國際海事組織規(guī)定在2016年1月1日之后建造的船舶在氮氧化物排放控制區(qū)內行駛必須滿足Tier III的排放標準,因此對新生產的發(fā)動機需要在保持良好動力性與經濟性的基礎上進一步降低排放。試驗臺架作為發(fā)動機各系統(tǒng)或零部件開發(fā)與驗證測試平臺,與之配套的測控系統(tǒng)可以進行檢測、分析和控制其各性能參數,為檢測、評估和優(yōu)化設計提供研究平臺條件。國內的發(fā)動機測試技術起步較晚,與國外已經成熟的測試技術還存在很大差距,開展船舶發(fā)動機試驗臺測控系統(tǒng)的研制,有助于推動我國研發(fā)更高水平的船舶發(fā)動機技術,具有一定的理論研究意義與工程應用價值。本文以船舶發(fā)動機為研究對象,首先對船舶發(fā)動機各主要系統(tǒng)的關鍵參數進行需求分析;再根據目標測量參數點以及運行環(huán)境來確定測控系統(tǒng)的硬件選型設計,并開發(fā)發(fā)動機試驗臺的測控系統(tǒng)軟件程序;最后在實機環(huán)境下開展測控系統(tǒng)的試驗驗證。論文主要研究內容與成果如下:(1)結合對船舶發(fā)動機各主要系統(tǒng)的結構和工作原理分析,確定發(fā)動機所需測量的關鍵參數點以及測量范圍,參考測量的信號列表以及發(fā)動機的工作環(huán)境,從測控系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性、功能性、拓展性、兼容性和經濟性等方面綜合考慮,完成了測控系統(tǒng)的硬件選型設計。(2)分析船舶發(fā)動機測控系統(tǒng)的功能需求和測量精度要求,完成測控系統(tǒng)整體的軟件架構設計;依據程序的執(zhí)行流程,自下而上地開展測控系統(tǒng)的軟件開發(fā)。所開發(fā)的測控系統(tǒng)具有兩種可實時切換的采集機制、實時顯示和信號濾波等功能,并預置了測量儀器廣泛使用的VISA接口和CAN通訊接口,使程序有較強的拓展性,能滿足不同條件下的測試需求。(3)開發(fā)了測控系統(tǒng)的數據讀取程序。通過對存儲數據時加入時間標識,采用數據流盤的方式后,能輕松的定位到特定時間段的數據且不會造成短時間內數據量太大而導致內存溢出的錯誤,對齊數據文件至硬盤扇區(qū)能加快數據的讀取速度。(4)采用TCP/IP、UDP協(xié)議、DataSocket通信與Web網絡發(fā)布程序等方式,完成對測量數據的遠程傳輸以及程序的遠程操控,實現在異地也能實時監(jiān)測發(fā)動機現場試驗的數據。(5)采用通過遞進式的試驗方式,驗證了測控系統(tǒng)采集信號完整不丟失,并可以保證采集的精度;驗證了優(yōu)化后的數據讀取程序,可以成功的實現回放和分析存儲的大容量數據;驗證了使用Web發(fā)布程序能實現多臺客戶端對服務器上的程序進行遠程監(jiān)測與控制。最后在ACD320DF雙燃料發(fā)動機上進行了實機測試,在測控系統(tǒng)的界面上可監(jiān)測發(fā)動機運行的異常點,作為修改發(fā)動機控制器執(zhí)行參數的依據。
【學位單位】：武漢理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：U664.1
【部分圖文】：

各個重要的參數型號、實時監(jiān)測，并對數據進行科學的處理分析，最后通過的方式直觀的顯示發(fā)動機的各項性能參數，對于發(fā)動機的研發(fā)而言，不僅提效率，還能指明某方面的不足，具有十分重要的意義。奧地利 AVL 公司的 AVLTESTGATE1 組成如圖 1-1 所示，試驗臺操作員從 AVLLYNX、AVLPUMA 試驗臺（PUMA5.5，PUMA5.6x 和 PUMAOpen及第三方試驗臺中檢索數據，以獲得一個或多個試驗臺實際試驗的詳細狀覽[7]。AVLTESTGATE1 完全集成到測試場地的安全系統(tǒng)中，系統(tǒng)內還包含DS 瀏覽器，顯示 ASAM ODS 數據庫中的結果數據。通過該系統(tǒng)用戶可以在時間點查看測試臺的實際狀態(tài)，加載的參數和當前在測試臺上獲取的數量值試設施內所有的測試平臺的數據都以圖表方式清晰的顯示，以及 ASAM O據庫中的結果數據，可以導航到頻道并預覽測量數據。還可以通過互聯(lián)網和瀏覽器從辦公室中或從任何其他可以訪問互聯(lián)網的位置獲得整個測試設備態(tài)概覽，安全的訪問測試臺。此外，AVL TESTGATE 1 還可以直接集成到的 AVL SANTORIN HOST 系統(tǒng)中，且易于定制，無需任何 HTML 編程知識提供了其他的功能，如超鏈接、文件和搜索功能。

為人熟知德國的 FEV 公司的 MIO 有著強大的全集成的試驗臺采集系統(tǒng)，有高性能，自主和可靠的采集模塊，滿足發(fā)動機試驗臺所需的各種 I/O 信中包含有信號模擬和數字輸入和輸出，熱電偶，電阻和壓力等范圍內的核心[8]。整個試驗臺采集系統(tǒng)如圖 1-2 所示，在 MIO 上使用了 EtherCAT 通信標準個采集模塊被視為通訊總線上的獨立從站，而 MORPHEE 則是主站。因此維護過程中對模塊進行獨立診斷和處理中，不需要重新配置整個系統(tǒng)，采集制性能得到優(yōu)化。 EtherCAT 是工業(yè)自動化的以太網解決方案，提供卓越的，同時使用非常簡單。主總線不需要額外的擴展板，并可以很容易地在任何網適配器上實現。EtherCAT 通信特別適用于使用遠程 I / O 的控制命令系如發(fā)動機測試臺。

CAN通信模塊圖 2-1 測控系統(tǒng)硬件布局圖2.2 采集模塊的硬件選型確定選用何種采集設備中最重要的部分是分析采集信號的需求，還要考慮到采集模塊需要一定的抗干擾能力和拓展能力，保證測控系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。根據 2.1 節(jié)的分析，采集模塊的主體部分決定選擇的是 NI 公司的CompactRIO 硬件平臺。CompactRIO 控制器是一款高性能嵌入式控制器，在堅固緊湊的無風扇外殼中結合了Intel和ARM的最新處理器、Xilinx高性能FPGA、具有測量專用信號調理的高精度工業(yè) I/O 模塊，小巧而堅固[19]。其控制器具有兩個處理終端：（1）實時處理器（RT），用于通信和信號處理；（2）用戶可編程的FPGA，用于在硬件上直接實現高速控制和自定義定時和觸發(fā)。通過工業(yè)標準的認證，并具備集成式視覺、運動、工業(yè)通信和人機界面(HMI)功能。CompactRIO的硬件實物如圖 2-2 所示。
【相似文獻】

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本文編號：2847122