【文章內(nèi)容簡介】 IW 4（滑油溫度），AIW 6（冷卻水溫度）。根據(jù)程序要求，程序設(shè)計中要滿足將來易擴(kuò)展和易更換的需求，對于硬件來說，也是可以根據(jù)實際需要擴(kuò)展更多模塊。EM231和PLC主機(jī)通過專門的總線聯(lián)接器直接相聯(lián)。除了對模擬量的信號采集以外，我們還需要對一些開關(guān)量進(jìn)行采集，如果需要采集的開關(guān)量較多，則只需要增加擴(kuò)展模塊即可，CPU226中可用的數(shù)字模塊有很多，比如EM221，EM222，EM223等均可直接擴(kuò)展使用。對于本系統(tǒng)，我們已經(jīng)根據(jù)要求選擇了I/O點較多的CPU 226作為下位機(jī)的模塊。因此，不用擴(kuò)展模塊就能夠滿足對一定數(shù)量的開關(guān)量數(shù)據(jù)的進(jìn)行采集。 系統(tǒng)軟件介紹SIMATIC STEP7作為一個平臺可以集成各種控制設(shè)備的軟件[4]，所有設(shè)備的編程、配置、調(diào)試、數(shù)據(jù)路由以及通信工作只需在STEP7中就可以完成，從而實現(xiàn)一個項目中所有控制任務(wù)的集成。掌握STEP7是學(xué)習(xí)西門子公司自動化產(chǎn)品的基礎(chǔ)。STEP 7Micro/WIN是在Windows平臺上運行的SIMATIC S7200 PLC編程軟件，簡單、易學(xué)，能夠解決復(fù)雜的自動化任務(wù)。適用于所有SIMATIC S7200 PLC機(jī)型軟件編程。支持IL、LAD、FBD三種編程語言，可以在三者之間隨時切換。具有密碼保護(hù)功能。STEP 7Micro/WIN提供軟件工具幫助操作人員調(diào)試和測試程序。這些特征包括：監(jiān)視S7200正在執(zhí)行的用戶程序狀態(tài)，為S7200指定運行程序的掃描次數(shù)，強(qiáng)制變量值等。為了方便編程人員的使用，STEP 7Micro/WIN擁有豐富的指令向?qū)Чδ埽篜ID自整定界面；PLC內(nèi)置脈沖串輸出(PTO)和脈寬調(diào)制(PWM)指令向?qū)?；?shù)據(jù)記錄向?qū)В慌浞较驅(qū)?；支持TD 200和TD 200C 文本顯示界面 (TD 200向?qū)?。除了STEP 7Micro/WIN自帶的豐富的指令向?qū)Чδ芤酝猓灿泻芏嗥渌墓δ?，這些功能使得程序編寫更加方便也更加快捷。 (1) 運動控制：S7200提供有開環(huán)運動控制的三種方式：脈寬調(diào)制（PWM）內(nèi)置于S7200，用于速度、位置或占空比控制；脈沖串輸出（PTO）內(nèi)置于S7200，用于速度和位置控制；EM253位控模塊用于速度和位置控制的附加模塊，對于位控模塊，STEP 7Micro/WIN還提供了一個控制面板，可以控制、監(jiān)視和測試程序員的運動操作。(2) 創(chuàng)建調(diào)制解調(diào)模塊程序：使用EM241調(diào)制解調(diào)模塊可以將S7200直接連到一個模擬電話線上，并且支持S7200與STEP 7Micro/WIN的通訊。該調(diào)制解調(diào)模塊還支持Modbus從站RTU協(xié)議，該模塊與S7200之間的通訊通過擴(kuò)展I/O總線便可以實現(xiàn)。STEP 7Micro/WIN提供一個調(diào)制解調(diào)擴(kuò)展向?qū)?，它可以幫助操作人員設(shè)置一個遠(yuǎn)端的調(diào)制解調(diào)器，或者設(shè)置將S7200連向遠(yuǎn)端設(shè)備的調(diào)制解調(diào)模塊。(3) USS協(xié)議庫：STEP 7Micro/WIN指令庫，該指令庫包括預(yù)先組態(tài)好的子程序和中斷程序，這些子程序和中斷程序都是專門為通過USS協(xié)議與驅(qū)動通訊而設(shè)計的。通過USS指令，程序員可以控制這個物理驅(qū)動，并讀/寫驅(qū)動參數(shù)。也可以在STEP 7Micro/WIN指令樹的庫文件夾中找到這些指令。當(dāng)選擇一個USS指令時，系統(tǒng)會自動增加一個或多個相關(guān)的子程序（USS1到USS7）。(4) Modbus從站協(xié)議指令：STEP 7Micro/WIN指令庫包含有專門為Modbus通訊設(shè)計的預(yù)先定義的子程序和中斷服務(wù)程序，使得與Modbus主站的通訊簡單易行。使用Modbus從站協(xié)議指令，可以將S7200組態(tài)作為Modbus RTU從站，與Modbus主站通訊?？梢栽赟TEP 7Micro/WIN指令樹的庫文件夾中找到這些指令。通過這些新指令，可以將S7200作為Modbus從站。當(dāng)選擇一個Modbus從站指令時，會有一個或多個相關(guān)的子程序自動添加到項目中。(5) 使用配方：STEP 7Micro/Win軟件中提供了配方向?qū)С绦騺韼椭僮魅藛T組織配方和定義配方。配方存在存儲卡中，而不是PLC中。STEP 7Micro/WIN軟件和S7200 PLC已經(jīng)支持配方功能。由于所有配方存在存儲卡中。因此，為了使用配方功能，必須要在PLC中插入一塊64K或者256K的存儲卡。(6) 使用數(shù)據(jù)歸檔：STEP 7Micro/Win提供數(shù)據(jù)歸檔向?qū)В瑢⑦^程測量數(shù)據(jù)存入存儲卡中。將過程數(shù)據(jù)移入存儲卡可以節(jié)省V存儲區(qū)的地址空間，否則這些數(shù)據(jù)將儲存在V存儲區(qū)中。(7) PID自整定和PID整定控制面板：S7200PLC已經(jīng)支持PID自整定功能，STEP 7Micro/WIN中也添加了PID整定控制面板。這就大大增強(qiáng)了S7200PLC的功能，并且使這一功能的使用變得更加容易?？梢允褂貌僮鲉T面板中的用戶程序或者PID整定控制面板來啟動自整定功能。在同一時間，不僅僅只有一個PID回路可以進(jìn)行自整定，如果需要的話，所有8個PID回路可以同時進(jìn)行自整定。PID自整定算法主要包括增益值、積分時間值和微分時間值。也可以為調(diào)節(jié)回路選擇快速響應(yīng)、中速響應(yīng)、慢速響應(yīng)或者極慢速響應(yīng)等調(diào)節(jié)類型。用PID整定控制面板，可以啟動自整定過程，取消自整定過程和在圖表中監(jiān)視結(jié)果?？刂泼姘鍟@示所有可能發(fā)生的錯誤和警告信息。它也允許將自整定后得到的增益值、積分時間值和微分時間值應(yīng)用到實際控制中去。第三章 柴油機(jī)監(jiān)控概論目前，在使用管理船用柴油機(jī)[5]時，多數(shù)仍靠管理者巡視機(jī)艙內(nèi)的各種監(jiān)測儀表， 從中了解動力裝置的運行狀態(tài)，并人工定時地將有關(guān)的參數(shù)填寫在各種日志上。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和為減輕管理者的巡視勞動強(qiáng)度、改善勞動條件并及時發(fā)現(xiàn)運行故障，提高柴油機(jī)的運行可靠性。近年來，將分散安裝在機(jī)艙各部位必要的測量、調(diào)節(jié)、顯示儀表以及工作狀態(tài)指示燈、報警信號裝置都集中于監(jiān)測屏上，實行集中監(jiān)測和報警。有的還配備自動巡回檢測裝置，車鐘記錄儀，遠(yuǎn)程監(jiān)控器等，將機(jī)艙的各種運行參數(shù)以及柴油機(jī)主機(jī)的用車等情況自動匯集在計算機(jī)內(nèi)。機(jī)艙集中監(jiān)視采用微型計算機(jī)后，用熒光屏的顯示取代常規(guī)的模擬監(jiān)視表，對機(jī)艙參數(shù)進(jìn)行檢測?？梢酝ㄟ^顯示器顯示所有被檢測點的各參數(shù)值、故障點和報警點，并根據(jù)需要自動打印出全部被測參數(shù)，亦稱謂船艇的黑匣子，以供必要時參考。本系統(tǒng)是全自動控制柴油機(jī)測控系統(tǒng)[6]，可根據(jù)用戶設(shè)定精確地檢測并顯示柴油機(jī)轉(zhuǎn)速、油壓、水溫、油溫等數(shù)據(jù)，并對以上所測參數(shù)實行適時監(jiān)測，發(fā)出聲報警、光報警等信號，具有設(shè)計先進(jìn)、體積小、測量精度高、工作可靠、數(shù)碼顯示，操作、安裝方便等優(yōu)點，可用于船舶、陸用電站等各類柴油機(jī)的配套，是船舶柴油機(jī)新一代電子儀表系統(tǒng)。 船用柴油機(jī)監(jiān)控報警裝置 主要監(jiān)視報警裝置及工作過程柴油機(jī)的監(jiān)視報警（如圖31）裝置主要有：駕駛室顯示板、機(jī)旁操作箱和接線板上所安裝的各種繼電器。主要的工作過程是：在設(shè)計中， 需要將柴油機(jī)及其他設(shè)備的各參數(shù)讀取到Siemens公司的S7 200 PLC中，參與實際的監(jiān)測控制，因此可以通過傳感器將各種信號輸送給指示器、動作開關(guān)和繼電器。如對柴油機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時，轉(zhuǎn)速傳感器將轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)化為電信號送至下位機(jī)PLC；然后再通過通信設(shè)置，傳送至駕駛室顯示板，進(jìn)而顯示并接受控制信號。圖31 系統(tǒng)示意圖 本系統(tǒng)主要需實現(xiàn)的功能(1) 具有記憶功能，當(dāng)設(shè)備發(fā)生瞬時故障時，具有報警記憶功能，以便管理人員查找、消除。(2) 具有自檢功能，當(dāng)監(jiān)視報警系統(tǒng)本身發(fā)生短路或斷路等故障時，也能進(jìn)行報警。(3) 系統(tǒng)獨立于機(jī)電設(shè)備的控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)使用自己的電源以及控制系統(tǒng)，不受被監(jiān)控裝置影響，因此，當(dāng)控制系統(tǒng)發(fā)生誤動作或失效時， 監(jiān)視報警系統(tǒng)仍能正常工作。(4) 監(jiān)視報警系統(tǒng)中的某些報警點設(shè)有延時機(jī)構(gòu)。根據(jù)不同的要求，~ 30s之間進(jìn)行調(diào)節(jié)，以便使瞬間發(fā)生的誤動作報警在延時的時間內(nèi)自動消失，如船艇的搖晃引起液位變化而報警等。(5) 監(jiān)視報警系統(tǒng)有報警音響和燈光指示的檢查，開關(guān)和應(yīng)答開關(guān)。檢查開關(guān)可以在機(jī)電設(shè)備正常運轉(zhuǎn)的情況下，隨時對聲、光報警進(jìn)行測試檢查，應(yīng)答開關(guān)在確認(rèn)故障后，可人工進(jìn)行消光、消聲的復(fù)位。(6) 對無人管理的機(jī)艙或為安全起見，報警信號除。在機(jī)艙、集控室以外，還可根據(jù)需要延伸至駕駛室或有關(guān)船員的艙室。 系統(tǒng)報警參數(shù)表31 系統(tǒng)主要采集參數(shù)信號類型測量項目測量范圍報警閾值模擬量柴油機(jī)轉(zhuǎn)速0～2000r/min大于1800r/min滑油壓力0～18bar滑油溫度0～100176。大于90176。冷卻水溫度0～100176。大于90176。數(shù)字量冷卻水壓力過低、正常過低報警排氣溫度過高、正常過高報警根據(jù)表31可以看出，本系統(tǒng)主要針對四路模擬量和兩路開關(guān)量信號進(jìn)行采集并處理，其中四路模擬量包括：(1) 轉(zhuǎn)速超過1800r/ min時，柴油機(jī)超速報警；(2) ，滑油壓力過低報警；(3) 滑油溫度超過90176。時，滑油溫度高溫報警；(4) 冷卻水溫度超過90176。時，冷卻水溫度高溫報警。兩路開關(guān)量主要包括：(1) 冷卻水壓力，過低“1”，正常“0”；(2) 排氣溫度，過高“1”，正常“0”。除此以外，程序要按照主程序與子程序分開的模式編寫，以便于將來添加或者更換新的采集通道。 本系統(tǒng)的特點(1) 功能配置模塊化，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)一體化； (2) 系統(tǒng)CPU數(shù)字控制，工作可靠；( 3) 柴油機(jī)參數(shù)數(shù)字顯示，集監(jiān)、測、控于一體； (4) 安裝、使用方便，性價比高； (5) 耐振動、潮濕、鹽霧和高低溫，抗干擾； (6) 柴油機(jī)工作異常，自動報警。 LabVIEW簡介及做上位機(jī)的優(yōu)勢LabVIEW是一種程序開發(fā)環(huán)境[7]，由美國國家儀器( National Instruments)公司研制開發(fā)的，類似于C和BASIC開發(fā)環(huán)境，但是LabVIEW與其他計算機(jī)語言的顯著區(qū)別是：其他計算機(jī)語言都是采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼，而LabVIEW使用的是圖形化編輯語言G編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。與C和BASIC一樣，LabVIEW也是通用的編程系統(tǒng)，有一個完成任何編程任務(wù)的龐大函數(shù)庫。LabVIEW的函數(shù)庫包括數(shù)據(jù)采集、GPIB、串口控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)存儲等等。LabVIEW也有傳統(tǒng)的程序調(diào)試工具，如設(shè)置斷點、以動畫方式顯示數(shù)據(jù)及其子程序（子VI）的結(jié)果、單步執(zhí)行等等，便于程序的調(diào)試。 LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一種用圖標(biāo)代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語言。傳統(tǒng)文本編程語言根據(jù)語句和指令的先后順序決定程序執(zhí)行順序，而 LabVIEW則采用數(shù)據(jù)流編程方式，程序框圖中節(jié)點之間的數(shù)據(jù)流向決定了VI及函數(shù)的執(zhí)行順序。VI指虛擬儀器，是LabVIEW的程序模塊。 LabVIEW提供很多外觀與傳統(tǒng)儀器（如示