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1、浅析基于数据采集卡的船舶机舱监控系统设计船舶机舱监控系统是船舶自动化系统的重要组成部分。船舶机舱的自动化程度在某种程度上就代表了整个船舶自动化系统的先进程度。船舶机舱监控系统主要用于辅佐操作人员监控各项机组运行参数的变化情况，一旦发生异常，立即向操作人员发出警报，以便操作人员在第一时间检查警报信号发生处，并迅速做出处理，以减少非正常情况对船舶动力乃至整个船舶自动化系统造成的损害，从而大大降低船舶的损耗。一直以来，船舶成本低、高效益、无事故是机舱监控的目的。因此，研究船舶机舱监控系统有很大的必要性和实用性。LabVIEW作为编程语言，编程灵活高效且面对对象，其强大的图形编辑能力及可视化编程环境更
2、是快捷简便；数据采集卡作为普遍使用的一种实现数据采集功能的计算机扩展卡，可以通过以太网、USB、火线（1394）等多种型号的总线接入计算机，使用方便。本文主要介绍了基于LabVIEW和数据采集卡的船舶机舱监控系统，该系统主要包括了用户登录、模拟量采集和开关量采集三部分，其中模拟量部分采集了温度、压力、电压等信号。系统监控了船舶运行时主柴油机、辅柴油机、电站、主锅炉和辅锅炉的多个相关量。关键词：LabVIEW；监控系统；船舶；机舱监控；数据采集。目 录第一章 绪论81.1.课题研究目的及意义81.2.机舱监控系统国内外研究现状81.3.论文的主要内容9第二章 LabVIEW软件介绍102.1La
3、bVIEW简介102.1.1LabVIEW概述102.1.2LabVIEW的优势102.2LabVIEW编程环境112.2.1启动界面112.2.2控件选板122.2.3函数选板132.2.4工具栏152.2.5工具选板162.3LabVIEW和数据采集18第三章 机舱监控系统软件设计213.1系统组成213.2设计步骤213.2.1用户登录213.2.2模拟量采集233.2.3开关量采集29第四章 程序仿真314.1用户登录仿真314.2模拟量采集部分仿真324.3开关量采集部分仿真32结论33致谢33参考文献34第一章 绪论1.1. 课题研究目的及意义船舶机舱监控系统是船舶自动化系统的重要
4、组成部分，船舶机舱监控系统主要用于辅佐操作人员监控各项机组运行参数的变化情况，一旦发生异常，立即向操作人员发出警报，以便操作人员在第一时间检查警报信号发生处，并迅速做出处理，以减少非正常情况对船舶动力乃至整个船舶自动化系统造成的损害，从而大大降低船舶的损耗1。该系统工作的可靠性直接影响到船舶的安全航行。因此，船舶机舱的自动化程度在某种程度上就代表了整个船舶自动化系统的先进程度。最初的机舱自动化报警系统主要由继电器和报道提逻辑电路组成，现在已经不适合机舱自动化的发展要求了2。一直以来，船舶成本低、高效益、无事故是机舱监控的目的，因此，研究更先进船舶机舱监控系统有很大的必要性和实用性。LabVIE
5、W是一个工业标准的图形化开发环境，它结合了图形化编程方式的高性能与灵活性，以及专为测试测量与自动化控制应用设计的高端性能与配置功能，能为数据采集、仪器控制、测量分析与数据显示等各种应用提供必要地开发工具3。数据采集卡作为普遍使用的一种实现数据采集功能的计算机扩展卡，可以通过以太网、USB、火线（1394）等多种型号的总线接入计算机，使用方便。因此把LabVIEW和数据采集卡相结合应用到船舶机舱监测系统具有很好的应用价值。1.2. 机舱监控系统国内外研究现状机舱监控系统是随着控制理论和电子技术的发展而发展起来的,到目前为止其发展历程大致经历了以下四个阶段:常规仪表监测阶段；电、气动及中小规模集成
6、电子模块组合逻辑监控阶段；以微机为基础的集散型监控阶段；基于现场总线技术的机舱监控系统与全船自动化系统联网监控阶段。虽然现在船舶机舱监控系统已发展到了即现场总线式全分布式系统(简称FCS)，其中有较强实力和影响的有：FoudationFieldbus ( FF ) 、LonWorks、Profibus、HART、CAN、Dup line等,它们具有各自的特色,并在不同应用领域形成了自己的优势，但至今尚未形成完整统一的国际标准。所以就目前来说集散型监控技术已发展得相当成熟,值得为当前绝大多数船舶监控系统所采用4。目前，先进船舶上的机舱自动监控系统大多采用的是多微机分层监控系统，这种监控系统的结构
7、属于典型的集散式监控系统(DCS) ，一般采用三层结构:下层有若干个分站构成，中间层作为数据通信站和显示报警处理单元，上层由信息管理单元和数据分析单元等组成。这种网络化监控系统功能齐全，能实现监控、显示、报警、历史数据存储等日常全部操作的要求，其分散控制，集中监视、操作和管理的系统结构，使监控系统的可靠性和安全性得到了提高，代表着船舶自动监控系统的发展方向。国外主机监测报警正向更高层次的数字化、网络化、信息化、智能化方向发展。形成以智能化为核心，具有状态监测、故障诊断、趋势预报等功能的统一管理、集中监测、智能决策和分散控制的新一代综合主机监控管理系统。相关产品如挪威Kongsberg公司的主机
8、遥控系统提供整套的控制系统和解决方案，能够满足无人机舱的监控要求。该系统基于标准化的硬件和软件，为客户提供标准化的接口和直观的用户界面；德国Siemens公司的SIMOS IMAC55是一个全开放的模块化分布式网络型监视、控制和报警系统，其系统的构建均采用了工业际准组件，各个功能模块通过网线与设在不同位置的操作站一起形成一个船舶计算机网络；挪威ABB公司的舰船Integrate Automation System采用了三层网络结构，其信息层采用以太网，控制层和设备层则采用开放式网络控制系统；加拿大CAE公司的工PMS采用了两层网络的结构，分别是控制设备与操作设备之间的管理网以及现场设备与控制设
9、备之间的控制网。管理网一般采用TCP/IP协议和以太网;控制网则是各种现场总线网络。控制层面的各种控制器通过现场总线接口与现场总线的智能设备相连，通过以太网接口与信息层进行数据交互。这些产品的智能化、标准化程度高，水平先进5。1.3. 论文的主要内容本文主要研究基于LabVIEW和数据采集卡的船舶机舱监控系统，该系统主要包括了用户登录、开关量采集和模拟量采集三部分，其中模拟量采集部分有包括了温度采集、压力采集、电压采集等几部分。系统监控了船舶运行时主柴油机、辅柴油机、电站、主锅炉和辅锅炉的数个相关量。第二章 LabVIEW软件介绍2.1 LabVIEW简介2.1.1 LabVIEW概述LabV
10、IEW是（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一种用图表代替文本行创建应用程序的图形化编程语言。传统的文本编程语言（如visual basic、visual C+、Delphi等）根据语句和指令的先后顺序决定程序的执行顺序，而LabVIEW则采用数据流编程方式，程序框图中节点之间的数据流向决定了程序的执行顺序。它用图标表示函数，用连线表示数据流向。LabVIEW提供很多外观与传统仪器（如示波表、万用表）类似的控件可用来方便地创建用户界面。用户界面在LabVIEW中被称为前面板。使用图标和连线，可以通过编程对前面板上的对象进行
11、控制。这就是图形化源代码，又称G（Graphics)代码。LabVIEW的图形化源代码在某种程度上类似于数据流流程图，因此又被称为程序框图代码。前面板上的每一个控件对应于程序框图中的一个对象，当数据“流向”该控件时，控件就会根据自己的特性以一定的方式显示数据，例如开关、数字或图形。LabVIEW程序被称为VI（Virtual Instrument），即虚拟仪器，这是因为它的很多界面控件与操作都模拟了显示世界中的仪器，例如示波器与万用表等。LabVIEW的核心概念是“软件即是仪器”，即虚拟仪器上网概念。LabVIEW中包含了大量的工具与函数用于数据采集、分析、显示与存储等。这些工具都是向导式的工
12、具，用户只需要一步步按照提示就可以实现仪器的连接和参数的设置6。2.1.2 LabVIEW的优势作为基于图形化编程语言的开发环境，LabVIEW自然、直观、简洁的程序开发方式大大降低了学习难度。开发者可以通过各种交互式控件、对话框、菜单及函数模块进行编程。所需做的只是将这些VI模块拖拉到程序框图中，并定义它在应用程序中的功能。最后将这些控件或VI模块连接起来即可完成仪器设计。选择LabVIEW开发测试和测量应用程序的一大决定性因素是其开发速度。通常，使用LabVIEW开发应用系统的速度和比使用其他编程语言快4-10倍。LabVIEW的主要优势体现在如下几个方面：（1） 提供了丰富的图形控件，并
13、采用图形化的编程方法，彻底把开发人员从复杂苦涩的文本编辑中解放出来。（2） 内建的编辑器在用户编写程序的同时就在后台自动完成了编译。因此用户在编写程序的过程中如果有语法错误，它会被立即显示出来。（3） 由于采用数据流模型，它实现了自动的多线程，从而能充分利用处理器尤其是多处理器的处理能力。（4） 通过DLL、CIN节点、ActiveX、.NET或MATLAB脚本节点等技术，可以轻松实现LabVIEW与其他编程语言混合编程。（5） 通过应用程序生成器可以轻松地发布EXE、动态链接库或安装包。（6） LabVIEW提供了大量的驱动与专用工具，几乎能与任何接口的硬件轻松连接。（7） LabVIEW内
14、建了600多个分析函数，用于数据分析和信号处理。（8） NI同时提供了丰富的附加模块，用于扩展LabVIEW在不同领域中的应用，例如实时模块、PDA模块、FPGA模块、数据记录与监控（DSC）模块、机器视觉模块与触摸屏模块等6。2.2 LabVIEW编程环境2.2.1 启动界面 成功安装LabVIEW8.5之后，双击桌面图标或单击开始菜单的对应项，即可启动LabVIEW8.5，其启动界面如图2-1所示。图2-1 LabVIEW8.5中文版启动界面启动界面左侧的“文件”向导框内列出了最常用的命令，如新建VI、新建项目、新建基于模板的VI等以及最近打开过的项目和VI程序，以便用户使用。右侧的资源向
15、导框内列出了常用资源（如系统帮助、范例、网络资源）以及对LabVIEW新特性的介绍，这些都是学习和使用LabVIEW的绝佳帮手，特别是其中的“查找范例.”项，提供了丰富的编程实例，几乎所有的常用功能都可以从中找到例子。单击启动界面上的“新建”下的“VI”项或单击快捷键Ctrl+N，创建一个新VI，会弹出如图2-2所示的前面板和框图编辑窗口。图2-2 前面板和框图编辑窗口2.2.2 控件选板 在前面板进行编程的时候，用鼠标右键单击前面板的空白区域，所弹出的控件选板如图2-3所示，本系统所用的各个子选板及其用途如下。图2-3 控件选板（1）整体布局v 新式：提供新式风格的各种控件v 系统：提供与所在操作系统风格统一的各种控件v 经典：提供经典风格的各种控件v Express（特快通道）：包含了最常用的几类控件v .NET与ActiveX：提供.NET和ActiveX支持的相关控件 选择“选择控件.”项可以读取事先定制好的控件文件，用于添加用户自定义的控件。（2）控件介绍 新式、系统、经典分别为不同风格的控件子选板，其包含的控件功能是相同的，以新式子选板为例，其下一级子选板及用途有：v 数值：数值型控件，如编辑框、滑动条、进度条、表盘
