基于LabVIEW的电机轴承-转子系统测试无线监控系统的研究与实现

孟辉 李松

（中国船舶重工集团公司第七一二研究所，武汉 430064）

0 引言

大型电机轴承-转子系统的现场测试系统其测量、输入、输出、结果分析有可能分布在不同的地理位置，借助远程监控技术能将具有不同功能的测试设备有效地连接起来共同完成整个测试任务，使昂贵的硬件设备、软件等在网络内得以共享，减少设备重复投资，并实现测试的综合自动化[1]。某些具有危险性的、环境恶劣的实验，不适合人员现场操作，也需要实行远程控制，将采集的数据自动存入服务器中供用户使用[2]。随着计算机网络的发展，虚拟仪器与 Internet无线网络技术的结合为虚拟仪器网络化、大型工业现场远程测控提供了更好的实现平台[3]。

无线网络灵活性高，拆卸方便，移位后不要重装布线，重复使用性好；无线网络扩展简单，重建速度快；覆盖范围大，采用合适的布点技术，可以使地理环境限制减少到零；无线扩频通信在出现故障时能快速找出原因，恢复线路正常运行，其在可靠性、可用性和抗毁性等很多方面超出了传统的有线通信方式，尤其在一些特殊的地理环境下，更是体现出其优越性。将有线的连接方式转换为无线的连接方式成为实施大型轴承-转子系统测试实验的一个必然趋势。因此，本文综合几种网络通信功能实现方法研究的基础上，提出了一套基于LabVIEW的电机轴承-转子测试系统的网络虚拟实验平台，并利用该平台进行转子摩擦学的实验。

1 LabVIEW的网络功能分析

LabVIEW 的虚拟仪器网络平台是一个为远程虚拟实验室提供基础的平台[4]。LabVIEW 支持多种网络通信功能，通过多次实验分析比较得出这几种网络通信方式的特点，如表1所示。根据轴承-转子测试系统的特点和数据分析，可以采用TCP通信技术和Remote Panels通信技术。

2.1 TCP

TCP（Transmission Control Protocol）使用简单的IP服务，提供一种面向连接的、可靠的传输层服务。TCP传输方式对数据是无损的，最安全，不容易丢失数据而且效率高[5]，为典型的传输大量数据或需要接受数据许可的应用程序提供面向连接的可靠的通信。体现在 LabVIEW 应用中，可以直接调用TCP模块完成流程编写，而无需过多考虑网络的底层实现。

表1 LabVIEW的网络通信主要功能特点对比

2.2 Remote Panels

Remote Panels是LabVIEW专门为远程数据采集设计的高度封装的网络通信功能，可以以非常简单的方式直接在本地计算机上打开并操作位于远程计算机上的 VI前面板，甚至可以将LabVIEW VIs的前面板窗口嵌入到一个网页中并在网页中直接操作它[6]。这是其它通信方式不具有的优点；在扩展方面，只需设计不包含远程任务的本地采集，就可以通过Remote Panels变为远程采集，因此实验的扩展仅仅与实验本身的扩展有关而不涉及实验的远程通信。

2 无线监控系统整体架构设计

在对 LabVIEW 的几种网络通信功能实现方法研究的基础上，提出了一套基于 LabVIEW 的电机轴承-转子测试系统的网络虚拟实验平台。整个实验平台的架构如图1所示，其中服务器的数据库管理系统为 SQL Server 2000，测控软件为LabVIEW8.6，硬件设备为NI公司的数据采集卡USB-6218以及一些前端电路设备；此外利用300M 无线宽带路由器（型号 TL-WR800N），它采用业内领先无线芯片方案，无线传输速率最高可达 300Mbps，是 TL-WR700N速率的 2倍，TL-WR800N还采用了 MIMO多收多发天线技术、CCA空闲信号检测技术等先进11N技术，有效提升无线信号的穿透力和稳定性，消除无线盲点。

图1 网络虚拟实验平台架构

远程监控系统分为两部分：一部分通过TCP技术实现实验设备工作状态监控。设备的状态监视需要把视频数据准确的传输出来，要求速度快。另外这部分的远程控制系统的编程是相对简单的，设备如何扩展与测控技术都无关，因此选择TCP技术，此部分为C/S模式。

另一部分为电机轴承-转子系统测试实验程序的监控，这部分编程比较复杂，以需要实时监控的试验设备为对象，需要远程控制该设备的数据采集实验操作。在本地客户端计算机上打开并操作位于远程服务器端计算机的 VI前面板，同一时刻一个客户控制实验，多个客户监视数据变化。服务器端测试任务变化后，客户端不需要更改，使客户端的配置尽量简单、实验系统的管理更加方便。具体采用Remote Panels来实现，这部分为B/S模式。

3 基于LabVIEW的远程监控系统的实现

3.1 利用TCP技术实现设备状态的远程监控

系统在进行设备的网络监控之前，需要将视频图像采集出来，然后再利用TCP通信技术将视频数据传输出去。本文采用基于USB的摄像头对设备的图像信号进行采集，LabVIEW的数据流程依次为：进行设备的初始化约（100ms）、图像捕获、平滑图片、判断保存、关闭设备等。摄像头的数据采集与TCP的通信同步。

LabVIEW中利用已发布的TCP VI来实现视频数据的传输，工作模式如图2所示。

图2 双机TCP通信流程图

（1）首先 Server主机初始化，制定网络通信端口（此处为9000），并用TCP Listener .vi节点建立TCP听者，等待Client发送的连接请求；

（2）Client计算机开启TCP连接，设定网络地址和端口，网络地址为Server的名称，端口值要与Server端的一致；

（3）Server主机响应并建立数据传输通道；

（4）连接过程进行网络错误判断，若有网络错误则关闭摄像头，中断连接；

（5）数据传输，利用TCP Write/ Read. vi模块完成，Server将摄像头采集的数据以及数据长度写入TCP，客户端相应的读取TCP的数据和数据长度，并进行图像显示；

（6）传输完毕中断连接，并关闭摄像头。

3.2 实验程序的远程监控系统

采用 Remote Panels来实现实验程序部分的远程控制。首先配置LabVIEW Web Server，它包含三个方面的：（1）文件路径和网络设置；（2）VIs访问权限设置；（3）客户机访问权限设置。所有的配置参数可以在程序中动态地配置。为了提供网页浏览器的访问，必须利用 LabVIEW 的Web发布工具将测试程序发布出去，具体步骤：

第一步：在Web Server端计算机中打开设计好的摩擦学测试系统程序的前面板窗口。

第二步：在 Client端的 LabVIEW菜单栏中选择操作-连接远程前面板，进行一系列的设置：服务器计算机的 IP地址、域名或计算机名；VI名字栏中输入想要控制的远程 VI的名称，如test.vi；在端口栏中输入 Web服务器配置中设定的HTTP Port；控制项目包括实验的开始、停止、参数设置、数据保存、控制权的时间。注意的是服务器与客户端的端口要选择一致。

4 实验与结论

采用所开发的监控系统，利用环-块摩擦磨损试验机进行摩擦学试验，上试样GCr15，下试样45#。试验条件：载荷28.3N，润滑剂40#原液，试验时间10min，电机转数200rmp。服务器与客户端距离 500m，隔 3道墙壁，路由器在距服务器50m的位置。

采集图像程序前面板如图3所示，利用USB摄像头采集到的设备状态可以清晰的观测到摩擦副的接触情况。转子-轴承摩擦学测试实验程序远程控制部分的服务器端以及客户端的前面板如图4 的（a）、（b）所示。

图3 采集图像程序前面板

图4 服务器端以及客户端摩擦学实验程序前面板

采用所开发的系统，进行了大量验证性试验。从工作情况看，客户端设备监控程序基本能无失真地接收服务器端发送过来的视频数据，网络传输工作延时短（约 3ms）。说明基于 TCP协议的网络通信是可靠的，能够成功完成图像数据的传送，可以应用到电机转子-轴承摩擦系统分布式现场监控中；另外摩擦学试验程序的监控灵活性非常好，可控性强，可远程控制摩擦学实验的各种参数，响应速度快。为摩擦学测试系统提供强大的技术支持。

[1]朱文凯, 陶波, 何岭松. 基于 Internet 的测控系统——网络化仪器.中国计量，2004 ,7 :53-54.

[2]林静, 林振宇, 郑福仁. LabVIEW 虚拟仪器程序设计从入门[M]. 人民邮电出版社 2010.07.

[3]梁惺彦, 和卫星. LabVIEW 实现远程数据采集与传输[J].微机算机信息, 2004, 20(9).

[4]Test Electric Components with LabVIEW Controlled Virtual Instruments. Computer Based Measurement and Automation National Instrument, (2004).

[5]Fall K, Floyd S. Simulation－based comparison of Tahoe, Reno, and SACK TCP[J]. Computer Communication Review, 2003,5-21.

[6]李迺璐, 吕跃刚, 范晓旭. 基于 LabVIEW 风电监控系统的通信设计与实现[J].计算机应用与软件, 2010,25.