摘 要：本文提出了一種利用虛擬儀器技術(shù)組建測量網(wǎng)絡(luò)的方法，可用于在現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)過程中進行遠程多類型參數(shù)實時測量，便于數(shù)據(jù)的獲取及綜合利用。文中論述了測量網(wǎng)絡(luò)的硬件結(jié)構(gòu)、軟件平臺及應(yīng)用軟件的工作模式。通過應(yīng)用局域網(wǎng)資源和圖形化編程語言LabVIEW的DataSocket技術(shù)模擬在不同網(wǎng)關(guān)下進行網(wǎng)絡(luò)化測量，并得出實驗結(jié)果，從而驗證了在企業(yè)內(nèi)部組建測量網(wǎng)絡(luò)的可行性。
　　關(guān)鍵詞：虛擬儀器 DataSocket 測量網(wǎng)絡(luò)

0引言
　　在參數(shù)測量領(lǐng)域經(jīng)歷了模擬儀器、數(shù)字儀器和智能儀器的充分發(fā)展后，20世紀(jì)90年代末，在信息技術(shù)高速發(fā)展的帶動下，該領(lǐng)域進入了虛擬儀器和網(wǎng)絡(luò)化測控技術(shù)階段。

　　虛擬儀器技術(shù)是計算機技術(shù)和傳統(tǒng)的儀器儀表技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。它利用計算機系統(tǒng)的強大功能結(jié)合相應(yīng)的軟件，大大突破了傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)處理、顯示、傳送、存儲方面的限制，給儀器儀表領(lǐng)域帶來了革命性的變化，注入了新的活力和生機?，F(xiàn)代工業(yè)企業(yè)的發(fā)展要求生產(chǎn)過程的各個部分都能夠高效的運轉(zhuǎn)，所以生產(chǎn)和管理大多需要依靠企業(yè)內(nèi)部的Intranet或Internet進行。將虛擬儀器技術(shù)與Internet/Intranet技術(shù)的融合，使虛擬儀器系統(tǒng)更加突破了傳統(tǒng)的測量理念，使測量數(shù)據(jù)得到了真正意義上的共享，使遠程測量得以實現(xiàn)。 

1、網(wǎng)絡(luò)測控系統(tǒng)的硬件組成

　　由于工業(yè)生產(chǎn)中涉及到對多種傳感器的數(shù)據(jù)采集和儀器的驅(qū)動，同時也存在著對傳感器參數(shù)的調(diào)整和生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境惡劣等問題，所以整個測控系統(tǒng)要充分體現(xiàn)系統(tǒng)的柔性和健壯性的特點，要有較強的適應(yīng)性，系統(tǒng)硬件組成框圖見圖1。

  現(xiàn)在正在逐漸推廣的PXI數(shù)據(jù)采集平臺通過相對獨立的采集和控制模塊可以實現(xiàn)多通道、多參數(shù)的實時高速數(shù)據(jù)采集，而且能夠通過光纖與控制計算機實現(xiàn)高速通信，保證數(shù)據(jù)的完整性和實時性。

　　GPIB控制器現(xiàn)在已經(jīng)比較成熟，而且應(yīng)用起來也比較靈活，世界上多家公司均推出了功能強大的GPIB控制器，其中有的GPIB儀器支持10Base2或10BaseT，可以很方便的連入網(wǎng)絡(luò)，如美國NI公司的GPIB-ENT/100。對于一些分散的、數(shù)據(jù)類型差異很大的測量點，可以由裝有數(shù)據(jù)采集卡的采集控制計算機來進行，而且該計算機還可以同時控制多個GPIB儀器。

　　網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器可以利用SQL技術(shù)為數(shù)據(jù)提供分類系統(tǒng)化的管理，以便于數(shù)據(jù)的后續(xù)處理和分布式存儲。網(wǎng)關(guān)/交換機主要提供了接入網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)。

2、系統(tǒng)軟件組成

2.1編程平臺

　　現(xiàn)代的測量理念在向系統(tǒng)化、集成化、信息化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。計算機技術(shù)的迅速發(fā)展和計算機價格的不斷下降促進了虛擬儀器的發(fā)展和推廣應(yīng)用［1］。近年來，日益完善的Internet/Intranet技術(shù)和虛擬儀器結(jié)合，開始在遠程測控領(lǐng)域嶄露頭角。測量數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)布和共享是網(wǎng)絡(luò)化遠程測量工程的關(guān)鍵技術(shù)之一。以前，都是采用TCP/IP和ActiveX等技術(shù)去解決網(wǎng)絡(luò)方面的問題，但是由于需要設(shè)計較為復(fù)雜的TCP/IP底層編程，而且傳輸速率較慢，影響了網(wǎng)絡(luò)化測量技術(shù)的推廣和應(yīng)用［2］。為了能更加適合廣大工程技術(shù)人員的實際應(yīng)用，各個提供虛擬儀器編程平臺的公司都推出了自己的關(guān)于網(wǎng)絡(luò)化測量的技術(shù)，并提供了豐富的網(wǎng)絡(luò)化測量開發(fā)組件。

　　目前在我國應(yīng)用的虛擬儀器開發(fā)平臺主要有美國NI公司的LabVIEW及其相應(yīng)組件和Agilent公司的HP-VEE，其中NI的LabVIEW系列產(chǎn)品在我國使用比較廣泛。

　　LabVIEW是一種基于圖形化編程語言的虛擬儀器軟件開發(fā)工具，它適用于多種操作系統(tǒng)，用LabVIEW設(shè)計的虛擬儀器程序可以脫離LabVIEW開發(fā)環(huán)境，最終用戶看見的是和實際的硬件儀器相似的操作面板。LabVIEW為虛擬儀器設(shè)計者提供了便捷、輕松的設(shè)計環(huán)境，設(shè)計者可利用它方便快捷的建立自己的虛擬儀器程序而無需復(fù)雜的程序代碼的編寫。

　　LabVIEW在5.0及其以后的版本中充分考慮到了測控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化要求，提供了豐富的網(wǎng)絡(luò)化組件。不但包含了傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，NI還提出了基于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP的專為測量數(shù)據(jù)實時傳送而設(shè)計的DataSocket技術(shù)，它能有效支持同一臺計算機上，不同應(yīng)用程序?qū)μ囟〝?shù)據(jù)的同時應(yīng)用，以及連接在網(wǎng)絡(luò)上的不同計算機之間的數(shù)據(jù)共享。DataSocket包括兩個主要組成部分，即DataSocket API和Data Socket Server。DataSocket API提供了獨立的接口，用于不同的語言平臺內(nèi)部多種數(shù)據(jù)類型的通讀。DataSocket Server通過自己內(nèi)部對TCP/IP的優(yōu)化和管理，簡化了Internet通訊方式。DataSocket通過內(nèi)部數(shù)據(jù)自描述格式提供自由的數(shù)據(jù)傳輸格式，可以直接傳送虛擬儀器程序及所采集到的數(shù)據(jù)中常用的字符串形式、布爾形式、數(shù)字量形式，甚至于采集到的波形。DataSocket支持多種URL地址的連接和數(shù)據(jù)傳輸。同時它通過使用URL地址唯一地標(biāo)識數(shù)據(jù)源，它還支持多種數(shù)據(jù)傳送協(xié)議，主要包括HTTP、FTP、DSTP(DataSocket Transport Protocol)、OPC、Windows Logos等［3］。目前應(yīng)用虛擬儀器技術(shù)組建的測量網(wǎng)絡(luò)大多使用DSTP協(xié)議。LabVIEW中包含了豐富的DataSocket組件，主要包括了“寫”、“讀”和相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)功能的控件。應(yīng)用“寫”功能的大多是數(shù)據(jù)的采集裝置；而應(yīng)用“讀”功能的則是對數(shù)據(jù)進行存儲和進一步處理的計算機。

 2.2應(yīng)用通信程序

　　應(yīng)用Intranet/Internet及虛擬儀器技術(shù)的測量網(wǎng)絡(luò)在進行網(wǎng)絡(luò)通信時通常要用到以下兩種模式［3］：

　　(1) Client/Server模式：即客戶/服務(wù)器模式。這種模式是網(wǎng)絡(luò)通信中常用的一種模式。它一般有多個客戶端采集數(shù)據(jù)，有一個服務(wù)器充當(dāng)數(shù)據(jù)庫的角色；客戶端通過通信協(xié)議把測試數(shù)據(jù)寫入遠程服務(wù)器數(shù)據(jù)庫。對于這種模式，設(shè)計人員要做到兩個方面的程序開發(fā)：一個是客戶端采集程序和數(shù)據(jù)遠程發(fā)布程序(相當(dāng)于“寫”端的功能)。另一方面是客戶端數(shù)據(jù)的接收程序(相當(dāng)于“讀”端)的制作。應(yīng)用LabVIEW編寫的“寫”端和“讀”端的程序在運行的時候，都會有一個名字是DataSocket Server的程序同步運行，用來監(jiān)視程序執(zhí)行的狀況。在“寫”端，它可以顯示連接的客戶端的實際數(shù)目和顯示傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包的數(shù)目。在“讀””端，它用來顯示接收到的數(shù)據(jù)包數(shù)目和數(shù)據(jù)來源。

　　(2) Browser/Server模式：即瀏覽器/服務(wù)器模式。這種模式是為了方便用戶在Web模式下發(fā)布數(shù)據(jù)。通常用戶端只需要安裝一個瀏覽器，直接訪問這個測控網(wǎng)站的地址，就可以監(jiān)視遠程測控點的數(shù)據(jù)變化情況。這種模式的主要工作在于服務(wù)器端程序的開發(fā)，不存在客戶端程序的開發(fā)和維護。在LabVIEW環(huán)境下可以直接將測量得到的數(shù)據(jù)應(yīng)用Web Publishing tool在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)布。

　　對于工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)過程的全程多參數(shù)的監(jiān)視與測量，同時為了滿足測量數(shù)據(jù)多樣應(yīng)用的目的，這兩種模式都會被用到。在生產(chǎn)部門及生產(chǎn)現(xiàn)場主要應(yīng)用了客戶/服務(wù)器模式，其主要作用是對參數(shù)的獲取和預(yù)處理，并把測得的數(shù)據(jù)存儲起來；而在科研和管理部門，則要調(diào)用數(shù)據(jù)或監(jiān)視數(shù)據(jù)的變化，這就要用到瀏覽器/服務(wù)器模式。這兩種模式都可以通過應(yīng)用LabVIEW提供的DataSocket組件來編程實現(xiàn)。

3、實驗

　　在研究過程中，我們通過局域網(wǎng)實驗了一個簡單的測量網(wǎng)絡(luò)，模擬了在不同網(wǎng)關(guān)間傳送數(shù)據(jù)。在“寫”端，用信號發(fā)生器模擬傳感器輸入信號，用數(shù)據(jù)采集卡讀入信號，并用一個監(jiān)視窗口監(jiān)視信號的特性。
　　在實際測量過程中，對讀取的數(shù)據(jù)可以做進一步的處理，并存儲起來供調(diào)用。

4、結(jié)論

　　測量系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化已經(jīng)成為現(xiàn)代測量理念的發(fā)展趨勢，并將成為科學(xué)研究和生產(chǎn)自動化控制系統(tǒng)的重要組成部分。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展和信息化建設(shè)的深入，基于虛擬儀器和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的測量網(wǎng)絡(luò)會發(fā)揮更大的作用。

參考文獻

1、賈克斌.計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對測控技術(shù)發(fā)展的促進作用［J］.測控技術(shù)，1998，17(4)：22
2、王思華等.DataSocket技術(shù)及其在虛擬儀器遠程測控系統(tǒng)中的應(yīng)用.暨南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2000(6)
3、劉君華等.虛擬儀器圖形化編程語言LabVIEW教程.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2001
4、LabVIEW User Manual.USA:National Inatruments Corporation,1998
5、LabVIEW Function Manual.USA:National Instruments Corporation,1998