机电工业自动化进程中虚拟仪器技术的作用分析

刘晶 张燕

山西电建检修工程科技有限公司 山西太原 030006

近年来我国科技发展迅速，尤其机械和电子行业取得了巨大的成就，实现机械工业自动化和电子工业自动化发展[1]。如今机电工业加强控制理论、信息处理技术、自动控制技术、为电子技术等集合，实现机电一体化技术的应用。为获得机电产品最高性能和简单的开发过程，可采用虚拟仪器技术快速创建测试系统，以满足不同设备的独立性及统一性，即可依据需求变化进行系统更改。虚拟仪器技术具有灵活性轻特征，且随着技术发展体现出更加经济、功能更加强大特征，实现更加广泛的测控领域。

1 虚拟仪器技术概念及特征

随着我国科技的快速发展，自动化测试系统发展较快，从传统专门设计制造的专用系统到积木概念自动测试系统，发展到如今的虚拟仪器技术。计算机作为当前技术发展的核心，在自动测试系统研究中占据主要地位，促使虚拟仪器软件集成虚拟仪器的所有采集、控制、数据分析、结构输出及用户界面等功能，确保传统需利用硬件完成的功能，如今直接可利用软件取代，减少成本，提高效率。虽然如今计算机已经成为人们生活工作中最常见的设备，但对其的研发和应用仍具有较大的空间，如其在仪器仪表领域的应用，可充分融合硬件资源、数据分析、过程通讯及用户界面的软件结合等，获得功能强大且富有生命力的仪器种类[2]。虚拟仪器技术借助计算机进行数据处理和控制，利用软件取代硬件，确保在进通过修改软件操作下进行仪器功能的改变，具有自主性特征。虚拟仪器技术具有集中化特征，即将信号分析、显示、存储及其他相关功能集中化，并由软件承担测试功能，且能够满足传统硬件无法满足的功能，同时较少受到时间影响，无需定期校准，提高测量精度和测量速度，尤其可实现重复性测量。而且虚拟仪器技术能够随着计算机技术更新而更新[3]。

2 虚拟仪器技术硬件结构和软件结构

2.1 虚拟仪器技术硬件结构

虚拟仪器系统中多采用插入式数据采集卡，主要应用在意PC机为基础虚拟仪器中，通过采集数据汇总至计算机或输出数据给受控对象。随着技术的进步，采样速度明显增快，不断提升仪器的性能和精度，以实现高采样速率和直接控制。总线为连接PC机与仪器、设备的通道，可实现命令、数据的传输与交换，而依据总线类型可将虚拟仪器分为不同类型，如PCI总线、GPIB总线、VXI总线、PXI总线和串行总线等。I/O接口设备包含机械接插件、插槽、电缆等，起到被测信号的采集、放大及A/D转换等作用。不同类型具有相应的特征，VXI总线具有多功能、多参数的自动测试特征，GPIB总线则具有灵活方便、易于升级和嵌入式方案等特征[4]。

2.2 虚拟仪器技术软件结构

利用计算机及相关硬件进行虚拟仪器构造后，需利用不同的软件满足实际功能，一般虚拟仪器技术可利用软件完成集成的开发环境、与仪器硬件的高级接口和虚拟仪器的用户界面等目的。通过人为编辑应用软件符合不同目的，而为提高计算机软件编程效率可选择适宜的编程方式。此外虚拟仪器技术软件还具有可重用性特征，即结合PC机和工作站促使图形开发软件包和图形开发环境的迅速普及[5]。图形开放方式可通过提供可重用的代码模块，可不经过任何修改直接应用到其他程序中，如函数库、过程程序包、类库等，利用接口组装在一起，确保不同部分发挥相应功能。

2.3 图形软件开发平台

LabVIEW和HPVEE为常见图形软件开发平台，具有简单、直观、易学等特征，能够将复杂的文本编程简化，明显节省程序开发时间70%-80%。操作中，用户仅需利用鼠标将各个功能图标按照顺序连接起来便可简单完成程序的编写，且同时满足多种总线接口系统的通信连接。

3 虚拟仪器技术的应用及展望

虚拟仪器技术具有构建容易、转换灵活等特征，可应用在开发、教学、测控等领域。当前国内外很多行业加强了对虚拟仪器技术的开发和婴童，如美国斯坦福大学的虚拟仪器教学、仿真系统，清华大学构建检测汽车发动机性能的出场监测系统等。随着科技的发展，虚拟仪器技术将持续发展，总线作为连接计算机与仪器的纽带，总线技术的升级换代直接影响虚拟仪器技术的发展。如将USB通用串行总线和IEEE1394串行总线集成到PC机主板上，以提高传输速度。此外网络化虚拟仪器具有广泛的应用前景，甚至提出“网络就是仪器”的概念。

4 结语

综上所述，虽然近年来我国机电工业自动化水平发展较快，但仍有较大的进步空间，而机电工业自动化进程中虚拟仪器技术受到重视，其体现出自动化测试系统的优势，从设计开发到用户使用均得以简化和优化，因此需重视其作用。