切除短路的總時間也長了一些。但是由于這種情況是少數(shù)的，自動重

25、合閘技術(shù)的優(yōu)點還是主要的，因而獲得廣泛的采用。目前，電力系統(tǒng)和牽引供電系統(tǒng)中的自動重合閘大都是盲目進行的，即無論是瞬時性故障還是永久性故障都進行一次重合閘。如果線路故障是瞬時性的，重合閘重合成功，對系統(tǒng)影響不大：如果故障是永久的，再次重合不僅會給電氣設(shè)備帶來損壞，對系統(tǒng)造成不必要的二次沖擊，甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定的破壞7。據(jù)統(tǒng)計瞬時性故障發(fā)生概率占60-90，永久性故障占10-40，即重合于永久性故障的概率為10-40，隨著計算機技術(shù)和信號處理技術(shù)的不斷發(fā)展，研制能夠正確識別瞬時與永久性故障且能在最佳重合時間進行重合操作的智能重合閘已成為可能。設(shè)備診斷分為信號采集，信號處理，故障診斷三個階段。圍繞

26、這一問題，設(shè)備診斷技術(shù)在下述方面展開了理論研究。信號采集技術(shù)的研究。采集實際狀態(tài)的信號，為診斷后續(xù)工作打下基礎(chǔ)。系統(tǒng)診斷過程診斷技術(shù)的快速發(fā)展與虛擬儀器的快速發(fā)展是密切相關(guān)的。虛擬儀器是隨著計算機硬件、軟件和總線技術(shù)的飛速發(fā)展，虛擬儀器技術(shù)為數(shù)據(jù)的高速實時采集打下了堅實的基礎(chǔ)，虛擬儀器是指通過應(yīng)用程序?qū)⑼ㄓ糜嬎銠C與功能化模塊硬件結(jié)合起來，用戶可以通過友好的圖形界面來操作計算機，從而完成被測試量的數(shù)據(jù)采集任務(wù)。20世紀(jì)80年代，美國國家儀器公司(national instruments corporation簡稱ni)首先提出了虛擬儀器的概念。ni提出的“軟件就是儀器” 的口號，徹底打敗了傳統(tǒng)儀

27、器只能由生產(chǎn)廠家定義，用戶無法改變的局面，自20世紀(jì)80年代以來，ni公司已研制出多種總線系統(tǒng)的虛擬儀器，特別是它提出的labview圖形化編程環(huán)境已享譽世界8。在ni之后，美國惠普(hp)緊緊跟上，該公司推出的hpvee編程系統(tǒng)可提供數(shù)十至數(shù)百種虛擬儀器的組建單元和整機。綜上所述，診斷技術(shù)是一門緊密結(jié)合實際的工程科學(xué)，生產(chǎn)實際的需要是它發(fā)展的根本原因，因此，它具有廣闊的工程背景和實用價值，具有相當(dāng)廣闊一要 主要研究內(nèi)容交流電氣化鐵路接觸網(wǎng)智能診斷系統(tǒng)涉及到數(shù)字信號處理技術(shù)、交流電氣化鐵道牽引技術(shù)、供變電技術(shù)、智能診斷技術(shù)、模式識別等諸多技術(shù)和理論，是一項十分復(fù)雜的系統(tǒng)工程9。 1.3 論文研

28、究內(nèi)容本課題的內(nèi)容：通過學(xué)習(xí)labview軟件，結(jié)合學(xué)習(xí)的接觸網(wǎng)的相關(guān)知識，設(shè)計一個接觸網(wǎng)參數(shù)自動檢測的軟件。本軟件包括數(shù)據(jù)采集、存儲和查詢，以及波形的顯示，完成報警任務(wù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的三維立體顯示等功能。本文利用虛擬儀器數(shù)據(jù)采集卡，研究電氣化鐵路接觸網(wǎng)的信號，以圖形化軟件labview2010作為測控系統(tǒng)的開發(fā)平臺，確定接觸網(wǎng)故障檢測的方法，確定總體設(shè)計方案。首先設(shè)計信號調(diào)理電路，確定各元件參數(shù)及型號。該信號調(diào)理電路要完成濾波和放大功能。濾波負(fù)責(zé)去除噪聲，放大電路可以將發(fā)出的信號調(diào)整到數(shù)據(jù)采集卡的可接收范圍內(nèi)。其次選擇數(shù)據(jù)采集卡的參數(shù)及具體參數(shù)。再次完成多通道高速實時數(shù)據(jù)采集的設(shè)計，包括正常數(shù)據(jù)

29、和故障數(shù)據(jù)的實時采集，各種參數(shù)的采集，交流電壓ac，直流電壓dc、均方根值、報警任務(wù)；數(shù)據(jù)存盤；數(shù)據(jù)實時趨勢顯示等；完成數(shù)據(jù)處理功能包括數(shù)據(jù)實時顯示，對多路信號實現(xiàn)三維立體顯示。最后對所設(shè)計的軟件進行檢測，看是否完成軟件所需要的各個功能。第2章 總體設(shè)計方案本設(shè)計主要分為硬件部分和軟件部分。其中軟件部分是本設(shè)計的重點部分，通過labview來設(shè)計的。系統(tǒng)總體方案如圖2-1所示，設(shè)計主要分為：信號調(diào)理模塊、信號的采集模塊、利用計算機建立虛擬儀器模塊、虛擬儀器的顯示。數(shù)據(jù)采集卡虛擬儀器前面板設(shè)備驅(qū)動程序信號調(diào)理電路labview子模板應(yīng)用程序labview開發(fā)平臺計算機 圖2-1 接觸網(wǎng)高速數(shù)據(jù)采

30、集系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖硬件的主要功能是獲取現(xiàn)實世界中的被測信號。本設(shè)計中的硬件部分包括信號調(diào)理電路和數(shù)據(jù)采集卡兩部分。其中信號采集卡負(fù)責(zé)濾波和放大，數(shù)據(jù)采集卡負(fù)責(zé)采集的信號，并將采集到的信號處理后發(fā)送給計算機。首先建立的是信號調(diào)理模塊。原始信號通?；煊信c故障無關(guān)的信號，因此，在將信號輸入計算機進行數(shù)據(jù)采集和處理之前，必須進行信號條理。鑒于本設(shè)計的具體情況，這里的信號條理電路由隔離、濾波等電路組成，接觸網(wǎng)故障信號中含有對計算機和人體有害的高壓脈沖，它不能直接將該信號直接連接到daq卡上，需要隔離處理。采集到的信號，在進入數(shù)據(jù)采集卡之前需進行低通濾波處理。主要對信號進行調(diào)理為以下模塊做好鋪墊作用，信

31、號調(diào)理屬于硬件部分，利用硬件設(shè)備組成信號調(diào)理電路。其次是建立數(shù)據(jù)采集模塊。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的任務(wù)是采集原始數(shù)字信號，數(shù)據(jù)采集卡是進行高速直接數(shù)據(jù)采集的理想設(shè)備。其主要指標(biāo)有采樣精度、采樣速度。采樣精度由轉(zhuǎn)換器的位數(shù)來決定，而采樣速度是與采樣頻率不可分的數(shù)據(jù)采集卡是虛擬儀器信號采集系統(tǒng)的硬件模塊。本論文主要是針對電氣化鐵路接觸網(wǎng)信號的檢測，因為對接觸網(wǎng)信號的檢測是有一定難度的，所以要選擇合適的信號采集卡。通過資料的查詢本文選取ni-5112卡，此采集卡能夠滿足接觸網(wǎng)信號的采集工作。在給定了計算機必要的儀器硬件之后，使用虛擬儀器的關(guān)鍵在于軟件。軟件為用戶提供了集成開發(fā)環(huán)境、高水平的儀器硬件接口和用戶接

32、口。軟件部分是在圖形化編程語言labview2010平臺上開發(fā)的。采用了圖形化程序設(shè)計軟件labview作為虛擬儀器開發(fā)平臺，是因為和其它同類產(chǎn)品相比，labview在現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、存儲、顯示等方面顯示了強大的功能，尤其是其數(shù)據(jù)采集和信號處理的優(yōu)勢提高了工作效率。它充分發(fā)揮了微機強大的功能和軟件設(shè)計的靈活性。所以再次就是計算機虛擬模塊，通過虛擬儀器信號進行一系列的分析和處理。虛擬儀器的創(chuàng)建要利用虛擬軟件labview2010進行編寫。最后是對采集信號進行存儲并實時顯示出來。而且可以的把以前存儲的再調(diào)用出來。這部分也需要在虛擬軟件labview2010上進行編寫。第3章 調(diào)理電路和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的

33、設(shè)計原始信號由多路互感器經(jīng)信號調(diào)理電路，從混合信號中提取出待測的標(biāo)準(zhǔn)故障信號。然后送入數(shù)據(jù)采集卡(由硬件驅(qū)動程序驅(qū)動工作)，通過系統(tǒng)總線送進計算機進行處理，經(jīng)存儲單元進入微機的顯示緩沖區(qū),最后在屏幕上顯示出波形。硬件的主要功能是獲取現(xiàn)實世界中的被測信號。目前較為常用的虛擬儀器系統(tǒng)是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(data acquisition,以下簡稱daq)、gpib儀器控制系統(tǒng)和vxi儀器控制系統(tǒng)。文中采用的是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，它的任務(wù)就是測量現(xiàn)實世界中的物理信號。虛擬儀器的硬件平臺由互感器、信號條理、計算機和數(shù)據(jù)采集卡組成，互感器起到信號采集的作用，信號調(diào)理附件能夠?qū)π盘栠M行放大、隔離、濾波等處理，以便更精

34、確、更安全的測量，當(dāng)輸入信號被適當(dāng)調(diào)理后，即可輸出給數(shù)據(jù)采集卡。數(shù)據(jù)采集卡是故障信號分析儀的重要組成部件，其性能指標(biāo)直接影響著分析儀的采樣率、精度等因素。cpu的速度及計算機的內(nèi)存影響著處理數(shù)據(jù)的速度，計算機的硬盤決定它存儲數(shù)據(jù)的容量。3.1 信號調(diào)理電路信號采集系統(tǒng)首要部件就是電流互感器，它置于系統(tǒng)的最前端，它可檢測到100ma100a的交流和直流的電流。原始信號通?；煊信c故障無關(guān)的信號，因此，在將信號輸入計算機進行數(shù)據(jù)采集和處理之前，必須進行信號條理。鑒于本設(shè)計的具體情況，這里的信號條理電路由隔離、濾波等電路組成，接觸網(wǎng)故障信號中含有對計算機和人體有害的高壓脈沖，它不能直接將該信號直接連接

35、到daq卡上，需要隔離處理。采集到的信號，在進入數(shù)據(jù)采集卡之前需進行低通濾波處理。信號調(diào)理電路如圖3-1所示。本電路為典型帶通濾波器，作用是允許某一段頻率范圍內(nèi)的信號通過，而將此頻帶頻帶以外的信號阻斷。在抗干擾設(shè)備中，能夠接受某一頻段內(nèi)的有效信號，而消除高頻段和低頻段的干擾和噪聲。本電路圖中r和c為低通濾波部分，而c和r為高通濾波部分，剩下的電路為放大電路，作用是放大電路信號，使之能夠把信號放大到數(shù)據(jù)采集卡能夠接受到的范圍。圖3-1 信號調(diào)理電路輸入端的電阻r和電容c組成低通電路，另一個電容c和電阻r組成高通電路，二者串聯(lián)起來接在集成運放的同相輸入端。而輸出端通過電阻r引回一個反饋，使輸出電壓

36、在高頻段迅速下降，但在接近于通帶截止頻率f的范圍內(nèi)又不要下降太多，從而有利于改善濾波特性。因為且 則他的傳遞函數(shù)是： (3-1)與其標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)相比可以求出： (3-2) (3-3) (3-4)代入數(shù)據(jù)得q=4.6該帶通濾波器的帶寬為： (3-5) (3-6) (3-7)解得信號調(diào)理將數(shù)據(jù)采集設(shè)備轉(zhuǎn)換成一套完整的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，這是通過直接連接廣泛的傳感器和信號類型來實現(xiàn)的。關(guān)鍵的信號調(diào)理技術(shù)可以將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的總體性能和精度提高10倍。信號調(diào)理簡單的說就是將待測信號通過放大、濾波等操作轉(zhuǎn)換成采集設(shè)備能夠識別的標(biāo)準(zhǔn)信號。是指利用內(nèi)部的電路(如濾波器、轉(zhuǎn)換器、放大器等)來改變輸入的信號類型并輸出。因為

37、工業(yè)信號有些是高壓，過流，浪涌等，不能被系統(tǒng)正確識別，必須把他調(diào)整清理。一般的采集卡上都帶有可編程的增益，但具體要不要作信號調(diào)理，要視待采信號的特點而定，若信號很小，則要經(jīng)過放大信號調(diào)理到采集卡能夠識別的范圍，若信號干擾較大，就要考慮采集之前濾波了。3.2數(shù)據(jù)采集技術(shù)簡述數(shù)據(jù)采集(daq)，是指從傳感器和其它待測設(shè)備等模擬和數(shù)字被測單元中自動采非電量或者電量信號，送到上位機中進行進一步分析，處理。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是結(jié)合基于計算機或者其他專用測試平臺的測量軟硬件產(chǎn)品來實現(xiàn)靈活的、用戶自定義的測量系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集技術(shù)(data acquisition)是信息科學(xué)的一個重要分支，它研究信息數(shù)據(jù)的采集、存儲

38、、處理以及控制等作業(yè)。在智能儀器。信號處理以及工業(yè)自動控制等領(lǐng)域，都存在著數(shù)據(jù)的測量與控制問題。將外部世界存在的溫度、壓力、流量、位移以及角度等物理量應(yīng)用非電量電測技術(shù)轉(zhuǎn)換成電信號和模擬量，然后再轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再收集到計算機并進一步予以處理、傳輸、顯示與記錄這一過程，即稱為“數(shù)據(jù)采集”。數(shù)據(jù)采集技術(shù)已在雷達(dá)、通信、水聲、遙感、地質(zhì)勘探、振動工程、無損檢測、語聲處理、智能儀器、工業(yè)自動控制以及生物醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用10。科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，已在速度、分辨率、精度、接口能力軟件設(shè)計以及抗干擾能力等方面向現(xiàn)代數(shù)據(jù)采集技術(shù)提出了越來越高的要求，隨著微電子技術(shù)與計算機科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)采集技術(shù)

39、的應(yīng)用領(lǐng)域也會更為廣闊。3.3數(shù)據(jù)采集卡的選擇數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的任務(wù)是采集原始數(shù)字信號，數(shù)據(jù)采集卡是進行高速直接數(shù)據(jù)采集的理想設(shè)備。其主要指標(biāo)有采樣精度、采樣速度。采樣精度由轉(zhuǎn)換器的位數(shù)來決定，而采樣速度是與采樣頻率不可分的11。數(shù)據(jù)采集卡的選擇主要與采樣率、測量通道、分辨率和測量精度有關(guān)。采樣率即在單位時間內(nèi)的測量次數(shù)，一般用hz即采樣頻率來表示。采樣率的選擇，取決于被測量的信號的變化速度，根據(jù)奈奎斯特采樣定理，所需的采樣頻率應(yīng)為所測信號的最高頻率分量的兩倍以上。測量中需將模擬信號經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換成二進制的數(shù)字信號，分辨率是將滿量程信號經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換后得到的二進制數(shù)的位數(shù)，分辨率越高，意味著可檢測出的

40、電壓變化越小。分辨力指能辨別一個物體不同部分的能力。精度是指與實際或標(biāo)準(zhǔn)信號的一致性。對于接觸網(wǎng)參數(shù)檢測系統(tǒng)來說，其分辨力包括水平分辨力和垂直分辨力兩種，精度也包括水平和垂直兩種精度，它們都是非常重要的參數(shù)。綜合考慮應(yīng)選用100mhz的板卡才能完成接觸網(wǎng)的故障信號的測量工作。測量通道是整個系統(tǒng)所需測量的信號數(shù)量，產(chǎn)品不同，可測量的通道也不同。在選取產(chǎn)品時需要注意以下幾點：可測通道數(shù)是否滿足系統(tǒng)要求；在測量多通道時，應(yīng)注意產(chǎn)品能否擴展及最多可擴展的通道數(shù)。綜合以上各因素考慮選取美國ni公司生產(chǎn)的高速數(shù)字化儀ni-5112卡，它基于pxi總線，保證了信號的實時高速不間斷采樣，比基于vxi總線的虛擬

41、儀器具有更高的采樣速率和處理數(shù)據(jù)的能力，其主要技術(shù)指標(biāo)為：信號輸入范圍25mv25v，變化范圍在10%；模擬輸入選擇1m或50的阻抗，選擇交流或直流耦合，每通道將直流電壓抵消到輸入的20倍；每個模擬輸入通道采樣速率100ms/s實時采樣；它具有高精度的定時電路，能以2.5gs/s隨機時間間隔采樣；100mhz帶寬來除去高頻噪聲，8位垂直精度，提供2路同步采樣通道，每通道16或32mb內(nèi)存；ni-5112卡以高速率將數(shù)據(jù)送入內(nèi)存中，由于具有雙緩沖能力，數(shù)據(jù)以單個模式或多記錄模式被連續(xù)的壓入內(nèi)存；記錄快速，觸發(fā)時間可達(dá)2ns精度。所以選擇ni公司的ni-5112卡可以完成所需任務(wù)。 ni-5112

42、卡有三個觸發(fā)源模擬觸發(fā)、數(shù)字觸發(fā)、軟件控制觸發(fā)。這里采用數(shù)字觸發(fā)源。儀器驅(qū)動程序：儀器驅(qū)動程序是連接上層應(yīng)用程序與底層輸入/輸出的紐帶，驅(qū)動程序功能包括儀器命令的語法、i/o接口協(xié)議、數(shù)據(jù)語法分析等。軟件包括650多種世界各地主要廠家生產(chǎn)的儀器的驅(qū)動程序。儀器驅(qū)動程序不但為用戶程序設(shè)計節(jié)約了時間和精力,而且為用戶提供了重要的模塊化代碼,使用戶很方便地進行設(shè)計。驅(qū)動程序減少了用戶自己開發(fā)應(yīng)用程序的時間,由于不需要學(xué)習(xí)復(fù)雜的程序設(shè)計協(xié)議,使得用戶對儀器的控制也變得簡單。由硬件實現(xiàn)信號和安全閾值比較，將結(jié)果置成高電平或低電平，送入ni-5112卡的trigger端口中，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)采集卡的觸發(fā)。ni-

43、5112卡的外形圖和i/o接口如圖3-2和圖3-3所示。圖3-2 ni-5112卡的外形圖 圖3-3 ni-5112卡i/o接口圖連接信號圖如圖所示3-3所示為ni-5112的接口，包含三個bnc五針接口，一個sbm接口和一個九針din圓縮針接口。有兩個bnc接口即ch0和ch1是用來測量所輸入的模擬信號接口。第三個bnc接口是pf11，用作外部數(shù)字觸發(fā)器和產(chǎn)生探針補償信號。pin接口和aux，作為一個附加的外部數(shù)字觸發(fā)線存儲輸入pf12。3.4 數(shù)據(jù)采集卡的安裝在使用軟件進行數(shù)據(jù)采集之前，需要對ni-5112卡進行安裝與設(shè)置，主要步驟如下：(1)安裝ni-5112卡驅(qū)動程序，在windows

44、平臺上安裝ni-5112卡的驅(qū)動程序，程序?qū)⑻崾居脩羧绾伟惭b，每一步進行典型安裝即可。驅(qū)動軟件ni-scope為labview提供了daq(數(shù)據(jù)采集)設(shè)備和信號調(diào)理硬件之間的高級連接端口。(2)ni-5112卡的安裝與配置，按照用戶手冊，將卡插入pc機的標(biāo)準(zhǔn)總線擴展槽內(nèi)，注意必須首先安裝驅(qū)動程序，然后裝ni-5112卡，否則有的軟件控件將裝不上。當(dāng)驅(qū)動軟件安裝完畢后，在桌面上出現(xiàn)“measurement&automation”的圖標(biāo)，雙擊該圖標(biāo)進入數(shù)據(jù)采集卡設(shè)置與測試界面，對卡進行各個參數(shù)的設(shè)置。第4章 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計在給定了計算機必要的儀器硬件之后，使用虛擬儀器的關(guān)鍵在于軟件。軟件為

45、用戶提供了集成開發(fā)環(huán)境、高水平的儀器硬件接口和用戶接口。美國國家儀器公司提出的“軟件即是儀器”的口號形象的概括了軟件在虛擬儀器技術(shù)中的重要作用。對于虛擬儀器應(yīng)用軟件的編寫，大致可分為兩種方式： (1)通用編程軟件編寫。主要有vb、vc+、delphi、power builder； (2)用專業(yè)圖形化編程軟件編寫。如labview和labwindows/cvi等。采用圖形化編程語言labview作為虛擬儀器的開發(fā)平臺。軟件設(shè)計是虛擬儀器設(shè)計的關(guān)鍵，主要包括前面板設(shè)計和框圖(源代碼)程序設(shè)計。前面板是vi代碼的接口，用于設(shè)置和觀察輸入、輸出量，它是模擬真實器件設(shè)計的，其效果形象直觀?？驁D程序面板用

46、來控制數(shù)據(jù)的流動方向，完成系統(tǒng)的編程。 4.1 labview簡介labview是一種程序開發(fā)環(huán)境，由美國國家儀器(ni)公司研制開發(fā)的，類似于c和basic開發(fā)環(huán)境，但是labview與其他計算機語言的顯著區(qū)別是：其他計算機語言都是采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼，而labview使用的是圖形化編輯語言g編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式12。4.1.1 labview軟件的特點虛擬儀器軟件開發(fā)環(huán)境選取先進的圖形化編程軟件labview2010，它是21世紀(jì)由美國國家儀器公司提出的創(chuàng)新軟件，也是目前應(yīng)用最廣泛、發(fā)展最快、功能最強的圖形化軟件開發(fā)環(huán)境，它利用計算機的強大功能實現(xiàn)信號的運算、分析和處理，

47、利用i/o接口設(shè)備，完成信號的采集、測量與調(diào)理，從而完成各種儀器系統(tǒng)的測試功能。labview是ni公司推出的一種基于g語言的虛擬儀器軟件開發(fā)工具，它具有如下特點： (1)采用面向?qū)ο蟮姆椒ê透拍?，有利于軟件的開發(fā)和再利用； (2)支持550多種標(biāo)準(zhǔn)總線設(shè)備及采集卡，如串行接口、gpib、vxi等。(3)提供豐富的數(shù)據(jù)采集、分析及存儲的庫函數(shù)，數(shù)學(xué)分析和信號處理庫包含了數(shù)以百計的vi，用于統(tǒng)計、時域和頻域分析、濾波、回歸等；便于提高開發(fā)速度； (4)提供傳統(tǒng)的程序調(diào)試手段，如設(shè)置斷點、單步運行，同時提供獨具特色的執(zhí)行工具，使程序動畫式運行，便于設(shè)計者觀察到程序運行的細(xì)節(jié)，使程序調(diào)試和開發(fā)更為簡

48、捷、方便； (5)提供了比較完備的代碼接口，可調(diào)用windows中的動態(tài)鏈接庫(dll)中的函數(shù)以及c、vc/vc+、matlab等、直接支持動態(tài)數(shù)據(jù)交換(dde)等，便于與其他windows應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序接口，使labview功能更強大，應(yīng)用范圍更廣泛。(6)具有強大的internet功能，支持tcp網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，方便網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程測控儀器開發(fā),可遙控分布在其他微機上的虛擬儀器設(shè)備；因此，labview2010是電氣化鐵路接觸網(wǎng)參數(shù)自動檢測系統(tǒng)軟件設(shè)計的最佳軟件設(shè)計平臺。4.1.2 labview的程序組成labview程序稱為虛擬儀器程序(virtual instrument 簡稱vi)

49、。一個最基本的vi由3部分組成：前面板(panel)、框圖程序(diagram programme)和圖標(biāo)/連接端口(icon/terminal)。(1)前面板：用于設(shè)置輸入數(shù)值和觀察輸出量，稱輸入量為控制(control)，稱輸出量為指示(indicator)。在前面板中，用戶可以使用各種圖標(biāo)，如旋鈕、按鈕、開關(guān)、實時趨勢圖等，就像真實的儀器面板一樣。前面板由控制、指示和修飾 構(gòu)成?？刂剖怯脩粼O(shè)置和修改vi程序中輸入量的接口；指示則用于顯示由vi程序產(chǎn)生或輸出的數(shù)據(jù)；修飾的作用僅是將前面板點綴的更加美觀，并不能作為vi的輸入或輸出來使用。(2)框圖程序：每一個前面板都有一個流程圖式的框圖程序

50、與之對應(yīng)。流程圖式的程序設(shè)計與數(shù)據(jù)流和方塊圖的概念是一致的,而且由于流程圖與傳統(tǒng)程序設(shè)計語言的語法細(xì)節(jié)無關(guān)，構(gòu)建和測試程序就可以少費時間?？驁D程序用圖形化編程語言編寫，可以把它理解成傳統(tǒng)編程語言程序中的源代碼?？驁D程序由節(jié)點(node)和數(shù)據(jù)連線(wire)組成。節(jié)點是vi程序中的執(zhí)行元素，節(jié)點之間由數(shù)據(jù)連線按照一定的數(shù)據(jù)邏輯關(guān)系相互連接，它可定義框圖程序內(nèi)的數(shù)據(jù)流動方向。節(jié)點之間、節(jié)點與前面板之間是通過數(shù)據(jù)端口和數(shù)據(jù)連線來傳遞數(shù)據(jù)的。數(shù)據(jù)端口是數(shù)據(jù)在前面板對象和框圖程序之間傳輸?shù)耐ǖ?，是?shù)據(jù)在框圖程序內(nèi)的節(jié)點之間傳輸?shù)慕涌?。labview中有三種類型的數(shù)據(jù)端口?？刂贫丝诤椭甘径丝诳刂贫丝诤椭?/p>

51、示端口用于前面板對象，當(dāng)vi程序運行時，控制輸入的數(shù)據(jù)通過控制端口傳遞到框圖程序，為其中的程序使用。產(chǎn)生的輸出數(shù)據(jù)再通過指示端口傳輸?shù)角懊姘逯袑?yīng)的指示中顯示。當(dāng)在前面板創(chuàng)建或刪除控制或指示時，labview會自動在框圖程序中創(chuàng)建或刪除相應(yīng)的端口。節(jié)點端口為了與外界交換數(shù)據(jù)，每個節(jié)點都有一個或數(shù)個數(shù)據(jù)端口(terminals)用以輸入和輸出數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)連線是數(shù)據(jù)端口之間的數(shù)據(jù)通道。在數(shù)據(jù)連線中數(shù)據(jù)是單向流動的，從源端口流向一個或多個目的端口。圖標(biāo)/連接端口圖標(biāo)/連接端口可以把vi變成一個對象(subvi,即vi子程序)，然后象子程序一樣在其它vi中調(diào)用。圖標(biāo)作為subvi的直觀標(biāo)記，在被其它vi

52、調(diào)用時，代表subvi中的所有框圖程序。連接端口表示該subvi與調(diào)用它的vi之間進行數(shù)據(jù)交換的輸入/輸出口。采用前面板、流程圖、圖標(biāo)等,用戶就對整個系統(tǒng)實現(xiàn)圖形化描述,同時,用戶還可以隨時改變虛擬儀器的軟件來滿足自己的需要。與傳統(tǒng)的編程方式相比,使用labview設(shè)計虛擬儀器,可以提高效率410倍。同時，利用其模塊化和遞歸方式，用戶可以在很短的時間內(nèi)構(gòu)建、設(shè)計和更改自己的虛擬儀器系統(tǒng)。labview具有三個圖形化工具模板，用于創(chuàng)建和運行程序，即工具模板(tool palette)、控制模板(controls palette)和功能模板(function palette)。工具模板主要用于vi

53、的創(chuàng)建、修改和調(diào)試，提供用于圖形操作的各類工具，如：移動、選取、設(shè)置斷點、文字輸入等。在windows菜單中單擊show tool palette命令可以打開該模板?？刂颇０鍎t提供所有用于前面板編輯、控制和實現(xiàn)對象的圖表以及一些特殊的圖形。其中每個工具圖標(biāo)代表一個模板，并且每個工作圖標(biāo)包含一系列子模板?？刂颇０逯挥星懊姘宕翱诓拍苷{(diào)用。功能模板是創(chuàng)建框圖程序的工具。labview框圖編程的所有函數(shù)按照功能分類都分布在功能模板的各個子模板里。功能模塊上的對象包括簡單的數(shù)學(xué)運算、高級數(shù)據(jù)采集和分析方法、以及網(wǎng)絡(luò)和文件輸入輸出操作該模板上的每一個頂層圖標(biāo)都表示一個子模板。功能模板只有在框圖程序窗口才能

54、調(diào)用。4.2 labview的常用數(shù)據(jù)類型labview作為一種通用的編程語言，與其他文本編程語言一樣，它的數(shù)據(jù)操作是最基本的操作。labview是用“數(shù)據(jù)流”的運行方式來控制vi程序。數(shù)據(jù)流是labview的生命，運行程序就是將所有輸入端口上的數(shù)據(jù)通過一系列節(jié)點送到目的端口。labview主要的數(shù)據(jù)類型包括標(biāo)量類型(單元素)，如數(shù)值型、字符型和布爾型；還包括了結(jié)構(gòu)類型(包括一個以上的元素)，如數(shù)組和簇。labview數(shù)據(jù)控件模版將各種類似的數(shù)據(jù)類型集中在一個子模版上以便于使用。數(shù)據(jù)類型主要有數(shù)值量、邏輯量。字符串。文件路徑等幾類，所以一個數(shù)據(jù)類型子模版有相當(dāng)多的項目，如一個數(shù)值類型可以顯示為一個簡單的數(shù)字、一個條圖、一個滑塊、一個模擬計量器或者顯示在一個圖表中。labview的數(shù)據(jù)類型與傳統(tǒng)編程語言中的數(shù)據(jù)類型基本類似，除了具有一般的數(shù)據(jù)類型之外，還有一些獨特的數(shù)據(jù)類型。三維曲面圖的介紹：三維曲面圖如圖4-1所示，即3d surfance graph用于顯示三維空間的一個曲面，即3d surfance graph是一個activex控件，提供了用于制作圖的屬性和方法。在前面板放置一個三維曲面控件時，框圖中將出現(xiàn)兩個坐標(biāo)，如圖所示，一個是avtivex控件的圖標(biāo)，另一個是3d surfance.vi，該vi負(fù)責(zé)三維制圖。圖4-1 三維曲面圖activ