張淑華，麻春輝

(承德石油高等?？茖W校 汽車工程系，河北 承德 067000)

內燃機氣道試驗臺測控系統(tǒng)的研制

張淑華，麻春輝

(承德石油高等?？茖W校 汽車工程系，河北 承德 067000)

研發(fā)出了一種氣道試驗臺的自動測控系統(tǒng)，通過傳感器、PLC及上位機完成數(shù)據(jù)的采集、自動記錄數(shù)據(jù)并打印且能實現(xiàn)氣門升程的自動調節(jié)，PLC通過PID計算自動調節(jié)流量控制閥，能夠實現(xiàn)定壓差測量。

內燃機；測控系統(tǒng)；PID；PLC；傳感器

內燃機氣道穩(wěn)流試驗臺是在穩(wěn)流狀態(tài)下測量發(fā)動機缸內進氣渦輪強度、進氣阻力特性的試驗裝置。通過測量進氣渦輪強度和氣道阻力來評價氣道性能的優(yōu)劣，并作為確定氣道結構和尺寸的依據(jù)。傳統(tǒng)的試驗臺通過手動調節(jié)氣門的升程，再通過手動調節(jié)流量控制閥調節(jié)進入氣缸中氣體的流量，實現(xiàn)達到定壓差的測量，人工記錄數(shù)據(jù)。開發(fā)出一種氣道試驗臺自動測控系統(tǒng)，通過傳感器、PLC及上位機完成數(shù)據(jù)的采集并能自動記錄數(shù)據(jù)并打印，通過上位機控制PLC實現(xiàn)單點或滿升程自動調節(jié)氣門的升程并通過PID計算自動調節(jié)電動閥門，控制流過氣缸氣體流量達到實現(xiàn)定壓差的目的。

1 氣道試驗臺簡介及功用

氣道試驗臺結構如圖1所示。氣門調節(jié)機構通過步進電機驅動絲杠控制氣門升程。轉速傳感器測量氣道在不同氣門升程下旋轉葉片的轉速，計算出渦輪比。此試驗臺可以進行單點試驗，通過上位機輸入氣門的升程，設定好穩(wěn)壓箱1的壓差及采樣時間，PLC對流量調節(jié)閥進行PID控制，從而實現(xiàn)測定壓降與設定壓降相等的狀態(tài)，當達到采樣時間后，上位機將自動采集數(shù)據(jù)計算結果并虛擬儀表顯示及繪制流量與渦輪比的曲線。

氣道試驗臺上位機界面如圖2所示。

此試驗裝置除單點試驗的虛擬儀表顯示、數(shù)據(jù)存儲、計算分析及圖表繪制、輸出打印外，還能夠進行氣門滿升程自動測量。在上位機按動自動測量按鈕，設定好氣門升程每次增加的步長，系統(tǒng)將氣門逐步開啟，對于每個升程，與單點試驗類似。

2 測控系統(tǒng)組成與軟硬件設計

此試驗臺上位機控制程序采用美國NI公司的虛擬儀器編程語言labview編寫，其最大特點采用G語言編程，使用簡單，它還可以在多種操作系統(tǒng)下運行；PLC采用三菱FX1N-14MR帶4AD(4～20 mA)、2DA(4～20 mA)轉換模塊、PC機與PLC通過系統(tǒng)自帶的RS232串口通訊，PLC采用梯形圖編程。電氣系統(tǒng)的性價比、經濟性與通用性比較好。

測控系統(tǒng)組成如圖3所示。此試驗臺孔板流量計信號經過TY-1151變送器轉化成4～20 mA電流信號；壓差傳感器采用JG-130 M1變送器將穩(wěn)壓箱1內空氣與大氣壓的壓差信號轉化成4～20 mA的電流信號，此兩個電流信號分別與4AD轉換模塊的0、1通道相連。PLC通過FROM指令將與0、1通道相連的緩存區(qū)內轉換后的數(shù)字量存儲到PLC中的普通寄存器。轉速傳感器采用NPN型霍爾式開關，信號端直接與PLC的0通道相連，PLC利用SPEED指令能夠計算出葉片的轉速并保存到相應的寄存器中，上位機可以定時讀取相應寄存器的數(shù)據(jù)。上位機給PLC寄存器寫入氣門升程時，下位機通過驅動器控制步進電機旋轉相應的角度，通過絲杠結構，開啟氣門。PLC、步進電機、驅動器的接線方法(共陽極接法)如圖4所示。驅動器輸入信號共有三路，它們是：①步進脈沖信號PUL+、PUL-；②方向電平信號DIR+ 、DIR-③脫機信號EN+、EN-。PLC編程時，利用DRVA絕對位置指令，PUL-端輸出脈沖控制步進電機步進的步數(shù)及其旋轉的速度，將氣門的目標位置與實際位置比較自動控制電機旋轉的方向在DIR-端輸出。ENA-使能信號接入，ENA有效時電機轉子處于自由狀態(tài)(脫機狀態(tài))，手動調節(jié)氣門升程的零點。手動調節(jié)完成后，再將 EN 設為無效狀態(tài)，進行自動控制。

流量調節(jié)閥采用智能型電動蝶閥，采用三菱PLC內部的PID指令對流量調節(jié)閥進行調節(jié)達到穩(wěn)流箱1的設定壓差值與實際測量值相等，其控制原理如圖5所示，在使用時應該注意設定值必須是數(shù)字量。

3 結論

此氣道試驗臺的測控系統(tǒng)已經調試完成，并對6 100柴油機氣缸蓋進行了試驗，通過試驗數(shù)據(jù)表明渦輪比與流量誤差均在5%范圍內，表明其能準確反映氣道的特性且精度較高。

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DesignandManufactureofMeasurementandControlSystemofAirPortBlowingTestBenchforInternalCombustionEngines

ZHANG Shu-hua, MA Chun-hui

(Department of Automotive Engineering, Chengde Petroleum College， Chengde 067000， Hebei, China)

The automatic system of measurement and control of air port blowing test bench for internal combustion engines was developed in this paper. It can complete data-acquisition, complete data acquisition, automatic recording data and print, and can adjust the lift-distance of the intake valve automatically via computer, PLC and sensors．The PLC can adjust the flowing control valve automatically, which can realize the measurement of constant pressure.

internal combustion engine; measurement and control system; PID; PLC; sensor

TK4

B

1008-9446(2017)04-0064-03

河北省高等學?？茖W技術研究重點項目(發(fā)動機進氣流場對缸內氣體運動影響的研究)：ZD2016113

2017-01-11

張淑華(1977-)，女，河北衡水人，講師，碩士，主要從事內燃機電控、測控系統(tǒng)的開發(fā)，E-mail： z_s_h_2003@163.com。