电控柴油机实时监控系统的开发与设计

电控柴油机实时监控系统的开发与设计

朱新宝

广西玉柴机器股份有限公司 广西玉林市 537000

摘要：对于电控柴油机，实时监控系统是基于测功机、电控单元、油耗仪等外围设备的计算机系统，对柴油机常规性能测试和检测过程中的相关数据进行处理。由于实时监控系统在运行过程中需要与柴油机的外围硬件设备进行交互，所以需要测试的项目比较多，对用户的要求也比较复杂。而且，随着电控柴油机硬件设备的变化、测试项目的增加和用户需求的变化，提高实时监控系统的自动化程度，优化其检测效果，使系统易于扩展和维护显得尤为重要。

关键词：电控柴油机；实时监控系统；开发；设计；

就柴油机本身来看，其本身是由一个复杂的多参数系统组成的，是多参数同时作用的基础上进行工作的，而每一个参数在柴油机运行期间的作用不尽相同，所以，其对柴油机的影响也是综合性的。要想进一步了解电控柴油机，研究各项参数对柴油机运行的影响，就必须要依靠一套实时监控系统。对此，以电控柴油机为研究对象，通过对实时监控系统的简单介绍，对柴油机中实时监控系统的开发设计工作展开分析，以期可以为维修和诊断柴油机故障提供一定的帮助。

一、电控柴油机实时监控系统简述

所谓实时，指的是计算机设备对于接收到的外来信息，要以足够快的速度完成处理工作，并在特定时间内给予相应的反映。实时监控系统，指的是对设备实时性提出某些苛刻要求的一种计算机设备的软件系统，属于实时系统中用户界面。从构成上来看，实时监控系统将实时显示和存储数据、事件控制、数据后续处理、编辑文件等功能集于一体，是综合性的应用系统。对柴油机来讲，电控单元ECU是电控系统核心环节，主要负责控制发动机中各类参数的采集、定时喷油、喷油量等工作，直接决定电控系统整体功能性。与此同时，该电控单元还可以接收柴油机上所有的控制信息，与实时监控系统展开实时通信，借助单片机串行通信技术，提升柴油机自动化程度。

二、硬件结构

对电控柴油机来讲，实时监控系统的建设是以电控单元、测功机、数据采集板等各类外围设备为依托，对柴油机常规使用性能进行试验和测量的一个过程，展开相关数据处理工作的计算机软件系统。其中，电控单元是柴油机电控系统中的核心环节。在进行试验测量的过程中，电控单元通过利用M68HC11单片机配件，为操作人员提供柴油机的转速、油门位置、高压泵齿杆位置、电磁阀的控制脉宽等，能够表示电控柴油机运行状态的参数。柴油机实时监控系统采用12位8通道的A/D双端输入，或者是16通道的单端输入通用型数据采集板，将采集板插入PC机扩展槽的内部，达到增加采集扭矩和压力的目的。在采集板上还有另外两路D/A，使用其中一路，可以通过试验台对测功机负荷进行控制。在实时监控系统中，数据采集板上时钟信号可以向PC机发送一个定时中断信号，当信号被PC机接收后，再开始D/A控制、A/D采样两项工作，10Hz为PC机中断频率。电控单元采集到的各类执行器、传感器信号，可以借助串行通信协议的方式传递到PC机上。其中，串行通信作为实时监控系统中的核心环节。对实时监控系统来讲，其选定操作界面编程语言之后，其设计难度就会所有降低。对实时监控系统来讲，其硬件结构的设计应当遵循上述基本开发和设计原则。

三、软件设计

本次开发的实时监控系统，是用Cbuilder作为自己开发软件系统的环境。Cbuilder是针对C++Windows程序编制的一种快速开发应用程度的工具，所以，利用Cbuilder能够直接生成可立即被执行的代码，让整个窗口界面显示更加友好、简单和直观。对柴油机中的实时监控系统来讲，该系统不仅要实施显示发动机相关参数，还需要具有数据实施处理和在线故障诊断等功能。Cbuilder为实时监控系统提供了上千个不同类型的WindowsAPI函数。其中，WIN32控制台是一个在WindowsNT或者是Windows95窗口中运行的三十二位程序。在开发和设计实时监控系统的过程中，利用Cbuilder环境内三十二位的WINAPI给予了一系列功能较强大的标准函数，可以让单片机和PC机之间的Windows95或者是WindowsNT系统下串行通信编程目标得以实现，让整个程序的设计更加地简单明了。本次研究使用到的Windows串行通信编程下的标准函数主要包括以下几类：一是打开串口；二是获取串口状态；三是清除和发送数据的缓冲区；四是设定串口情况；五是设定输入或者是输出缓冲区的大小；六是设定收取和发送数据超时的时间；七是数据发送与接收。以上涉及到的函数功能描述、返回值、参数说明等内容，都可以在Borland C++Builder（3.0）MS HELP中的三十二位WINSDK界面中顺利查到。M68HCLL串行通信接口，是一个全双工异步的串行通信接口，连接PC机上串行通信接口的电缆线，只有RXD TXD两条信号线与地线，这种连接方式有效省掉了硬件握手信号。为了避免信号机在发送信号的过程中，由于无法确定接收方接收数据的媒介，所以必须将微机上的DSR CTS同DTR直接连接，使其变为接收方可接收的数据，从而将以往的硬件握手信号变为软件握手信号。具体工作流程为：信号发送方完成一个字节的发送之后，就需要等到接收方发出的“认可”字节；在收到该字节后，才可以继续第二个字节的发送，以此类推，最终完成所有数据信息的发送。

四、界面设计

监控系统对于柴油机电控来说是不可或缺的，主要用来对实时工况下的各类工作参数进行监测和调节。进行了简单的柴油机监控系统的设计，使用NI公司Labview软件完成了前面板的制作。为了实现人机交互的图像化界面，方便输入控制参数和观测工作情况，根据具体情况设计简单的柴油发动机监控系统的前面板，主要对发动机转速、轨压、油门开合程度以及EGR阀打开程度等参数进行监测。还设置了PID模块进行简便有效的操控。并实时显示转动速度与油门变化关系图线。另外，本设计面板还能及时显示超速工况并及时发出报警讯号。其余参数如需显示，使用类似的方法即可实现。

五、台架试验

在对电控柴油机的实时监控系统展开实验的过程中发现：电控单元通过安装在柴油机上的各种传感器采集发动机各种信号，传感器数量可以根据实际需要随意增加或者是减少。各种传感器的信号在经过了处理和计算之后，需要在每一个控制周期内发布柴油机喷油量的控制指令。在控制的过程中，控制脉宽、机油压力、转速信号、水温、齿杆位置、进气温度等参数，都可以通过PC机实时监控系统上的界面系统展开现场检测，以便可以及时调整与修改，以便能够获得本工况之下最优的控制参数，降低发动机的匹配难度。并且，在屏幕上还应当将存储、打印齿杆位置、转速之间的关系；转速和齿杆位置变化情况；设定好的调整和实时柴油机特性曲线以动态的方式实时显现出来，使整个试验过程可以实现自动化管理。实时动态监测系统为电控采油机提供了相对较友善的人机控制界面，该界面带有Windows应用程度特色。在Windows应用程序下设计的人机接口，避免由计算机设备上键盘输入带来的操作不便等问题，参与试验的人员仅利用鼠标按钮，就可以完成整套操作，极大的提高了电控柴油机操作的便利性。此外，该实时监控系统还利用了多媒体技术，将图像、文字、声音和动画集于一体，使设计完成的实时监控系统故障诊断更加的形象与生动。

总之，实时监控系统作为一个综合性的应用系统，其本身具有事件控制，实时存储、显示、处理数据，文件编辑等能力。对电控柴油机设备来讲，由于该设备也属于综合性设备，发动机是该设备的核心部件，由于发动机运行期间影响因素相对较多，通过实时监控系统了解各参数的特质和影响情况，对优化参数配置，提高电控柴油机工作效率和效果，可以起到极大的帮助。

参考文献：

[1]刘彬.柴油机共轨电控喷油系统软件设计探析.2019.

[2]王娟.浅谈电控柴油机实时监控系统的开发与设计.2020.