论文研究-基于LabVIEW的船舶电站数据采集系统 .pdf

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基于LabVIEW的船舶电站数据采集系统,杨锦滨,施伟锋,采用PPU、M340 PLC和PC机三级结构,构建了船舶电站数据采集系统。系统中PPU完成底层数据采集,M340分别通过MODBUS串行通信协议和以太�
国武技论文在线 是保证船舶电站正常运行的重要部件,它不仅检测发电机的各运行参数,而且执 行发出的各种指令。与母线和发电机的接线如图所示。本船舶电站系统采用三 相四线制,发电机组与母线电压都是 可以通过熔断器保护直接接到端口上, 电流通过电流传感器传输给端口。内部设有测量和采集电路,将电流电压频率等 数据采集、存储并发送给进行程序处理。 母线 汇流排电压 主开关合 主开关分 发电机电压 发电机电流 发电机 图 与母线和发电机的接线 基于 的数据传输 施耐德 Modicon m340系列PLC具有结构紧凑、外形精巧、处理高效、有储容量人、维 护便捷、性能稳定可靠的特点,并且其集成通用串行总线(LSB)、以太网、 CANopen及 Modbus 通信接口,非常适合船舶电站的控制管理。本系统中PLC通过 MODBUS总线读取检测的 设备运行状态参数,再通过以太网通信把数据信息向上位机传送 上位机数据处理与显示 上位机接收的数据,基于 软件平台编写人机界面,能够进行状态显小及 故障监视,自动地实时地监测电力系统各设备运行参数和运行状态,包括发电机组、配电系 统电气参数和运行状态,监测量可以是模拟量,也可以是开关量。同时还要对监测结果记录、 和对其参数越限情况进行数据存储。 数据采集系统的通讯设计 合理的通讯方法是数据采集系统得以实现的重要环节。本系统采用三层体系结构,基于 选用改备的特点,分别设计了底层与之间基于 的串行通讯, 与上 位札之间基于以太网的通讯以及基」的上位机编程软件 与之间的通讯。 与的通讯 硬件连接 和主要是以硬件接线方式实现控制功能,部分电站参数通过串口通讯完 国武技论文在线 成。基于通讯电缆,接线如图所示 公共端 棕色 蓝色 蓝白相间色 屏蔽双绞线 图 与串口通讯接线图 通信协议 本系统与之间采用 总线通讯协议 协议采用主从 /工作方式,允许一台主机和多台从机通信,每台从机地址由用户设定,地址范围为 。通信采用命令/应答方式,每一种命令唢都对应一个应答帧。命令帧由主机发出, 所有从机都将收到报文,但只有被寻址的从机才公响应相应命令,返回相应的应答帧。如果 报文中寻址地址为,则视为全局广播,所有主机把它当一条命令执行,不返回应答帧。 标准的 协议有 模式和模式两种传输方式。在 模式下,消 息中的每个作为两个 字符发送,采用纵向冗长检测校验,其优点是字符发 送的时间问隔可达到而不产生错误。在模式卜,采用字节数据传输 校验, 其优点是在同样的波特率下可比方式传送更多的数据。模式的消息结构如表 所列,对于主控制器,消息发送至少要以个字符时间的停顿间隔开始 表 模式的消息结构 开始 地址 功能码 数据段 校验 束 表的 所小,当第一个字节接收到后,每个设备都判断是否是发往自己 的。在最后一个传输字符之后,又以至少个宇符时间的停顿标定了一帧消息的结束。此 吋对收到消息的地址、功能码、数据段进行校验,倘岩校验结果与消息包含的校 验码吻合,则表示通信正常,否则返回例外代码 表示此帧通信存在错 误,通知主机重发命令帧 通信软件设计 采用编程软件对 和进行通讯设置实现 通信。设置为从站 采用传专输模式,物珥线路设置为线路,传输速率为位秒,数据长度为位, 停止位位,偶校验,号发电机组所对应的的地址分别设为、 将常用 国武技论文在线 数据存放在其内部指定寄存器中。 作为主站采用 软件进行编程,执行 和 通讯 指令实现与的数据交换。以号为例,图显示了使用语言的 通讯功能模块。在图中, 表示号的地址, 表示读取一个字, 和指从开始读取个变量,包括频率、电压、电流值等。 指读取通讯状 态的地址。 :指读取从站的数据放在主站到的个地址。 图通讯功能模块 与上位机的通讯 本系统采用的施耐德 其 模块自带有以太网端口,采用型 连接器,因此在不增加任何硬件的情况下,便可以实现与机互联。 上位机与的通讯方式采用工业以太网 方式,其具有协议开放, 与不同厂商设备兼容,能实现远稈访问,远程诊断,网终速度快,实时性强,系统安全性高, 成本低等特点。 监控计算机与 之间通过以太网 连接时,需要配置两者冈络地 址 在使用以太网 连接前,需要通过数据线或编程线缆和 编程软件激活并设置网络地址。 的主机必须与监控计算机的主机不同 且在网络中是唯的。而且,和计算机的地址的网络必须相同。例如,如果 的地址为 ,则计算机的有效地址可为 基于 的 与的通信 本系统的上位机软件 与之间的通信通过技术实现。 是微软公司的对象链接和嵌入技术在过程控制方血的应用,是基于 技术的 接冂的扩展,其本质是 用·种开放 的、标准化的通讯方式与 进行通讯 规范定义的标准接口,使得不同厂家 之间软硬件的集成易于实现。通过 与 进行通讯有种方法: 通过 自动化接口实现对 的访问: 通过的 技术实现与 的通讯 利用其模块与 通讯 本系统是利用 的模块与 进行通讯。 模块是 面向工业自动化领或的功能扩展,它提供了很多实现工业自动化 所必需的玏能,如访问实时数据库、浏览厉史数据库、分析历史趋势、报警、生成报告、管 国武技论文在线 理用户、访问数据源服务器等。它所访问的数据源服务器有 和 公司自己的 ,其中 是最重要的一部分 在模块中通过 菜单,可以将 与数据项对 应起来,生成.文件。在.文件中包含的详细信息。在运行 时 会根据.文件配置系统,建立与服务器的连接 作为模块的重要组成部分,是数据服务器的数据项与模块的进行 连接的中间件,完成开关服务器、初始化连接、记录数据、报警等功能。 以后的版本引入了共享变量的概念。共享变量可以与本地或网络上任何一 台电脑上的标签绑定。与标签的绑定步骤:首先,建一个 然 后 里新建个 ,在建立过程中可以浏览到本机或网络上有哪些 可以连接,然后将 与你需要连接的 绑定;最后, 中新建个 共享变量与 中列出的标签绑定。与此同时还可以设定该共享变量的一些其 它属性,例如:是否存储,报警上下限,变量描述,用户获取权限等 具体步骤如下: 的配置 在 里面启动 程序。 在 窗口中配冒通道名称并选择需要设备的驱动方式,再选择本机的网终 适配器等完成通道配置。本系统选用的驱动是: 在己有的通道下配置设备名称、选择设备型号、写入设备在系统中的地址等完成 设备配置,本系统下位机地址是 在已有的设备下面配置需要的变量组,这里每个变量都对应个的内部 地址,并用其代表的实际物理意义命名。 在 中创建工程 运行 软件,创建一个项目并命名。 配置 对 进行组态,选择正确的组态方式 创建变量,将前面 中创建的添加到 的工程中。 中最终生成一个变量组。 在里面创建变量组的过程其实质是实现了与 之间的连接,而在 中创建变量组的过程又实现了与 之间的连接,由此可以知道, 在这个通讯中扮演了“媒介”的作用。 船舶电站数据采集系统的界面设计 位机监视界面软件采用 设计。它是一款功能强大的图形化编程语言,拥有 丰富的前面版输入控件和显示控件,可使用此软件为人机界面设备创建操作员面板并配置操 作参数。它提供了设计人机界面项目(包括从数据采集到创建并显示动画等各种仟务)所需 的所有工具。根据监控软件实现的貝体功能,本软件设计了柴油发电机组监视界面,报警界 面,数据趋势图等功能界面。图为柴油发电札组前面版监视界面,实现将三台柴油发电树 组的工作状态集中显示,便于操作人员直接全面的掌握发电机组的上作情况。每台发电机还 设有模拟控制屏监视界面,其与实物发电杋控制屏非鸴相似,界面友好、逼貞、直观且便于 操作。二号发电机组模拟控制屏界面如图所示。 国武技论文在线 柴油 发电 电组 号机组 号 也流 丰压 也流 三压 LI 工 13 功率囚数 功卒囚数 频率 功因数 Ir 运行 三丁 停止 开 工开关 主开关 闭合断千复位 闭 开复位 闭合断开复惊 五示模拟控足 不限空机界NAL 出MB用版 图柴油发电机组监视界面 2号柴油发电机组 电流 频率 电压 号号 功率因数 开机时间 ANETER VIL IMETER FEN RUN CB CLOSE CB CfEN PRE-EXCITING CB TRIP RESET SPACE HEATER NATIONAL STRUMENT 图号柴油发电机模拟控制屏界面 结论 是公司生产的用」船舶电力系统控制的重要元件,支持与通信,能实 现测量,通讯,控制和显示等功能。施时德 系列结构紧凑、外形精巧 具有热插拔功能,便于维护;集成 以太网、 及 通讯接冂,采用多 任务操作系统,处理髙效,性能稳定可靠,符合所有标准的海事认证 建立在易 于使用的图形数据流编程的语言上,大大简化了过程控制和监控软件的开发,并且能提 供丰富的非常形象的虚拟化仪表。本文介绍的基于 和 构建的船舶电 站数据采集系统,利用公司的模块实现了 与的基于的以太网 通信,实现远稈数据采集与冇储,并且功能完薰,界面友好,可视性强,具有实际应用价值。 国武技论文在线 参考文献 罗文锋基于 与的船舶电站监控系统的研究武汉:武汉理工大学, 莫宏伟舭舶电站数据采集与枍测系统的设计硏究哈尔滨:哈尔滨工稈大学, 刘沿阳,邵昱舰船综合自动化系统的现状与发展趋势船舡程, 杜晓滔基于和串行通信的船舶电站胎控系统设计和实现武汉:武汉理工大学, 钟纤俊,徐素安,赵子恺可编程控制器与 的通讯实现微计算机信息 田拥军,曾建平 通信协议在电能管理系统中的应用仪器仪表标准化与计量, 王虹飞,同先波基丁 通信协议的船舶电站实时监控系统自动化与仪表, 刘金宁基于 实现对服务器的访问计算机工程与设计,

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