基于CompactRIO的泵機組監控系統的設計與實現

2.3 軟件設計
2.3.1 軟件功能分析
軟件設計要求實現功能有：一是數據采集和處理功能；二是泵機組保護、控制功能，包含油泵進、出口壓力超限報警和控制、發動機冷卻水溫度的檢測和報警、發動機機油壓力的報警和檢測、發動機燃油液位的報警和控制、發動機轉速的報警和控制、增速箱報警和控制；三是遠程監控功能；四是運行工況和事故分析功能，遠程計算機自動存儲泵機組工況參數于 Excel表中，為泵機組運行工況及故障分析提供數據黑匣子。
2.3.2 編程軟件及功能模塊

輸油管線泵機組監控系統應用最為注重的因素就是可靠性，除了硬件平臺的可靠性外，軟件平臺的可靠性也同樣重要。相比于普通的操作系統（如 Windows）,實時系統能夠提供更佳的穩定性和可靠性，更適合于可靠性要求高的嵌入式應用[5]。同時，Labview Real-time開發工具可以快速方便地開發此類實時系統應用，能夠加速軟件的開發流程。因此，系統軟件采用圖形化編程語言 Labview，在 NI RIO驅動支持下通過 Labview、Labview Real-time模塊和 Labview FPGA模塊對 compactRIO嵌入式系統進行開發。
研制開發的系統軟件包含初始化模塊、采樣模塊、信號處理模塊、工況顯示模塊、報警判斷模塊、泵機組保護控制模塊、復位模塊、存儲模塊、通信模塊。
2.3.3 前面板及框圖設計
Labview使用圖形語言編程，界面形象直觀， Labview程序運行以數據流方式執行 [6]，可實現程序高效并行處理。本系統軟件主界面包含工況數據顯示、報警指示、狀態指示，輸出控制。系統軟件界面見圖 4。系統軟件框圖按結構分為 FPGA VI和 HOST VI。FPGA程序是下載到 CompactRIO 模塊 FPGA芯片上的程序，主要實現對 CompactRIO模塊 I/O通道的采樣和輸出。HOST程序包含 RT控制器上的程序以及 Windows上的程序， RT上的程序主要實現與 FPGA的通訊、數據處理、工況顯示、報警判斷、控制保護； Windows上的程序主要實現與 RT程序的通訊及數據的存儲。

2.3.5 優化算法及控制策略
對于現場數據采集，由于各類如電磁干擾、靜電干擾、共模干擾、差模干擾等的存在，原始采樣數據經常會出現一些突變、壞點數據，在對原始采樣數據進行利用前，進行了軟件中值濾波算法對采樣數據進行處理，濾除干擾信號，并剔除壞點。
泵機組控制策略是基于壓力的自適應控制方式，以泵進口壓力保護為例，其控制流程如圖 5所示。