礦用防爆柴油機性能試驗用測控系統的製作方法
2023-06-21 02:21:11
礦用防爆柴油機性能試驗用測控系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及礦用防爆柴油機的性能試驗，具體是一種礦用防爆柴油機性能試驗用測控系統。滿足了目前礦用防爆柴油機性能試驗的試驗需要。所述測控系統包括上位機、數據採集模塊、檢測柴油機各項性能指標的測量設備、對柴油機實施測試控制的執行設備；測量設備包含Pt100溫度傳感器、K型熱電偶、壓力變送器、油耗儀、尾氣分析儀、煙度計、空氣流量計、扭矩傳感器、扭矩測量儀；執行設備包括PLC模塊、油路電磁閥、氣路電磁閥、油門控制器、直流電力數字測功系統。本實用新型結構合理，具有良好的擴展性，採用CAN總線通訊，傳輸速度快，實時性強，可靠性高。
【專利說明】礦用防爆柴油機性能試驗用測控系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及礦用防爆柴油機的性能試驗，具體是一種礦用防爆柴油機性能試驗用測控系統。
【背景技術】
[0002]現有礦用防爆柴油機性能試驗的測控系統所設數據採集通道較少，且採用的功能板卡及連接線較多，模塊化不清晰，結構複雜；並存在傳輸速度慢、可擴展性不強、實時性和可靠性較差等缺點。而針對目前礦用防爆柴油機性能試驗要求越來越高的情況，需採集的參數越來越多，需設置的數據採集模塊和測控設備越來越多，模塊與模塊之間、模塊和設備之間的通訊也翻倍增加，現有測控系統已無法滿足檢測領域和科研領域中礦用防爆柴油機性能試驗的試驗需要。
【發明內容】
[0003]本實用新型為了滿足目前礦用防爆柴油機性能試驗的試驗需要，提供了一種礦用防爆柴油機性能試驗用測控系統。
[0004]本實用新型是採用如下技術方案實現的:礦用防爆柴油機性能試驗用測控系統，包括上位機、數據採集模塊、檢測柴油機各項性能指標的測量設備、對柴油機實施測試控制的執行設備；所述測量設備包含Ptioo溫度傳感器、K型熱電偶、壓力變送器、油耗儀、尾氣分析儀、煙度計、空氣流量計、扭矩傳感器、扭矩測量儀；所述執行設備包括PLC模塊、油路電磁閥、氣路電磁閥、油門控制器、直流電力數字測功系統；PtlOO溫度傳感器、K型熱電偶、壓力變送器與數據採集模塊連接構成獨立功能模塊節點；上位機、油耗儀、尾氣分析儀、煙度計、空氣流量計(上位機、油耗儀、尾氣分析儀、煙度計、空氣流量計的接口為RS232接口)分別配置CAN232MB通訊轉換模塊(簡稱CAN232MB模塊)，與對應CAN232MB通訊轉換模塊連接構成獨立功能模塊節點；PLC模塊及直流電力數字測功系統(PLC模塊及直流電力數字測功系統的接口為RS485接口)分別配置CAN485MB通訊轉換模塊(簡稱CAN485MB模塊)，與對應CAN485MB通訊轉換模塊連接構成獨立功能模塊節點，上述節點通過CAN總線連接構成CAN網絡；扭矩測量儀與油門控制器通過自帶的CAN通訊接口與CAN網絡連接，扭矩傳感器的輸出端與扭矩測量儀連接；所述CAN232MB通訊轉換模塊包括單片機、MAX232電平轉換晶片、CAN通信控制器、CAN收發器、光電隔離器，MAX232電平轉換晶片、CAN通信控制器與單片機連接，CAN收發器經光電隔離器與CAN通信控制器連接；所述CAN485MB通訊轉換模塊包括單片機、MAX485電平轉換晶片、CAN通信控制器、CAN收發器、光電隔離器，MAX485電平轉換晶片、CAN通信控制器與單片機連接，CAN收發器經光電隔離器與CAN通信控制器連接；所述數據採集模塊包括信號調理電路、A/D轉換晶片、光電隔離器、微處理器、CAN通信控制器、CAN收發器，信號調理電路的輸出端與A/D轉換晶片連接，A/D轉換晶片經光電隔離器與微處理器連接，CAN通信控制器與微處理器連接，CAN收發器與CAN通信控制器連接。
[0005]所述測控系統中:由上位機負責對系統數據的接受與管理、控制命令的發送以及各獨立功能模塊節點動態參數和設備狀態的實時顯示；PtlOO溫度傳感器與K型熱電偶用於對柴油機實施多點測溫，壓力變送器用於對柴油機的油壓及氣壓實施多點測量，具體設置數量由測試點的數量決定，其中，PtlOO溫度傳感器測量低溫，例如:機油溫度、冷卻液溫度等；K型熱電偶測量高溫，主要用於測量柴油機的排氣溫度；Ptl00溫度傳感器、K型熱電偶、壓力變送器輸出的模擬信號由數據採集模塊進行處理，首先經信號調理和A/D轉換變成數位訊號，然後送入微處理器存儲，再經CAN通訊控制器和CAN收發器以CAN數據格式輸出至CAN網絡。油耗儀、空氣流量計、煙度計、尾氣分析儀分別用於測量礦用防爆柴油機的油耗、空氣流量、尾氣的不透光度、尾氣中CO和NO的含量，測量數據通過CAN232MB通訊轉換模塊上傳至CAN網絡，經CAN網絡回饋給上位機；PLC模塊用於控制礦用防爆柴油機的油路電磁閥、氣路電磁閥、直流電力數字測功系統的開啟、運行方式等狀態，其中，所述直流電力數字測功系統是現有公知產品；油門控制器控制礦用防爆柴油機的油門開度，並將油門開度經CAN網絡反饋給上位機；扭矩測量儀用於測量礦用防爆柴油機的扭矩和轉速，並將扭矩和轉速信號經CAN網絡反饋給上位機。
[0006]與現有技術相比，本實用新型所述測控系統採用模塊化設計，使系統內部元器件和連接線減少，結構簡化，系統可擴展性和可靠性增強，各模塊具有較強的獨立性和通用性；所用數據採集模塊不僅可以將各傳感器輸出的模擬信號轉換為單片機可接收的數位訊號，還可以將數位訊號轉換成符合CAN總線協議的信號(簡稱CAN信號);所用CAN232MB通訊轉換模塊和CAN485MB通訊轉換模塊使現場設備方便地連接到CAN總線上，使RS232信號和CAN信號之間、RS485信號和CAN信號之間可以根據控制指令進行互相轉換和傳輸；所用PLC模塊可以對系統中數字和模擬量的輸入和輸出進行控制，並與外部進行串口通訊。所述測控系統採用CAN總線通訊方式，系統各部分組成了一個CAN網絡，系統中上位機、各模塊和設備作為CAN網絡的節點，互相進行數據傳輸；CAN網絡上的節點不分主從，任一節點均可在任意時刻主動地向網絡上其他節點發送信息，通信方式靈活，CAN網絡上的節點數目前可達110個，CAN總線協議廢除了傳統的站地址編碼，取而代之以對通信數據塊進行編碼，按數據塊編碼的方式，使不同的節點可以同時接收到相同的數據，傳統的RS232、RS485通訊與CAN總線通訊相比，實時性不強，只能構成主從式結構系統，通信方式也只能以主站輪詢的方式進行，系統的實時性、可靠性較差；且當系統出現多節點同時向總線發送數據時，會導致總線呈現短路，從而損壞某些節點的現象。
[0007]本實用新型結構合理，具有良好的擴展性，採用CAN總線通訊，傳輸速度快，實時性強，可靠性高。能對礦用防爆柴油機的轉速、扭矩、溫度、壓力、油耗、空氣流量、尾氣中CO含量、NO含量和煙度同時進行檢測，並能對防爆柴油機的油門、直流電力數字測功系統實施有效控制。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1為本實用新型所述測控系統的原理方框圖；
[0009]圖2為本實用新型所述測控系統CAN總線上的設備連接示意圖；
[0010]圖3為CAN232MB通訊轉換模塊的原理方框圖；
[0011]圖4為CAN485MB通訊轉換模塊的原理方框圖；
[0012]圖5為數據採集模塊的原理方框圖。【具體實施方式】
[0013]如圖1-5所示，礦用防爆柴油機性能試驗用測控系統，包括上位機、數據採集模塊、檢測柴油機各項性能指標的測量設備、對柴油機實施測試控制的執行設備；所述測量設備包含PtlOO溫度傳感器、K型熱電偶、壓力變送器、油耗儀、尾氣分析儀、煙度計、空氣流量計、扭矩傳感器、扭矩測量儀；所述執行設備包括PLC模塊、油路電磁閥、氣路電磁閥、油門控制器、直流電力數字測功系統；PtlOO溫度傳感器、K型熱電偶、壓力變送器與數據採集模塊連接構成獨立功能模塊節點；上位機、油耗儀、尾氣分析儀、煙度計、空氣流量計分別配置CAN232MB通訊轉換模塊，與對應CAN232MB通訊轉換模塊連接構成獨立功能模塊節點；PLC模塊及直流電力數字測功系統分別配置CAN485MB通訊轉換模塊，與對應CAN485MB通訊轉換模塊連接構成獨立功能模塊節點，上述節點通過CAN總線連接構成CAN網絡；扭矩測量儀與油門控制器通過自帶的CAN通訊接口與CAN網絡連接，扭矩傳感器的輸出端與扭矩測量儀連接；所述CAN232MB通訊轉換模塊包括單片機、MAX232電平轉換晶片、CAN通信控制器、CAN收發器、光電隔離器，MAX232電平轉換晶片、CAN通信控制器與單片機連接，CAN收發器經光電隔離器與CAN通信控制器連接；所述CAN485MB通訊轉換模塊包括單片機、MAX485電平轉換晶片、CAN通信控制器、CAN收發器、光電隔離器，MAX485電平轉換晶片、CAN通信控制器與單片機連接，CAN收發器經光電隔離器與CAN通信控制器連接；所述數據採集模塊包括信號調理電路、A/D轉換晶片、光電隔離器、微處理器、CAN通信控制器、CAN收發器，信號調理電路的輸出端與A/D轉換晶片連接，A/D轉換晶片經光電隔離器與微處理器連接，CAN通信控制器與微處理器連接，CAN收發器與CAN通信控制器連接。
[0014]具體實施時，由於性能試驗中需要檢測的溫度參數和壓力參數較多，系統中至少應設置兩個16通道的數據採集模塊，兩個模塊作為兩個節點並聯到CAN網絡；為了增強CAN網絡的可靠性，CAN總線的兩端分別並聯有一個120D的電阻，如圖2所示；CAN232MB通訊轉換模塊的內部結構與CAN485MB通訊轉換模塊內部結構相似，只是電平轉換晶片不一樣，其它器件選擇一致:80C51單片機、SJA1000CAN通信控制器、PCA82C251CAN收發器和6N137光電隔離器。
【權利要求】
1.一種礦用防爆柴油機性能試驗用測控系統，其特徵在於:包括上位機、數據採集模塊、檢測柴油機各項性能指標的測量設備、對柴油機實施測試控制的執行設備；所述測量設備包含PtlOO溫度傳感器、K型熱電偶、壓力變送器、油耗儀、尾氣分析儀、煙度計、空氣流量計、扭矩傳感器、扭矩測量儀；所述執行設備包括PLC模塊、油路電磁閥、氣路電磁閥、油門控制器、直流電力數字測功系統；PtlOO溫度傳感器、K型熱電偶、壓力變送器與數據採集模塊連接構成獨立功能模塊節點；上位機、油耗儀、尾氣分析儀、煙度計、空氣流量計分別配置CAN232MB通訊轉換模塊，與對應CAN232MB通訊轉換模塊連接構成獨立功能模塊節點；PLC模塊及直流電力數字測功系統分別配置CAN485MB通訊轉換模塊，與對應CAN485MB通訊轉換模塊連接構成獨立功能模塊節點，上述節點通過CAN總線連接構成CAN網絡；扭矩測量儀與油門控制器通過自帶的CAN通訊接口與CAN網絡連接，扭矩傳感器的輸出端與扭矩測量儀連接；所述CAN232MB通訊轉換模塊包括單片機、MAX232電平轉換晶片、CAN通信控制器、CAN收發器、光電隔離器，MAX232電平轉換晶片、CAN通信控制器與單片機連接，CAN收發器經光電隔離器與CAN通信控制器連接；所述CAN485MB通訊轉換模塊包括單片機、MAX485電平轉換晶片、CAN通信控制器、CAN收發器、光電隔離器，MAX485電平轉換晶片、CAN通信控制器與單片機連接，CAN收發器經光電隔離器與CAN通信控制器連接；所述數據採集模塊包括信號調理電路、A/D轉換晶片、光電隔離器、微處理器、CAN通信控制器、CAN收發器，信號調理電路的輸出端與A/D轉換晶片連接，A/D轉換晶片經光電隔離器與微處理器連接，CAN通信控制器與微處理器連接，CAN收發器與CAN通信控制器連接。
2.根據權利要求1所述的礦用防爆柴油機性能試驗用測控系統，其特徵在於:CAN總線的兩端分別並聯有一個120D的電阻。
【文檔編號】G05B19/418GK203490512SQ201320538258
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年8月31日 優先權日:2013年8月31日
【發明者】楊文杰, 於向東, 王步康, 劉建平, 張彥祿, 毛國正, 閻志偉, 梁萬吉, 張夢齊, 張建廣, 白雷 申請人:中國煤炭科工集團太原研究院, 山西天地煤機裝備有限公司