簡論內(nèi)燃機排放測量CVS系統(tǒng)控制軟件設(shè)計論文
隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國汽車保有量也呈現(xiàn)出井噴式增長.2014年，全國汽車產(chǎn)銷量分別為2372萬輛和2349萬輛.汽車數(shù)量劇增帶來的汽車尾氣排放對環(huán)境造成巨大影響，為了準(zhǔn)確評估汽車發(fā)動機的排放性能，采用何種排放檢測技術(shù)和檢測方法顯得尤為重要.目前，世界各國的排放法規(guī)中規(guī)定機動車排放測試采用定容取樣(CVS)系統(tǒng)取樣，即將發(fā)動機的全部排氣排入稀釋通道中，用經(jīng)過空氣濾清器過濾的環(huán)境空氣稀釋，形成恒定容積流量的稀釋排氣.測試時的情況模擬汽車排氣尾管出口處排氣在環(huán)境空氣中的擴散情況，這時稀釋排氣取樣袋采集的氣樣中含有的污染物量與排氣污染物總量的比例保持不變.因此，測試循環(huán)結(jié)束后，測量氣袋中各污染物的濃度，乘上CVS系統(tǒng)中流過的稀釋排氣總量，即發(fā)動機在測量過程中各污染物的總量.
國外汽車排放檢測設(shè)備領(lǐng)域中，具有成熟檢測設(shè)備生產(chǎn)能力的公司主要有日本HORIBA公司，奧地利AVL公司以及美國CAI公司等.國外比較先進的.汽車排放檢測系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn)自動化，日本、歐洲、美國等國家已經(jīng)擁有先進的排放設(shè)備制造技術(shù)和現(xiàn)代化的排放實驗室.廣泛使用計算機技術(shù)使得幾乎所有的排放測試工作、設(shè)備控制和數(shù)據(jù)分析都可以通過計算機來完成.
1CVS系統(tǒng)測控方案的設(shè)計
1.1CVS系統(tǒng)組成及測控方案
在整套CVS采樣設(shè)備中需要采集的變量包括:①稀釋通道內(nèi)的溫度、壓力;②主文丘里管內(nèi)的溫度、壓力;③采樣文丘里管處的溫度、壓力;④稀釋通道內(nèi)流量;⑤采樣流量.控制量包括:①各采樣泵的開關(guān);②通道閥體(包括氣袋進出口以及顆粒采樣通道處閥體)的開關(guān);③采樣泵和水泵流量控制.整個系統(tǒng)中對數(shù)據(jù)采集的速度要求不高，并且在試驗中需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量比較小，同時在系統(tǒng)中只存在一臺計算機對系統(tǒng)中所有執(zhí)行器進行控制，因此集中式控制系統(tǒng)(CCS)可以滿足CVS系統(tǒng)的控制要求.
1.2控制軟件編程語言選擇
在編寫CVS控制系統(tǒng)過程中使用了Delphi作為軟件開發(fā)工具.Delphi是一種面向?qū)ο蟮目梢暬幊陶Z言，相比于C++具有更短的開發(fā)周期.同時，面向?qū)ο笥质沟肈elphi更加適用于控制軟件的開發(fā)，是工業(yè)系統(tǒng)類控制軟件開發(fā)中主要使用的軟件之一.事實證明，Delphi不僅具有強大的開發(fā)功能，同時能夠設(shè)計出更加完善、人性化的控制界面，以使設(shè)備操作更加簡便.
1.3串行端口通信技術(shù)
相比于并行通訊，串行通訊的傳輸速度慢，其優(yōu)勢在于使用過程中較為靈活、簡單、可靠性好，并且能夠有效的減少數(shù)據(jù)線的使用，特別是在進行遠(yuǎn)距離通信的過程中，可以極大的節(jié)約通信成本.利用串口通信傳遞的是數(shù)字量，因此不產(chǎn)生附加誤差.
Delphi中實現(xiàn)串口通信最常見有3種方法:①利用API函數(shù)的方法;②利用Spcomm或者MSComm控件的方法;③直接將其他的串口通信程序調(diào)用過來的方法.使用控件的方法比另外兩種方法更靈活，且操作更為簡便，直接下載安裝控件即可使用.因此，在程序編寫時采用Spcomm控件的方法.
1.4AK通訊協(xié)議
AVL的排放測試設(shè)備都是基于AK通信協(xié)議設(shè)計的.AK通信協(xié)議是由德國汽車工業(yè)協(xié)會制定的，作為排放測試設(shè)備之間的通信規(guī)則.AK通信協(xié)議設(shè)計是基于滿足最低限度低速點對點通信的要求，常用的連接方法是根據(jù)RS232接口的規(guī)格，通過串行接口調(diào)制解調(diào)數(shù)據(jù)線路進行數(shù)據(jù)通信.AK通訊協(xié)議為用戶對設(shè)備進行二次開發(fā)提供了很大方便.
2CVS采樣系統(tǒng)實驗流程
首先進行設(shè)備及程序的初始化，窗口創(chuàng)建初期系統(tǒng)會自檢，防止出現(xiàn)錯誤;然后由操作者對實驗基本參數(shù)進行設(shè)置，同時對采樣模式及采樣氣袋進行選擇.經(jīng)過預(yù)熱處理后選擇開始采樣，循環(huán)開始，氣袋開始充氣，同時進行顆粒采樣.循環(huán)結(jié)束后，將充氣后氣袋中采集的樣氣通入分析設(shè)備進行分析，實驗結(jié)束.
3控制軟件上位機界面設(shè)計
Delphi作為更高級的編程語言，所具備的重要優(yōu)點在于更方便的設(shè)計出符合操作習(xí)慣的軟件界面，系統(tǒng)的二次開發(fā)在進行界面布局過程中可以按照操作者提出的需求來設(shè)計，同時可將類型相似的功能按鈕布局在一起，便于軟件使用者進行操作和觀察.控制軟件界面設(shè)計過程中正是遵循這一原則來設(shè)計.
根據(jù)主界面的構(gòu)成可以將整個控制界面分為3個部分:①參數(shù)設(shè)置部分;②程序控制部分;③數(shù)據(jù)監(jiān)測部分.
3.1參數(shù)設(shè)置部分
參數(shù)設(shè)置部分布局在主界面右上角，在計算機中對部分參數(shù)作出更改可以及時通過串口通訊發(fā)送到設(shè)備中對相對應(yīng)的執(zhí)行器進行操作.設(shè)置部分能夠?qū)崿F(xiàn)的參數(shù)設(shè)置包括:①對系統(tǒng)主要參數(shù)進行設(shè)置;②對氣袋操作基本參數(shù)進行設(shè)置.
可以直接在對話框中對顆粒采樣速率、二級稀釋空氣速率、采樣溫度點、主文丘里以及采樣文丘里選擇，文丘里修正系數(shù)是由計算所得.
3.2程序控制部分
程序控制部分是控制軟件的核心內(nèi)容，為主界面右下角operation部分.
CVS系統(tǒng)的運行包括4種不同的運行模式，分別是stop、wait、standby和preconditioning.stop模式:所有的執(zhí)行器都關(guān)閉，軟件只采集模擬量參數(shù)，軟件啟動后就處于stop模式，此時系統(tǒng)運行處于停機狀態(tài);wait模式:軟件開始與流量計通訊，向流量計發(fā)送設(shè)定流量并讀取當(dāng)前流量，主文丘里管將按設(shè)定流量打開，可做氣袋吹掃工作;standby模式:風(fēng)機起動，熱交換器開始工作，可做氣袋吹掃工作;preconditioning模式:進入預(yù)處理狀態(tài)，采樣泵和二級稀釋泵起動，顆粒采樣和氣袋采樣均處于旁通狀態(tài)，系統(tǒng)只有進入到preconditioning模式下才可以開始進行采樣工作.
3.3數(shù)據(jù)監(jiān)測部分
在主界面中通過不同的顯示區(qū)來顯示各種數(shù)據(jù)和執(zhí)行器使用狀態(tài)，來保證實驗正常進行.
實驗設(shè)置顯示區(qū):顯示6個主要基本參數(shù).其中，2個流量計的實際流量在達(dá)到設(shè)置流量之前以紅色顯示，達(dá)到設(shè)置流量后以藍(lán)色顯示.
測量參數(shù)及流量顯示區(qū):該顯示區(qū)顯示CVS中可以采集的9個模擬量參數(shù)、4個流量計流量和溫度參數(shù)、1個計算參數(shù)共14個參數(shù)，還有2個分別顯示熱交換器水路控制閥和加熱器控制狀態(tài)的指示燈.
執(zhí)行器控制狀態(tài)顯示區(qū):用于顯示風(fēng)機和7個泵的控制狀態(tài).
采樣結(jié)果顯示區(qū)可以顯示3組數(shù)據(jù):①CVS總流量和時間;②氣袋容積和時間;③顆粒采樣流量和二級稀釋空氣流量及時間.所有顯示流量為積分值.
在顯示界面下方有狀態(tài)條顯示6項內(nèi)容，用來顯示正在進行的操作，以避免在試驗過程中出現(xiàn)失誤不能及時發(fā)現(xiàn).
4結(jié)論
在AVL-CVS系統(tǒng)底層硬件設(shè)備基礎(chǔ)上，配置了高性能工控機，選擇匹配了輸入輸出板卡，并基于WindowsXP操作系統(tǒng)重新編寫了操作軟件，使用面向?qū)ο蟮目梢暬幊陶Z言Delphi，設(shè)計控制界面使其更加實用，操作更加簡便.控制程序基于串行端口通訊技術(shù)以及AK協(xié)議，編寫了相關(guān)控制程序模塊，恢復(fù)了原系統(tǒng)的采樣、分析及對CVS氣袋充排氣和顆粒采樣的控制功能，同時增加自定義的試驗循環(huán)設(shè)定功能，擴大了適用范圍，奠定了實現(xiàn)與內(nèi)燃機測功設(shè)備控制系統(tǒng)、排氣分析系統(tǒng)通訊和集成控制的基礎(chǔ).
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