基于發(fā)動(dòng)機性能虛擬儀器測試系統設計

　?。?）工作原理

　　發(fā)動(dòng)機性能虛擬儀器測試系統可在兩種工作模式運行下：自動(dòng)工作模式和手動(dòng)工作模式，主要測試項目有：

　　1）發(fā)動(dòng)機壓力曲線(xiàn) （油、水、氣的進(jìn)出口）。2） 發(fā)動(dòng)機溫度曲線(xiàn) （油、水、氣的進(jìn)出口及環(huán)境）。3） 發(fā)動(dòng)機轉速曲線(xiàn)。4） 發(fā)動(dòng)機扭矩曲線(xiàn)。5） 發(fā)動(dòng)機功率曲線(xiàn)。6） 發(fā)動(dòng)機油耗曲線(xiàn) 。

　　自動(dòng)工作模式下，主控機首先等待用戶(hù)完成軟硬件的設置和配置。然后提請用戶(hù)選擇負載測試或定參數測試，負載測試下用戶(hù)需要設置負載曲線(xiàn)、負載時(shí)間、循環(huán)時(shí)間以及測試時(shí)間等測試參數；定參數測試下，用戶(hù)可以選擇指定扭矩、轉速或是功率，并設置相應的定標參數、控制參數以及測試時(shí)間。完成以上步驟以后，就可以啟動(dòng)測試程序，測試系統即按照用戶(hù)制定的負載自動(dòng)加載同時(shí)完成對待測發(fā)動(dòng)機的性能測試；或是通過(guò)一定的控制算法保持定標參數的穩定并對該狀態(tài)下的待測發(fā)動(dòng)機進(jìn)行自動(dòng)測試。系統運行的同時(shí)，用戶(hù)可以在實(shí)時(shí)監測圖表中觀(guān)察各指標參量對時(shí)間的波形顯示，經(jīng)過(guò)曲線(xiàn)擬合后得到發(fā)動(dòng)機特性曲線(xiàn)，并可將感興趣的圖表導出存盤(pán)。當完成測試時(shí)間后，系統自動(dòng)終止測試。

　　手動(dòng)工作模式下，系統工作原理與自動(dòng)工作模式下基本類(lèi)似，只是系統不進(jìn)行循環(huán)測試，而是提供一種交互式的測試環(huán)境，完成指定的測試項目后，等待用戶(hù)的進(jìn)一步操作。

　　3 硬件結構

　　發(fā)動(dòng)機性能虛擬儀器測試系統硬件組成框圖，如圖2所示。

　　圖2 發(fā)動(dòng)機性能虛擬儀器測試系統硬件組成框圖

　?。?）主控機

　　主控機選用一臺DELL工作站，內嵌了Intel Pentium 4 2.6G CPU，多功能數據采集卡和實(shí)時(shí)測溫模塊和實(shí)時(shí)監控模塊。

　?。?）實(shí)時(shí)監控模塊

　　實(shí)時(shí)監控模塊選用NI cFP分布式I/O實(shí)時(shí)系統。作為工業(yè)級控制系統，cFP具備FIFO數據隊列、斷電數據緩存、看門(mén)狗狀態(tài)監測以及高抗沖擊性和抗干擾性，是用于完成系統最核心的實(shí)時(shí)采集與控制的部分。

　?。?）實(shí)時(shí)測溫模塊

　　實(shí)時(shí)測溫模塊選用NI cFP分布式I/O實(shí)時(shí)系統。采用了cFP-2020控制器，配以4塊cFP TC-120 8通道熱電偶模塊，可直接用于測量標準J、K、T、N、R、S、E和B型熱電偶，并提供相應的信號調理、雙絕緣隔離、輸入噪聲過(guò)濾、冷端補償以及各種熱電偶的溫度算法，用于發(fā)動(dòng)機各待測溫度點(diǎn)的數據采樣，并利用分布式I/O的基于TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò )共享功能實(shí)現數據的遠程共享，有利于對工業(yè)現場(chǎng)實(shí)施遠程的實(shí)時(shí)監控。

　?。?）測功機

　　測功機是根據作用力與反作用力平衡原理設計的。當發(fā)動(dòng)機測功機的定子受到的轉矩與被測發(fā)動(dòng)機的轉矩相等時(shí)，由單片機數據采集系統直接精準地讀出被測發(fā)動(dòng)機的轉矩值。當被測發(fā)動(dòng)機旋轉帶著(zhù)測功機的轉子旋轉時(shí)，若給測功機加入直流勵磁電壓，測功機中有磁場(chǎng)存在，此時(shí)測功機轉子旋轉且切割磁力線(xiàn)產(chǎn)生電樞電流，電樞電流和磁通相互作用產(chǎn)生制動(dòng)轉矩，同時(shí)測功機定子受到一個(gè)相反方向的轉矩作用，便在測功機傳感器軸上產(chǎn)生壓應力，在正常工作范圍內，壓應力與傳感器軸所承受的轉矩成正比。如果在傳感器軸產(chǎn)生最大壓應力方向上粘貼電阻應變片，則應變處的電阻值就隨著(zhù)壓應力的大小而變化，再將應變片接入一定的橋式電路就能將壓應力的變化轉化為電壓信號，從而即能測量出轉矩的大小。

　　發(fā)動(dòng)機轉速的測量使用光電式轉速傳感器，測速分辨力高、慣性小、應用廣泛，利用單片機和光電式傳感器相配合，使待測量發(fā)動(dòng)機轉速簡(jiǎn)便、抗干擾能力強。光電式傳感器在發(fā)動(dòng)機軸上裝一個(gè)邊緣有N個(gè)均勻分布鋸齒的圓盤(pán)，通過(guò)光線(xiàn)投射到光敏管上，當發(fā)動(dòng)機轉動(dòng)一周，就得到N個(gè)脈沖信號，測量脈沖信號的頻率或周期，就可得到發(fā)動(dòng)機的轉速。

　?。?）控制機柜

　　控制機柜主要由控制開(kāi)關(guān)、開(kāi)關(guān)電源、濾波器以及連接線(xiàn)路組成，是為各路傳感模塊提供相應的多路接口，使之與待測發(fā)動(dòng)機連接，并提供安全的系統供電、信號隔離、幅度調節以及風(fēng)冷控制等輔助功能，為整個(gè)發(fā)動(dòng)機測試系統提供強電支持及系統應急措施。