关键词：虚拟仪器 PXI总线 LabVIEW 测控系统
1. 引言
科学技术的发展是和测试技术的发展紧密联系在一起的，许多重大科学成果是靠先进的试验手段获得的，因此拥有先进的科学试验是科学技术现代化的一个标志，液压行业也是如此。
本文研究的是基于PXI总线的液压测控系统。期望通过寻求合理的测试方案，克服现行工业中所采用的传统测试系统所存在的不足，较好的完成液压系统的性能测试，推广虚拟仪器在自动测控系统中的应用。
2. 虚拟仪器现状与发展方向
2.1 虚拟仪器简介
虚拟仪器是随着计算机技术、现代测量技术、电子仪器技术的发展而产生的一种新型仪器，是在通用计算机的基础上配以专门设计的硬件（如数据采集卡、VXI/PXI机箱等）和软件，既有类似于传统仪器的操作面板，也有传统仪器所没有的特殊功能。它是利用I/O接口设备完成信号的采集、测量和调理;利用计算机强大的软件功能实现信号数据的运算、分析和处理;利用显示器的显示功能来模拟控制面板，以多种形式表达输出检测结果;从而完成各种测试功能的一种计算机仪器系统。目前较常用的虚拟仪器是数据采集系统、GPIB控制系统、VXI、PXI仪器系统以及这几者之间的任意组合[1]。
2.2 PXI总线的特点
PXI总线是以CompactPCI为基础，由具有开放性特点的PCI总线扩展而来的（于1997年由NI公司提出）。PXI构造类似于VXI结构，但它的设备成本更低、运行速度更快，体积更紧凑，其符合工业标准，在机械、电气和软件特性方面充分发挥PCI总线的优点。目前基于PCI总线的软硬件均可应用于PXI系统，因而PXI系统具有良好的兼容性。另外，PXI还有高度的可扩展性，它有8个扩展槽，通过使用PCI—PCI桥接器，它更可扩展到256个扩展槽。现在PXI总线的传输速率已经达到132Mbps，最高为500Mbps，是目前已经发布的最高传输速率。台式PC的性价比与PCI总线面向仪器领域的扩展优势相结合，将形成未来主要的虚拟仪器平台。
2.3 虚拟仪器的特点
＊基金项目：国家自然科学基金项目（60572001）电容称重传感器研究及在车辆称重中的应用
虚拟仪器概念是对传统仪器概念的重大突破，是计算机与仪器仪表相结合的产物。与传统仪器相比，虚拟仪器具有很高的灵活性，用户可以通过编制软件来定义它的功能。虚拟仪器的硬、软件都具有开放性、模块化、可重复使用及互换性等特点。软件是虚拟仪器的核心，虚拟仪器使得用户能够根据自己的需要定义仪器的功能。
2.4 虚拟仪器的应用
虚拟仪器技术在发达国家的应用已非常普及，我国近年来也很重视这方面的研究开发。清华大学汽车系利用虚拟仪器技术构建的汽车发动机检测系统，用于汽车发动机的功率特性、负荷特性等。浙江大学流体传动及控制国家重点实验室应用虚拟仪器技术，开发了V-SDTH液压元件通用计算机辅助测试系统，实现各种阀的稳动态测试，北航为航天二院某所开发了实验室多设备的试验管理系统等。这些都取得了良好的实际应用效果。
3 虚拟仪器技术在液压试验台上的应用
3.1 液压泵试验台测控系统设计要求
进行JB/T 7044-93《液压轴向竹塞泵实验方法》第5.3条“出厂试验”规定的实验项目中的泵的“排量验证试验”、“容积效率试验”、“变量特性试验”和“外渗漏检查试验”等，要求达到GB/T 7936-87 《液压泵、马达空载排量测定方法》第3.8.1条中所规定的B级测试精度和JB/T 7044-93《液压轴向柱塞泵实验方法》第4.5条中所规定的B级测量精度。
3.2 采取的技术路线与试验方案
为了实现液压泵性能参数的测试，需要对液压泵源系统压力、流量、温度、转矩、转速等参量进行测试和控制。同时为了保证系统安全运行, 系统具有超压、超温、滤油器污染、低液位等报警功能, 报警的同时采取相关安全措施如：卸荷、关闭泵源等。系统加载装置图见图2：
3.3 测控系统
1.软、硬件配置
本测试系统要求高精度、高可靠性、及实时性，综合虚拟仪器几种硬件构成方案，本测控系统采用NI公司PXI总线测试系统。采用NI-1042机箱，内置PXI-86控制器。采用Windows XP操作系统，安装Labview虚拟仪器软件，完成数据的采集、运算、控制、存储、绘图、分析打印等工作。本系统采用NI公司的M系列NI6259多功能卡和西门子S7-200可编程控制器。测试系统的总体结构图见图3 ：
图3 测试系统总体结构图
2.信号调理
各传感器均为4-20mA的标准电流输出。这些信号串接500 精密电阻转换为该多功能卡所需要的电压信号。重要信号，如控制变频器的输出信号和控制节流阀压力的信号由信号隔离模块隔离;既需要进入计算机又需要接入PLC的I/O点用光电隔离模块隔离。
3.测控软件[2][3]
测控系统软件是试验台系统的关键部分。它通过通信设备获取信息，同时向用户显示所需要的信息。测控系统软件所要完成的任务有：数据采集、参数设置、数据分析处理、参量显示、数据存储、信号报警、报表打印等。考虑到LabVIEW用户界面风格友好、开发程序效率高和易于用户使用及开发扩展的优势。本系统采用LabVIEW软件作为开发平台。
1. 系统设置模块。包括自检和硬件设置两个子菜单项。自检是在接好连线，有用户确认后自动进行，硬件设置允许永鼠标点击，选取具体的开关进行工作状态观察。
2. 项目选择与测试模块。这是测控系统的核心模块。它调用测试的有关信息，由获得的各种检测数据操纵系统相关元件进行建立与转换、数据采集，最终经过数据处理算法获得各个测试点的检测结果。
3. 结果模块处理。将负责各具体对象的规范化结果报表文件的生成、绘图、显示、打印及存储工作。它是后期完成的工作，它对采样信号进行非实时的再现和处理，如频谱分析、图形处理等。
4. 帮助和退出模块。帮助模块为用户提联机帮助，指导用户正确操作;退出模块是系统退出测试。
系统测试主界面图如图4所示：
图4 系统测试主界面图
测试结果转矩随出油压力变化曲线如图5所示：
图5 压力转矩变化测试图
4. 小结
本文的创新点是将计算机控制、检测技术与液压控制技术有效地结合起来，可对系统中各参量进行实时控制与检测。采用LabVIEW 虚拟仪器软件作为开发平台，具有开发周期短，节约研制经费，用户界面友好等优点。经实际运行，该系统具有检测精度高、运行稳定可靠、操作方便等特点。
参考文献：
[1] 杨乐平 李海涛 虚拟仪器技术概论[M] 电子工业出版社 2003.07
[2] 王占林 飞机液压高压能源系统[M] 北京航空航天大学出版社 2004.10
[3] 孙洪亮 基于虚拟仪器技术的液压泵效率试验系统 自动化仪表[J] 2005 No.3 25-27
[4] 毕虎 律方成 李燕青 李和明. LabVIEW中访问数据库的几种不同方法[J]. 微计算机信息，2006（1）：131-134.
