國(guó)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(nèi)行駛必須滿足Tier III的排放標(biāo)準(zhǔn),因此對(duì)新生產(chǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)需要在保持良好動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上進(jìn)一步降低排放。試驗(yàn)臺(tái)架作為發(fā)動(dòng)機(jī)各系統(tǒng)或零部件開(kāi)發(fā)與驗(yàn)證測(cè)試平臺(tái),與之配套的測(cè)控系統(tǒng)可以進(jìn)行檢測(cè)、分析和控制其各性能參數(shù),為檢測(cè)、評(píng)估和優(yōu)化設(shè)計(jì)提供研究平臺(tái)條件。國(guó)內(nèi)的發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試技術(shù)起步較晚,與國(guó)外已經(jīng)成熟的測(cè)試技術(shù)還存在很大差距,開(kāi)展船舶發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)測(cè)控系統(tǒng)的研制,有助于推動(dòng)我國(guó)研發(fā)更高水平的船舶發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù),具有一定的理論研究意義與工程應(yīng)用價(jià)值。本文以船舶發(fā)動(dòng)機(jī)為研究對(duì)象,首先對(duì)船舶發(fā)動(dòng)機(jī)各主要系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行需求分析;再根據(jù)目標(biāo)測(cè)量參數(shù)點(diǎn)以及運(yùn)行環(huán)境來(lái)確定測(cè)控系統(tǒng)的硬件選型設(shè)計(jì),并開(kāi)發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)的測(cè)控系統(tǒng)軟件程序;最后在實(shí)機(jī)環(huán)境下開(kāi)展測(cè)控系統(tǒng)的試驗(yàn)驗(yàn)證。論文主要研究?jī)?nèi)容與成果如下:(1)結(jié)合對(duì)船舶發(fā)動(dòng)機(jī)各主要系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理分析,確定發(fā)動(dòng)機(jī)所需測(cè)量的關(guān)鍵參數(shù)點(diǎn)以及測(cè)量范圍,參考測(cè)量的信號(hào)列表以及發(fā)動(dòng)機(jī)的工作環(huán)境,從測(cè)控系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、功能性、拓展性、兼容性和經(jīng)濟(jì)性等方面綜合考慮,完成了測(cè)控系統(tǒng)的硬件選型設(shè)計(jì)。(2)分析船舶發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的功能需求和測(cè)量精度要求,完成測(cè)控系統(tǒng)整體的軟件架構(gòu)設(shè)計(jì);依據(jù)程序的執(zhí)行流程,自下而上地開(kāi)展測(cè)控系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)。所開(kāi)發(fā)的測(cè)控系統(tǒng)具有兩種可實(shí)時(shí)切換的采集機(jī)制、實(shí)時(shí)顯示和信號(hào)濾波等功能,并預(yù)置了測(cè)量?jī)x器廣泛使用的VISA接口和CAN通訊接口,使程序有較強(qiáng)的拓展性,能滿足不同條件下的測(cè)試需求。(3)開(kāi)發(fā)了測(cè)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)讀取程序。通過(guò)對(duì)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)加入時(shí)間標(biāo)識(shí),采用數(shù)據(jù)流盤(pán)的方式后,能輕松的定位到特定時(shí)間段的數(shù)據(jù)且不會(huì)造成短時(shí)間內(nèi)數(shù)據(jù)量太大而導(dǎo)致內(nèi)存溢出的錯(cuò)誤,對(duì)齊數(shù)據(jù)文件至硬盤(pán)扇區(qū)能加快數(shù)據(jù)的讀取速度。(4)采用TCP/IP、UDP協(xié)議、DataSocket通信與Web網(wǎng)絡(luò)發(fā)布程序等方式,完成對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸以及程序的遠(yuǎn)程操控,實(shí)現(xiàn)在異地也能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)。(5)采用通過(guò)遞進(jìn)式的試驗(yàn)方式,驗(yàn)證了測(cè)控系統(tǒng)采集信號(hào)完整不丟失,并可以保證采集的精度;驗(yàn)證了優(yōu)化后的數(shù)據(jù)讀取程序,可以成功的實(shí)現(xiàn)回放和分析存儲(chǔ)的大容量數(shù)據(jù);驗(yàn)證了使用Web發(fā)布程序能實(shí)現(xiàn)多臺(tái)客戶端對(duì)服務(wù)器上的程序進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制。最后在ACD320DF雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)上進(jìn)行了實(shí)機(jī)測(cè)試,在測(cè)控系統(tǒng)的界面上可監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的異常點(diǎn),作為修改發(fā)動(dòng)機(jī)控制器執(zhí)行參數(shù)的依據(jù)。
【學(xué)位單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U664.1
【部分圖文】：

各個(gè)重要的參數(shù)型號(hào)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)的處理分析，最后通過(guò)的方式直觀的顯示發(fā)動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)性能參數(shù)，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)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(yàn)臺(tái)操作員從 AVLLYNX、AVLPUMA 試驗(yàn)臺(tái)（PUMA5.5，PUMA5.6x 和 PUMAOpen及第三方試驗(yàn)臺(tái)中檢索數(shù)據(jù)，以獲得一個(gè)或多個(gè)試驗(yàn)臺(tái)實(shí)際試驗(yàn)的詳細(xì)狀覽[7]。AVLTESTGATE1 完全集成到測(cè)試場(chǎng)地的安全系統(tǒng)中，系統(tǒng)內(nèi)還包含DS 瀏覽器，顯示 ASAM ODS 數(shù)據(jù)庫(kù)中的結(jié)果數(shù)據(jù)。通過(guò)該系統(tǒng)用戶可以在時(shí)間點(diǎn)查看測(cè)試臺(tái)的實(shí)際狀態(tài)，加載的參數(shù)和當(dāng)前在測(cè)試臺(tái)上獲取的數(shù)量值試設(shè)施內(nèi)所有的測(cè)試平臺(tái)的數(shù)據(jù)都以圖表方式清晰的顯示，以及 ASAM O據(jù)庫(kù)中的結(jié)果數(shù)據(jù)，可以導(dǎo)航到頻道并預(yù)覽測(cè)量數(shù)據(jù)。還可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)和瀏覽器從辦公室中或從任何其他可以訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)的位置獲得整個(gè)測(cè)試設(shè)備態(tài)概覽，安全的訪問(wèn)測(cè)試臺(tái)。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(wú)需任何 HTML 編程知識(shí)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(guó)的 FEV 公司的 MIO 有著強(qiáng)大的全集成的試驗(yàn)臺(tái)采集系統(tǒng)，有高性能，自主和可靠的采集模塊，滿足發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)所需的各種 I/O 信中包含有信號(hào)模擬和數(shù)字輸入和輸出，熱電偶，電阻和壓力等范圍內(nèi)的核心[8]。整個(gè)試驗(yàn)臺(tái)采集系統(tǒng)如圖 1-2 所示，在 MIO 上使用了 EtherCAT 通信標(biāo)準(zhǔn)個(gè)采集模塊被視為通訊總線上的獨(dú)立從站，而 MORPHEE 則是主站。因此維護(hù)過(guò)程中對(duì)模塊進(jìn)行獨(dú)立診斷和處理中，不需要重新配置整個(gè)系統(tǒng)，采集制性能得到優(yōu)化。 EtherCAT 是工業(yè)自動(dòng)化的以太網(wǎng)解決方案，提供卓越的，同時(shí)使用非常簡(jiǎn)單。主總線不需要額外的擴(kuò)展板，并可以很容易地在任何網(wǎng)適配器上實(shí)現(xiàn)。EtherCAT 通信特別適用于使用遠(yuǎn)程 I / O 的控制命令系如發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試臺(tái)。

CAN通信模塊圖 2-1 測(cè)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(shè)備中最重要的部分是分析采集信號(hào)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(cè)控系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。根據(jù) 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(tái)。CompactRIO 控制器是一款高性能嵌入式控制器，在堅(jiān)固緊湊的無(wú)風(fēng)扇外殼中結(jié)合了Intel和ARM的最新處理器、Xilinx高性能FPGA、具有測(cè)量專用信號(hào)調(diào)理的高精度工業(yè) I/O 模塊，小巧而堅(jiān)固[19]。其控制器具有兩個(gè)處理終端：（1）實(shí)時(shí)處理器（RT），用于通信和信號(hào)處理；（2）用戶可編程的FPGA，用于在硬件上直接實(shí)現(xiàn)高速控制和自定義定時(shí)和觸發(fā)。通過(guò)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)證，并具備集成式視覺(jué)、運(yùn)動(dòng)、工業(yè)通信和人機(jī)界面(HMI)功能。CompactRIO的硬件實(shí)物如圖 2-2 所示。
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