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(nèi)行駛必須滿足Tier III的排放標準,因此對新生產(chǎn)的發(fā)動機需要在保持良好動力性與經(jīng)濟性的基礎(chǔ)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(shù),為檢測、評估和優(yōu)化設(shè)計提供研究平臺條件。國內(nèi)的發(fā)動機測試技術(shù)起步較晚,與國外已經(jīng)成熟的測試技術(shù)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(shù),具有一定的理論研究意義與工程應(yīng)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(guān)鍵參數(shù)進行需求分析;再根據(jù)目標測量參數(shù)點以及運行環(huán)境來確定測控系統(tǒng)的硬件選型設(shè)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(nèi)容與成果如下:(1)結(jié)合對船舶發(fā)動機各主要系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理分析,確定發(fā)動機所需測量的關(guān)鍵參數(shù)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(jīng)濟性等方面綜合考慮,完成了測控系統(tǒng)的硬件選型設(shè)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(gòu)設(shè)計;依據(jù)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(yù)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(shù)據(jù)讀取程序。通過對存儲數(shù)據(jù)時加入時間標識,采用數(shù)據(jù)流盤的方式后,能輕松的定位到特定時間段的數(shù)據(jù)且不會造成短時間內(nèi)數(shù)據(jù)量太大而導(dǎo)致內(nèi)存溢出的錯誤,對齊數(shù)據(jù)文件至硬盤扇區(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,完成對測量數(shù)據(jù)的遠程傳輸以及程序的遠程操控,實現(xiàn)在異地也能實時監(jiān)測發(fā)動機現(xiàn)場試驗的數(shù)據(jù)。(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(shù)據(jù)讀取程序,可以成功的實現(xiàn)回放和分析存儲的大容量數(shù)據(jù);驗證了使用Web發(fā)布程序能實現(xiàn)多臺客戶端對服務(wù)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(shù)的依據(jù)。
【學(xué)位單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U664.1
【部分圖文】：

各個重要的參數(shù)型號、實時監(jiān)測，并對數(shù)據(jù)進行科學(xué)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(shù)，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(shù)據(jù)，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(nèi)還包含DS 瀏覽器，顯示 ASAM ODS 數(shù)據(jù)庫中的結(jié)果數(shù)據(jù)。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(shù)和當前在測試臺上獲取的數(shù)量值試設(shè)施內(nèi)所有的測試平臺的數(shù)據(jù)都以圖表方式清晰的顯示，以及 ASAM O據(jù)庫中的結(jié)果數(shù)據(jù)，可以導(dǎo)航到頻道并預(yù)覽測量數(shù)據(jù)。還可以通過互聯(lián)網(wǎng)和瀏覽器從辦公室中或從任何其他可以訪問互聯(lián)網(wǎng)的位置獲得整個測試設(shè)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(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(wǎng)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(wǎng)適配器上實現(xiàn)。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(shè)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(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。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(jié)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(diào)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(xiàn)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。
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本文編號：2847122