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基于虚拟仪器的核能海水淡化实验测控平台

Measurementandcontrolplatformfortheexperimentofdesalinationbasedonvirtual
instruments
作者：宋二猛贾海军
清华大学核能与新能源技术研究院
应用领域：现场测试
使用的产品：美国NI公司的LabVIEW6i，PXI-1010，PCI板卡数据采集系统，SCXI-1102B，MXI-3，
NI-4351（PXI），NI-6031E（PXI）
挑战：快速开发基于虚拟仪器的核能海水淡化实验系统的测量和监控系统，高效实时的测量和监控
实验中各种温度、压力、流量、压降及液位等并可进行连续的数据采集和记录。
应用方案：用美国NI公司LabVIEW系统开发平台、先进的PXI测量和数据采集技术和压力传感
器及热电偶等，开发了基于虚拟仪器的核能海水淡化实验测控平台，有效的解决了实验的测量问题。
介绍
为了研究竖直蒸发管高温多效海水淡化（VTE—MED）系统的工艺流程和关键工艺技术及稳定
运行时候的热工水力学参数影响等，清华大学核能与新能源技术研究院建立了大型双塔4效高温多
效海水淡化实验装置。为了测量各部位的温度、压强及流量等热工参数，建立了基于虚拟仪器的海
水淡化实验测控平台。使用高精度的数据采集板及计算机等并在LabVIEW平台中实现了将传感器
及热电偶的电压信号采集、输出存储和分析。
测量系统组成
VTE-MED海水淡化系统的实验回路是一个十分复杂的热工回路。需要测量和监控的热工水力
学参数有流量压力温度等，分布于系统的各个部位，如图1就是用LabVIEW做得测量系统的示意
以及部分热工参数分布图。

图1海水淡化实验系统流程示意图
整个热工测控系统由美国NI公司的LabVIEW6i，PXI-1010，PCI板卡数据采集系统，
SCXI-1102B，MXI-3，NI-6031E（PXI），压力传感器，热电偶，工业控制计算机以及激光打印机
等组成。系统构成框图如图2。
现场测量仪表尽量采用高精度、高可靠性的的仪表。具体用到的有：压力和差压传感器采用1151
系列电容式压力、差压传感器，测量精度均为0.25%；流量采用金属转子流量计；温度测量采用
NiCr-NiSi铠装热电偶，经互校标定后精度在1°C之内。
实验装置的数据采集及处理系统采用虚拟仪器测量平台。由压力传感器和转子流量计采用24V直流

电源统一供电，输出信号为4~20mA，然后经过250Ω标准电阻变换成1~5V电压信号后接入一块
6031E的板卡进入数据采集系统。现场安装的铠装热电偶经补偿导线接入一个温度采集系统然后接
入另一块6031E板卡进行调理。
通过采用精密的现场测量仪表和NI公司的16位高速高精度数据采集系统，最高采集速度达
100kbps/channel，完全保证了实验动态参数的采集和处理要求。

图2海水淡化实验测量系统构成图
基于虚拟仪器的海水淡化实验系统测控平台
该平台整体系统采用美国国家仪器公司的虚拟仪器专用开发平台LabVIEW6i系统。LabVIEW
6i系统采用图形化变成语言，简单易学并且还提供了强大的图形和分析功能，使得测控系统直观方
便和高效。
实验系统测控平台的用户界面采用LabVIEW的标签翻页功能,监测系统的功能一目了然，各界面之
间的相互关系层次清晰，选用方便。
实验测控系统参数列表输出用户界面如图3。界面主要部分为实时参数表。包括了56个现场测
量通道的实时数据测量显示。各个数据包括通道、名称、测量数据及单位等。在通道一栏还包括了
一些必要的报警指示。当某些数据产生异常时候输出闪烁标志。对于个别对于实验安全有影响的参
数专门设置了报警程序，在控制室和实验现场都有警铃报警。

图3测量平台界面图
实验中一些重要数据的变化趋势对实验调试和实验结果都有很大的影响，为了形象的观测这些
变化趋势，实验测控系统编制了一些参数的实时曲线图，如图4所示就是实验系统中各部分流量的
实时曲线。对于系统中比较重要的参数比如关键部位的液位，各效压降压力等都编制了实时曲线，
通过这些曲线的监测可以有效的控制系统的稳定运行，方便的进行实验的调解工作。

图4实验参数实时曲线
为了清晰体现系统各部分参数测点，测控平台还编制了多个系统重要参数图。通过LabVIEW
强大的图形功能可以形象地显示出整个系统的流程和测点等。图1就是测量平台上系统流程示意图
之一。
基于虚拟仪器的海水淡化实验系统测控平台和一般测控平台比较
海水淡化是985项目的重大课题之一,测量信号多,有温度、流量、液位、压力和压差信号等。
由于采用LabVIEW开发平台和NI的PXI测控平台的强大数据采集和信号处理功能,在较短的时间
内完成了该实验的