基于LabVIEW的空调热工设备运行监控系统的开发

【摘 要】本文以图形化语言LabVIEW为软件开发平台，以一台典型的柜机空调为被控对象，以松下FP2型PLC为下位控制器实行现场级控制，以一台PC为上位机通过RS232与PLC交互实现对空调设备的上位监控，以另一台PC为远程终端通过以太网与上位PC的通讯实现对空调系统的远程监控，从而建立了从空调设备-下位控制-上位监控-远程監控的网络控制构架，开发出一套完整的空调热工设备运行监控系统，实践了LabVIEW在测控系统中的应用。

【关键词】LabVIEW PLC 网络监控

空调作为一类重要的热工设备在日常生产生活中占据及其重要的地位，对空调系统的实时监控非常重要，为了实现对实验室空调系统的网络监控，本文需要构建一个从空调设备-下位控制-上位监控-远程监控的网络控制构架，这需要一个优秀的软件开发平台来实现各项监控功能。因此，本文以图形化语言LabVIEW为软件开发平台，选择一台典型的柜机作为被控对象，以PLC对其进行下位操控，利用LabVIEW强大的人机交互与网络拓展功能，实现上位PC、远程PC通过PLC对空调系统的监控。

在系统开发过程中，作者需要解决的问题有：软件开发平台的选择、监控系统的构架、PLC与上位机间的通讯交互、上位机监控软件界面的开发、远程网络监视的功能实现。

1 软件开发平台的选择

本文选择软件平台有以下两个宗旨。

一是软件编写应简单快捷，灵活方便，做到“化难为易”、“化繁为简”。为了实现日益强大而复杂的监控、通讯功能而使工程师陷入软件开发的泥沼是得不偿失的。LabVIEW是图形化编程语言的代表，它的程序是一个个高度封装的框图，易学易用，编程就像“搭积木”一般组装搭建，而不必去钻研那些眼花缭乱、晦涩难读的程序代码，特别适合硬件工程师、实验室技术人员、生产线工艺技术人员的学习和使用，可在很短的时间内掌握并实践各项监控功能。

二是软件平台应具备完全适用于系统开发所需的各项功能。本系统需要良好的人机交互，典型而成熟的封装模块，简单而美观的编制界面、强大的网络扩展功能。LabVIEW是虚拟仪器的优秀代表，流行的G语言，它不仅内置了信号采集、分析测量与数据显示功能，可以制作性能优异的现场测控的语言平台，而且提供了丰富的网络化组件，集成了各种通信协议，是方便工程师研发具有强大网络通信能力的虚拟仪器系统，可实现远程测控。因此，本系统选用LabVIEW作为软件开发平台，能够较为方便快捷的实现所需各项功能。

2 监控系统的构架

本系统的基本框架为空调设备-下位控制-上位监控-远程监控。这是较为典型的过程监控系统。

空调设备即被控对象，为RF7N单元式空调机组，为了实现正常运转，需要对其各项关键数据进行检测与控制（包括各温度、压力等参数），各硬件设备运行工况的监测与控制（包括压缩机、风机等的启停控制），关键设备的故障监测以及一些辅助功能的监视。

下位监控选用一台松下FP2型PLC，负责对空调设备各项运行参数及状态的实时采集。FP2型PLC集三电（电控、电仪、电信）于一体，具有体积小、功能强、性能价格比高等特点。它提供的多点模拟量和数字量输入输出模块能够满足本项目的需求，用以实时采集空调设备的各项数据、各设备工况，输出控制信号实施运行控制；PLC的串口通讯功能也能够满足与上位PC的交互通讯，为工业级的控制提供了通讯纽带。

上位机选用一台支持串口通讯的，安装了LabVIEW软件平台的PC机。操作人员通过LabVIEW平台下的监控软件界面，通过PC与PLC串口通讯，实现对空调设备的运行监视，数据处理分析，发出指令启停控制相关设备等最主要的控制。

远程PC同样安装了LabVIEW软件平台，与上位PC间通过以太网交互，从而实现对系统的远程监视。

3 PLC与PC间的通讯交互

PLC与PC间通过RS232串口通讯。

在PLC端，FP2型PLC采用的基本协议为MEWTOCOL。一是MEWTOCOL.COM，它封装了串口通讯协议；二是MEWTOCOL.DATA，是关于数据传输的协议，这是软件开发需要明确的。包括指令信息（读取与写入指定寄存器的数据）、以及收发指令的应答信息，其基本格式如图1所示。上位机所有监视控制动作指令均遵照定义书写。

指令信息： 校验数据范围

% AD

（H） AD

（L） # 指令代码 文本代码

1 BCC

（H） BCC

（L） CR

应答信息（正常时）：

% AD

（H） AD

（L） $ 响应代码 文本代码

1 BCC

（H） BCC

（L） CR

应答信息（发生错误时）：

% AD

（H） AD

（L） 1 错误代码

（H） 文本代码

1 BCC

（H） BCC

（L） CR

图1 基本指令格式

在上位机端，LabVIEW提供了输入输出应用程序接口VISA，包括串口、各总线通讯模块。我们选取串口模块下的VISA Find Resource、VISA Open、VISA Read、VISA Write、VISA Close等函数结合MEWTOCOL.DATA对PLC操作的定义，可方便实现各种监控功能。其中，VISA Find Resource用于初始化串口，包括端口号、波特率、校验方式等；VISA Open、VISA Close用以建立及关闭串口通讯；VISA Read、VISA Write用以读写操作，图1所示的指令信息和应答信息均由这两个函数传递。

4 上位机空调设备监控软件界面的开发

上位机的监控界面功能划分为：运行参数显示、设备状态及故障查询、参数设置、设备运行控制、数据处理。

运行參数显示：吸气温度、排气温度、吸气压力、排气压力、回风温度、回风湿度、液管温度、出风温度、机组运行时间等。

设备状态及故障查询：压缩机运行状态、室内外风机运行状态、四通阀状态、总故障、风机故障、压缩机故障、系统压力故障等。

参数设置：温度设定、控温范围、融霜时间、融霜延时等。

设备运行控制：制冷制热通风等工况切换、自动启停控制、各设备启停控制（如压缩机开关、室内外风机开关、四通阀开关等）

数据处理：重要参数（如回风温湿度）的图形显示及数据记录的查询分析、报表生成及打印等。

要实现以上人机交互的功能，常规的高级文本语言如VB、VC、C#等均存在较大的工作量，而LabVIEW集成了大量功能强大的封装模块，只需要如图形般的拖动组态，后台程序连接各数据流即可轻松完成。

5 远程网络监视的功能实现

远程PC与上位PC间的远程通讯有赖于LabVIEW提供的重要功能DataSocket。它是NI公司推出的一项基于TCP/IP标准、面向测量且能通过网络实现实时高效数据交换的新技术，可用于一个计算机内或者网络中多个计算机应用程序之间的数据交换。DataSocket对底层进行高度封装，所提供的参数友好简单，我们在远程PC上做完交互界面，通过DataSocket封装的各项函数（Write VI、DS Sever和Read VI）可以轻松实现网络数据交互，从而在远程PC上可以实现上位PC相同的功能。在日常使用远程监控时，操作员只需正确输入IP地址即可。

6 结语

本文阐述了组建空调热工设备运行监控系统需要解决的几个关键问题，LabVIEW作为一个优秀的图形开发软件在系统开发过程中起到了重要作用，在控制网络的每个环节都有重要贡献。它大大缩短了开发周期，是人机交互的重要工具，是系统上下沟通的重要桥梁。此外，在实现远程网络的监控功能时，本项目运用的是C/S服务器的模式，即上位PC为服务器、远程PC为客户端，当然我们也可以实践流行的B/S模式，在远程PC上仅仅使用IE浏览器即可实现远程监控功能。

参考文献：

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[2] 许林烽，倪天权.基于LabVIEW与DataSocket的测试系统设计[J].传感器与仪器仪表，2006，22（12-1）：166-168.

[3] 李将渊，吴其俊，王文彬，李元文.基于LabVIEW 8.0 DataSocket技术的远程监测化学虚拟仪器系统[J].计算机与应用化学，2006，23（12）：1327-1330.

[4] 松下公司.FP2型PLC通信协议.

作者简介：徐志伟（1982—），男，江苏无锡人，民族：汉 职称：工程师，学历：研究生。研究方向：热能工程、温湿度计量。