（中广核研究院有限公司 广东深圳）
摘要：本文利用LabVIEW软件结合NI硬件设计出加热功率自动调节系统，调节过程实时监控加热设备状态，在发生过热时及时报警并切除部分功率，保证安全。
关键词：LabVIEW；功率调节；报警切除；
1 前言
工业中常需要使用直接电加热方式的加热设备，加热过程需要不断均匀，稳定的步进控制加热功率，以达到目标工况。手动调节功率需要操作人员频繁操作，每次调节周期不定，且容易出现误操作引发事故。出现过热现象时，由于人的反应时间，手动切除功率会存在滞后，这对于加热设备非常危险。
虚拟仪器是由美国NI公司提出来的[1]，是计算机技术与仪器的组合产物，在测控领域应用广泛[2]。LabVIEW是目前被广泛应用的虚拟仪器软件开发环境，它使用图形化程序语言，可高效的设计完成功能复杂的控制系统。开放的编程界面，非常适合作为测控系统的开发。
本文利用LabVIEW软件与NI硬件设计的功率自动调节与过热报警切除系统，使功率可以按设定步长自动调节，实时监控设备温度，出现过热时，及时报警并自动切除部分功率保证设备安全。
2 软件设计方案
2.1上位机软件设计
上位机软件实现人机交互、功率自动控制算法、数据处理和显示等功能。主要包括Main.vi、Data Process_Mian.vi、DISP_Main.vi三个结构，基本架构如下图所示：
Main.vi负责人机交互，接受前面板控制指令，完成功率自动控制算法，使用队列与数据处理模块 Data Process_Mian.vi进行数据交互并将功率调节指令发送给数据处理模块。前面板如下所示：
图 2控制系统前面板
功率控制，通过调节4-20mA的模拟量控制信号，控制0-100%功率输出。
自动调节按钮按下，程序将按照设定的步进间隔，和步进步长，开始调节电源控制信号，直到达到目标值。若调节过程中，触发过热报警，将会切除部分功率并停止调节。任何参数修改均设置确认按钮与输入限值，防止误输入。
控制信号也可通过升功率和降功率按键手动调节，一次调节手动步长。
过热报警信号是将加热设备的多个测温点温度值和温升速度与设定的温度上限与温升上限比较，任何一个温度点满足一个条件即触发过热报警。
功率调节程序流程图如图3所示：
Data Process_Mian.vi读取下位机通过TCP/IP传输的温度、电流等数据，对原始数据进行数据处理，将数据采集卡的0-5V信号转换为实际值，并判定是否超限。同时将Mian.vi发出的控制指令发送至下位机。是数据的处理中心和传输中枢。
图 4 数据处理主函数功能示意
图 3 功率调节流程图
曲线显示DISP_Main.vi实时数据曲线显示，用于加热设备状态监控。
2.2 下位机软件设计
下位机软件，通过DAQmx的功能子VI配置采集任务，读取数据[3]。将采集数据上传至Data Process_Mian.vi，将上位机的模拟量控制指令通NI-6704数据采集卡发送给加热电源。下位机软件架构如下：
3、硬件设计
功率自动调节与过热报警切除系统硬件主要包括，温度传感器、电流、电压表、隔离模块、光纤交换机、PXI-6255电压采集卡、PXIe-6704模拟量输出卡、PXI-4353温度采集卡、PXIe-1075机箱、PXIe-8115控制器以及工控机。硬件连接方式如下图所示。
图 5 下位机软件架构
图 6 硬件架构图
NI PXI系列机箱及控制器，搭载RT系统，加上数据采集卡、模拟量输出卡构成下位机系统。下位机位于现场测控柜中，可缩短传感器至数据采集卡的距离，节省施工量，同时减少信号衰减。上位机位于远端测控室，操作人员可远离现场危险环境进行控制。上下位机通过TCP/IP协议通讯，光纤传输。
4、实际应用效果
开启自动调节后，加热电流步进均匀上涨，设备温度也同步上涨，控制效果良好，出现过热报警时（图6红框处），自动调节停止，系统按照设定比率切除功率，使温度下降，设备回归稳定状态。
图 7 过热报警后功率部分切除
图 8 设备温度监控
功率自动调节与过热报警切除系统，可自动步进调节功率，出现过热报警及时切除功率保护设备，实际控制效果满意。
4、结论
基于LabVIEW的功率自动调节与过热报警切除系统，实现了功率的自动调节，实时监控设备温度，过热报警及时切除功率。可避免手动调节操作频繁、周期不一、容易误操作、切除滞后等弊端。该控制方案还可引用至阀门、泵等设备的自动控制，基于LabVIEW开发的控制系统，便于功能完善与扩展[4]。
参考文献
[1]张伟，刘红丽.基于LabVIEW的温度测控系统设计[J].国外电子元器件，2008(12)：19-20
[2]陈刚.基于LabVIEW的多点温度监测系统的设计[J].民营科技，2013(12)：4
[3]李达，魏学哲，孙泽昌， LabVIEW 数据采集系统的设计及实现[J].中国仪器仪表，2007(1)：49-52
[4]李杨，谢晖，陈侃，基于LabVIEW 的PID控制系统设计与实现[J].中国测试技术，2008(5)：74-76.
论文作者:颜阳,包志为,施吉,王春意
论文发表刊物:《电力设备》2018年第15期
论文发表时间:2018/8/22
标签：功率论文; 步进论文; 温度论文; 自动调节论文; 数据论文; 设备论文; 系统论文; 《电力设备》2018年第15期论文;