基于labview的柴油发动机测控系统

2016-08-01 13:14:54来源: ck365

发动机测试仪器经历了模拟仪器、数字化仪器和智能仪器三个阶段。模拟仪器的基本结构是由磁机械式的,采用模拟器件组成各种电路,精度低、速度慢、适应性差;而数字化仪器如数字转速表等,主要由数字电路来实现,在测试精度、速度和仪器寿命等方面都比模拟仪器有较大的提高。随着数字信号处理技术及大规模集成电路的发展,出现了以微机为核心的智能仪器,但由于其是以功能模拟的形式存在的,无论开发还是应用,都缺乏灵活性。20世纪80年代后期,微机性能是得到极大提高,而向测试分析的通用软件开发平台的成功应用,使得虚拟仪器应运而生。利用虚拟仪器技术,用户可以自定认义仪器的功能,创建32位编译程序,从而提高了常规数据采集和测试等任务的运行速度。

W40型电涡流测功器是华南农业大学从德国进口的测功设备。该测试设备的数字化水平较低,控制台均采用机械式按钮,且经过近二十年的连续运转,设备已严重老化,出现明显的零点漂移,部分测试电路板已出现故障,经多次修理仍不正常,严重影响了测试工作的正常进行。为此,在确保数据采集的精度和实时性、改善数据处理功能、提高易操作性和整个测试设备数字化水平的原理下,充分利用虚拟仪器的优势,对原有设备进行了更新和扩充,形成了一个测控系统

1 系统硬件设计

1.1 系统硬件组成

测试系统的硬件组成主要包括NI公司的PCI-6024E型DAQ卡和SCXI信号调理模块。SCXI信号调理模块包括机座模块SCXI-1000、热电偶模块组SCXI-1125和SCXI-1328、应力应变模块组SCXI-1520和SCXI-1314等。系统结构图如图1所示。

 

测功能即为德国SCHENCK公司的W40型电涡流测功器,可测发动机最大功率40kW。测耗仪是自动设计的,利用电子天平称量燃油消耗量,通过RS232C(25芯接插件)与PC机连接。可烟度计和空气流量计均为第三方仪器,通过RS232C(9芯接插件)与PC机连接。

1.2 各组成单元功能及工况点控制 1.2.1 DQA卡

NI公司的PCI-6024E型DAQ卡是基于PCI总线的12位多功能数据采集卡,最高采样速率为200kS/s,具有16个单端模拟输入(或8个差分模拟输入),8个数字输入/输出,2个模拟输出,2个20MHz、24位计数器/定时器。

1.2.2 SCXI信号调理模块

NI公司的SCXI信号调理模块为DAQ卡提供一个完善的信号调理系统,有效高的灵活性和配置性能。

机座SCXI-1000是一个结构紧凑、低哭声的机箱,为调理模块提供电源、定时和触发等功能。

热电偶模块组SCXI-1125和SCXI-1328提供最高300Vrms的隔离、1~2000的增益、4Hz或10kHz的可编程模拟滤波器、冷端补偿等功能,终端还有铝质温板防止温度从接线紧杆传递,提高了冷端补偿的精度。

应力应变模块组SCXI-1520和SCXI-1314提供1~1000的增益、10Hz~10kHz的可编程模拟滤波器、0~10V的直流激励电压以及自动调零、桥路补偿等功能,还可以调理一般的模拟电压。

1.2.3 测功器和油门控制器

W40型电涡流测功能有四种工作方式:M方式、n方式、n-const方式和M-n2方式。最常用的是M方式和n-const方式,对应调整的对象分别为测功器的扭矩和转速。当选择external方式时,控制信号为0~10V。油门控制器由模拟电压控制的伺服电机构成,控制信号为0~10V。

1.2.4 工光点的控制

系统可根据设定的转速或扭矩通过DAQ卡输出控制电压给控制执行器和油门控制器,再通过测量结果进行反馈,即可实现试验工况点的控制,完成自定义的测试流程。其中,系统采用PID算法实现测功器的控制。

2 系统软件设计

2.1 编程思想

发动机试验需要在开始时通过怠速运转进行预热。预热完毕的标志是冷却水温度达到额定值。预热后,当速度稳定在设定值时,开始运行主程序,进行数据显示、处理和记录。运行主程序时,同时还调用烟度计和空气流量计子程序,进行同步采集、记录。当水温超过设定的极限值时,系统输出数字信号,启动扬声器报警并停机。系统程序流程图如图2所示。

 

2.2 用户界面

这里利用简单、易用、图形化的虚拟仪器软件LabVIEW编写操作界面。

主程序界面分为控制和显示两个区,实现对数据采集的控制和显示。显示部分包括扭矩、转速、温度、油耗等参量的显示,还包括超过极限亮灯显示、统计分析显示、日期时间显示等;控制部分包括各测量仪控制开关、采集速率、存储数据时间、PID参数值、极限值、初始值等的设置,如图3所示。

 

根据流程需要,编写了温度测试子程序和速度判断子程序,用于监控温度和速度状态。对于速度,用磁电和光电转速传感器同时测量,程序中设采样频率为5000Hz,采样数为5000,每秒显示、记录一个点,每8个点取一次平均,判断平均值误差是否在设定范围内而且持续一分钟以上。

2.3 功能模块

软件按功能可分为扭矩计、转速计、温度计、油耗仪、空气流量计、烟度计等测试模块,每个模块可独立使用,分别测试各单个内容。信号采集完成后,可以进行数据保存(直接存入EXCEL)、图表打印以及网页发布等操作。监控参数出现异常时,应报警并停机。

对于油耗测量,首先要在电子天平的菜单中对与外设有关的参数进行设置,如波特率、奇偶校验和握手信号等,然后用LabVIEW读取数据实现串口通讯。厂商为烟度计和空气流量计提供了相应软件,可通过LabVIEW利用system exec.vi调用流量计和烟度计的数据采集软件,并与LabVIEW主程序同步存储。另外,环境条件如大气压、温度、露点温度、相对湿度等可通过互联网从广州五山气象卫星观测站获得,而室内条件也要瑜空盒气压表、干湿球湿度计等仪器进行辅助测量。

关键字:labview  柴油发动机  测控系统

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/article_2016080116459.html
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