【正文】 以識別采集到的信號，并對其進(jìn)行運(yùn)算及處理。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動(dòng)化生產(chǎn)、控制過程中，要用各種傳感器來監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程中的各個(gè)參數(shù)，使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài)，并使產(chǎn)品達(dá)到最好的質(zhì)量。傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將感受、檢測到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。化學(xué)傳感器技術(shù)問題較多，例如可靠性問題，規(guī)模生產(chǎn)的可能性，價(jià)格問題等，因此，應(yīng)用還不夠廣泛。1v的強(qiáng)信號，再通過V/F轉(zhuǎn)換器LM131變換成頻率信號，通過信號環(huán)形變壓器T2從旋轉(zhuǎn)的初級線圈傳遞至靜止次級線圈，再經(jīng)過外殼上的信號處理電路濾波、整形即可得到與彈性軸承受的扭矩成正比的頻率信號，該信號為TTL電平，既可提供給專用二次儀表或頻率計(jì)顯示也可直接送計(jì)算機(jī)處理。該電源既作為電橋電源，又作為放大器及V/F轉(zhuǎn)換器的工作電源。15V電源，激磁電路中的晶體振蕩器產(chǎn)生400Hz的方波，經(jīng)過TDA2030功率放大器即產(chǎn)生交流激磁功率電源，通過能源環(huán)形變壓器T1從靜止的初級線圈傳遞至旋轉(zhuǎn)的次級線圈，得到的交流電源通過軸上的整流濾波電路得到177?；瘜W(xué)傳感器包括那些以化學(xué)吸附、電化學(xué)反應(yīng)等現(xiàn)象為因果關(guān)系的傳感器，被測信號量的微小變化也將轉(zhuǎn)換成電信號。物理傳感器應(yīng)用的是物理效應(yīng)，諸如壓電效應(yīng)，磁致伸縮現(xiàn)象，離化、極化、熱電、光電、磁電等效應(yīng)。傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開發(fā)、海洋探測、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程、甚至文物保護(hù)等等極其之泛的領(lǐng)域。新技術(shù)革命的到來，世界開始進(jìn)入信息時(shí)代。為適應(yīng)這種情況，就需要傳感器。人們?yōu)榱藦耐饨绔@取信息，必須借助于感覺器官。PLC可以對模擬量和數(shù)字量進(jìn)行采集，因此，只要我們可以把所需要采集的信號轉(zhuǎn)換成PLC可以識別的電信號，就可以對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。上位機(jī)的控制程序采用LabVIEW 編寫控制程序主界面，既簡單美觀，又能節(jié)約開發(fā)時(shí)間，大大提高了程序設(shè)計(jì)效率。LabVIEW特點(diǎn)有：(1) 盡可能采用了通用的硬件，各種儀器的差異主要是軟件；(2) 可充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的能力，有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，可以創(chuàng)造出功能更強(qiáng)的儀器；(3) 用戶可以根據(jù)自己的需要定義和制造各種儀器。這就是圖形化源代碼，又稱G代碼。用戶界面在 LabVIEW中被稱為前面板。VI指虛擬儀器，是LabVIEW的程序模塊。 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。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(chǔ)等等。 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(jì)算機(jī)語言的顯著區(qū)別是：其他計(jì)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。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。時(shí)，冷卻水溫度高溫報(bào)警。數(shù)字量冷卻水壓力過低、正常過低報(bào)警排氣溫度過高、正常過高報(bào)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(shí)，柴油機(jī)超速報(bào)警；(2) ，滑油壓力過低報(bào)警；(3) 滑油溫度超過90176。冷卻水溫度0～100176。 系統(tǒng)報(bào)警參數(shù)表31 系統(tǒng)主要采集參數(shù)信號類型測量項(xiàng)目測量范圍報(bào)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。(6) 對無人管理的機(jī)艙或?yàn)榘踩鹨?，?bào)警信號除。(5) 監(jiān)視報(bào)警系統(tǒng)有報(bào)警音響和燈光指示的檢查，開關(guān)和應(yīng)答開關(guān)。(4) 監(jiān)視報(bào)警系統(tǒng)中的某些報(bào)警點(diǎn)設(shè)有延時(shí)機(jī)構(gòu)。(3) 系統(tǒng)獨(dú)立于機(jī)電設(shè)備的控制系統(tǒng)。圖31 系統(tǒng)示意圖 本系統(tǒng)主要需實(shí)現(xiàn)的功能(1) 具有記憶功能，當(dāng)設(shè)備發(fā)生瞬時(shí)故障時(shí)，具有報(bào)警記憶功能，以便管理人員查找、消除。主要的工作過程是：在設(shè)計(jì)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(shí)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(dòng)作開關(guān)和繼電器。本系統(tǒng)是全自動(dòng)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(shí)行適時(shí)監(jiān)測，發(fā)出聲報(bào)警、光報(bào)警等信號，具有設(shè)計(jì)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(diǎn)，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)。機(jī)艙集中監(jiān)視采用微型計(jì)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。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(bào)警信號裝置都集中于監(jiān)測屏上，實(shí)行集中監(jiān)測和報(bào)警。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(shí)，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(dòng)力裝置的運(yùn)行狀態(tài)，并人工定時(shí)地將有關(guān)的參數(shù)填寫在各種日志上?？刂泼姘鍟?huì)顯示所有可能發(fā)生的錯(cuò)誤和警告信息。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。在同一時(shí)間，不僅僅只有一個(gè)PID回路可以進(jìn)行自整定，如果需要的話，所有8個(gè)PID回路可以同時(shí)進(jìn)行自整定。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。將過程數(shù)據(jù)移入存儲(chǔ)卡可以節(jié)省V存儲(chǔ)區(qū)的地址空間，否則這些數(shù)據(jù)將儲(chǔ)存在V存儲(chǔ)區(qū)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(chǔ)卡。STEP 7Micro/WIN軟件和S7200 PLC已經(jīng)支持配方功能。(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。通過這些新指令，可以將S7200作為Modbus從站。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。當(dāng)選擇一個(gè)USS指令時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)增加一個(gè)或多個(gè)相關(guān)的子程序（USS1到USS7）。通過USS指令，程序員可以控制這個(gè)物理驅(qū)動(dòng)，并讀/寫驅(qū)動(dòng)參數(shù)。STEP 7Micro/WIN提供一個(gè)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(gè)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。(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(gè)模擬電話線上，并且支持S7200與STEP 7Micro/WIN的通訊。除了STEP 7Micro/WIN自帶的豐富的指令向?qū)Чδ芤酝?，也有很多其他的功能，這些功能使得程序編寫更加方便也更加快捷。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(yùn)行程序的掃描次數(shù)，強(qiáng)制變量值等。具有密碼保護(hù)功能。適用于所有SIMATIC S7200 PLC機(jī)型軟件編程。掌握STEP7是學(xué)習(xí)西門子公司自動(dòng)化產(chǎn)品的基礎(chǔ)。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。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。根據(jù)程序要求，程序設(shè)計(jì)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(shí)際需要擴(kuò)展更多模塊。圖22：EM231 外觀圖本系統(tǒng)的模擬量輸入模塊[3]選用西門子EM231（如圖22），它提供4個(gè)模擬量輸入信道：A + 、A ；B + 、B ；C + 、C ； D + 、D ；對應(yīng)地址由高到低排列，但具體地址的下標(biāo)則由擴(kuò)展的輸入模塊個(gè)數(shù)和與PLC 連接的先后順序決定。采用24 V DC電源來驅(qū)動(dòng)I/ O接線端子；兩個(gè)模擬量調(diào)節(jié)旋鈕，在0～1范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，也可用程序改變模擬量調(diào)節(jié)范圍。本系統(tǒng)對多路數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，由于需要采集的信號以及用于控制的信號比較多，而且要根據(jù)實(shí)際需要添加或更換采集系統(tǒng)的模塊，因此需要能夠有更多輸入/輸出點(diǎn)以及方便擴(kuò)展模塊的型號，除此以外，為了能夠更好的處理現(xiàn)場數(shù)據(jù)，還需要有更大的存儲(chǔ)空間供我們使用，根據(jù)這些要求，我們選擇西門子S7200系列PLC中的功能最為強(qiáng)大的CPU226作為下位機(jī)中的CPU模塊。26K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。CPU226集成24輸入/16輸出共40個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)。16K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。CPU224集成14 輸入/10 輸出共24個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)。該型號CPU為S7200 CN 家族中低成本的單元?？蛇B接2個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至78路數(shù)字量I/O點(diǎn)或10路模擬量I/O點(diǎn)。特別適合于小點(diǎn)數(shù)控制的微型控制器。無I/O擴(kuò)展能力。在實(shí)際生產(chǎn)中，在不同的環(huán)境以及系統(tǒng)要求下，需要有不同的器件要求，既要滿足生產(chǎn)需要，又要符合高性價(jià)比原則，因此，我們必須結(jié)合現(xiàn)場環(huán)境與要求，并對硬件配置有較好的理解，方能得到最好的產(chǎn)品。S7200 PLC的強(qiáng)大功能使其無論單機(jī)運(yùn)行，或連成網(wǎng)絡(luò)都能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。每次程式執(zhí)行后與下一次程式執(zhí)行前，輸出與輸入狀態(tài)會(huì)被更新一次，因此稱此種運(yùn)作方式為輸出輸入端“程式結(jié)束再生”。輸出線圈之運(yùn)算結(jié)果則存入內(nèi)存中對應(yīng)之位置，暫不反應(yīng)至輸出端；步驟三“輸出狀態(tài)更新”：將步驟二中之輸出狀態(tài)更新至PLC輸出部分接點(diǎn)，并且重回步驟一。在整個(gè)的掃描過程包括三大步驟，“輸入狀態(tài)檢查”、“程式執(zhí)行”、“輸出狀態(tài)更新”。因此能大大減少控制器所需之硬件空間。這時(shí)，才是PLC的真正輸出。(3) 輸出刷新階段：當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。(2) 用戶程序執(zhí)行階段：在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序（梯形圖）。在PLC的整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。 PLC的工作原理當(dāng)PLC打到run狀態(tài)下投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。 (5) 功能模塊：如計(jì)數(shù)、定位等功能模塊。 (3) 存儲(chǔ)器：存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器；存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱為用戶程序存儲(chǔ)器。(2) 中央處理單元(CPU)：中央處理單元(CPU)是PLC的控制中樞。 PLC的基本結(jié)構(gòu)PLC實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，基本構(gòu)成為：(1) 電源：PLC的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要的作用。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種采用微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的工業(yè)控制裝置的功能已經(jīng)大大超過了