柴油機運行數據記錄儀及記錄方法
2023-07-19 03:37:36 1
專利名稱：柴油機運行數據記錄儀及記錄方法
技術領域：
本發明涉及柴油機數據記錄領域，具體涉及一種記錄柴油機工作狀態及運行數據的記錄儀及記錄方法。
(二)技術背景柴油機結構比較複雜，為了保證安全、高效的運行，需要對柴油機的工作狀態進行監測，並通過儀表顯示出來，以供操作者現場觀察或者定時記錄主要工作參數，斷電後，數據自然丟失。若要察看柴油機以前的工作情況，只能以文字記錄為依據。當柴油機發生故障時，很多情況下持續時間較短，參數變化較快，往往來不及進行文字記錄，這就為準確判斷柴油機故障發生原因帶來一定困難。另外，由於柴油機運動部件較多，其故障發生率較高，例如滑油壓力低，執行器故障等，柴油機發生的故障反映了其工作狀態，若能將柴油機運行過程中所發生的故障信息記錄下來，將為柴油機使用、保養和維護提供可靠依據。
目前使用的柴油機監控系統大都提供在線監測、分析和顯示功能，斷電後，數據不能保存。如在專利申請號為ZL 02278136.6，名稱為「柴油機主軸工作狀態監控記錄儀」的實用新型專利中公開了一種數據監控記錄儀，通過傳感器測量柴油機主軸承的回油溫度，實現對溫度的監控和顯示。文獻「機車柴油機工作狀態監測記錄診斷裝置」提供了一種對柴油機工作狀態進行在線監測、分析及故障診斷的綜合監控系統，結構較複雜。這些裝置在斷電後，都不能保存數據。此外，研究人員也逐漸意識到了保存柴油機運行數據的必要性，在設計柴油機監控系統時加入了一些帶有掉電保護功能的數據存儲模塊。如德國MTU公司生產的柴油機電子監控系統中配備了數據存儲模塊，用來記錄停機前兩小時柴油機的主要運行數據。但該模塊數據讀取需要連接其他的專用設備，使用不方便。
發明內容本發明的目的是提供一種能夠記錄停機或掉電前一段時間內柴油機的運行數據，為柴油機性能評價和故障分析提供依據的柴油機運行數據記錄儀。特別是涉及一種記錄柴油機工作狀態並可長期保存數據的儀器及數據記錄方法。
本發明的數據記錄儀產品是由微控制器、存儲器、通訊電路、電源電路及時鐘電路組成，其中存儲器採用具有掉電保持功能的EEPROM晶片，存儲器的數據線、控制線與微控制器相連；通訊電路包括CAN總線通訊電路和RS422通訊電路兩部分，CAN總線通訊控制器通過光偶隔離與微控制器的CAN接口相連；RS422串口通訊電路通過光偶隔離與微控制器的串口相連；時鐘電路通過電池供電，晶振為32KHz；電源電路由兩個DCDC模塊組成，+24轉+5V、+5V轉+5V，兩種隔離的+5V電源分別為硬體系統隔離前電源和隔離後電源；通訊電路和電源電路均設置有外部接口。其中存儲器採用掉電保持晶片，斷電後，可長期保持存儲信息；通訊模塊提供CAN總線和RS422兩種接口方式，方便與外部通訊接口連接，實現數據傳輸；時鐘電路提供當前時間信息，根據此時間來區分不同時間段的柴油機故障信息。
本發明的記錄方法為系統初始化；通訊電路接收新數據，微控制器校驗接收的數據，判斷校驗數據是否正確；如果校驗數據正確則微控制器進一步判斷數據用途，如果校驗數據不正確則返回命令通訊電路重新接收數據；微控制器進一步判斷數據用途時首先判斷數據是否是讀取信息指令，如果是則微控制器命令通訊電路向系統外發送數據，循環結束並返回，通訊電路重新接收數據；如果不是讀取信息指令則微控制器進一步判斷數據是否是工作參數信息；如果數據是工作參數信息則微控制器對柴油機工作參數進行變量賦值，循環結束。變量賦值後循環結束並返回；如果數據不是工作參數信息則微控制器進一步判斷數據是否為故障信息；若數據為故障信息則微控制器輸出命令將信息寫入存儲器相應地址，循環結束並返回，通訊電路重新接收數據；若數據不是故障信息則循環結束並返回，通訊電路重新接收數據。
本發明實時記錄柴油機的工作參數和故障信息，並根據柴油機運行數據的特點進行記錄，具體記錄方法由軟體實現，其流程圖如圖3所示。
柴油機運行數據記錄儀記錄的數據分為柴油機的工作參數和柴油機故障信息兩種。由於反映柴油機工作狀態的參數較多，例如溫度、壓力、轉速及供油量等，如果按照同樣的時間間隔存儲所有的參數，必然佔據很大的存儲空間，使存儲數據的時間段減少。實際上，不同參數的變化規律、重要程度是不一樣的，例如轉速、齒條位置、實際DBR等反映了柴油機的主要工作性能，而且變化較快；而單缸排溫、滑油壓力、冷卻水溫度等相對變化較慢。為了在有限的存儲空間內記錄更多的數據信息，本發明根據柴油機工作參數的重要程度和變化快慢將所有數據分成三類數據類型I、數據類型II、數據類型III，如表1所示。每種數據類型設置不同的存儲時間間隔，進行分類存儲，合理安排存儲空間，使存儲器中保存更多的重要數據。用16位二進位表示一個數據，對於數據類型I中的每種數據，存儲間隔是200ms，那麼保存2小時所需的存儲空間為1000/200×3600×2÷1024≈36K。記錄儀工作時，每種數據類型作為一組，記錄在存儲器中的固定地址範圍。讀取數據時，依據存儲地址來區分不同的工作參數。
表1 柴油機工作參數分類
此外，柴油機的結構複雜，在運行過程中發生故障的概率很高，柴油機所發生的故障也是反映柴油機工作狀態的信息之一。因此，除了柴油機的工作參數，柴油機運行數據記錄儀還記錄柴油機運行過程中所發生的故障信息，包括故障發生時間和故障代碼。其中故障發生時間佔用3個字節，故障代碼佔用1個字節，每條故障佔用4個字節，其存儲地址為0100D000H～0100FFFFH，共佔用10K存儲器空間，可以循環記錄5000條故障信息。
本發明中儀器外部接口包括通訊總線和電源。通訊方式有兩種CAN總線和RS422通訊接口；外部電源接口+24V和+5V。儀器工作時，根據需要選擇其中一種通訊方式和外部電源接入即可。
本發明可安裝在柴油機監控裝置中，電源由監控裝置提供，外部通訊接口與柴油機監控裝置的通訊接口相連。
存儲數據時，柴油機監測系統將其測量的各項柴油機工作參數和故障信息通過通訊接口傳送到柴油機運行數據記錄儀中，微控制器經過處理，將工作參數和故障信息分別存儲在存儲器相應的位置。
讀取數據時，將通訊接口與外部計算機相連，向系統發送讀取數據請求，系統驗證信息後，將存儲在存儲器中的柴油機運行數據發送給外部設備。
圖1為本發明柴油機數據記錄儀硬體電路原理圖2為本發明柴油機數據記錄儀硬體電路連接圖；圖3-圖5為本發明柴油機數據記錄儀軟體流程圖。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的詳細說明結合圖1，本實施例的系統硬體電路由微處理器、存儲電路、通訊電路、電源電路及時鐘電路組成。其中微處理器實現系統數據存儲和讀取等功能的控制，可以採用帶串口及CAN總線通訊接口的16位以上單片機晶片，如ARM系列晶片LPC2214，POWERPC系列MPC566等；存儲器實現記錄數據的任務，可採用EEPROM晶片，如AT28C1024，其存儲容量為64K×16位，這種晶片存儲和讀取數據都較方便，在斷電情況下，可以長期保持存儲信息；通訊電路包括CAN總線通訊和RS422通訊接口兩種，通訊接口都經過光電隔離與外設CAN控制器或者RS422控制器相連，例如CAN控制器PCA82C250，RS422控制器SP490；時鐘電路的晶振為32KHz，電源由電池提供；電源電路通過DCDC轉換模塊得到隔離前5V電源和隔離後5V電源。
結合圖2，微控制器以MPC566為例，該晶片的兩個片選信號CS2和CS23分別與兩個存儲器的片選端相連，實現對兩個存儲器地址的區分，存儲器1地址範圍00800000H～0080FFFFH，存儲器2地址範圍01000000H～0100FFFFH。存儲器為16位存儲，微控制器的數據線D0～D15及地址線A15～A30分別與存儲器的數據和地址線相連。對於CAN總線通訊，經過光電隔離的兩條通訊線與微控制器中CAN接口的A_RNT和A_CNT腳相連；RS422串口通訊，則經過光電隔離與微控制器的串口發送端TXD1和接收端RXD相連；在時鐘電路中，通過電池為時鐘電源RTC供電，微控制器XTAL32、EXTAL32兩端接32KHz晶振。
結合圖3-圖5，軟體流程圖包括主程序流程和定時器中斷程序流程兩部分。主程序實現系統配置的初始化，校驗接收的數據，判斷數據用途，按照程序流程，進行分類處理。在定時器中斷程序中，對於屬於數據類型I的數據，每200ms存儲一次；對於屬於數據類型II的數據，每2000ms存儲一次；對於屬於數據類型III的數據，按需要的時間間隔存儲數據。
權利要求
1.一種柴油機運行數據記錄儀，其特徵在於它是由微控制器、存儲器、通訊電路、電源電路及時鐘電路組成，存儲器、電源電路及時鐘電路均與微控制器相連；通訊電路包括CAN總線通訊電路和RS422通訊電路兩部分，CAN總線通訊控制器通過光偶隔離與微控制器的CAN接口相連；RS422串口通訊電路通過光偶隔離與微控制器的串口相連；電源電路由DCDC模塊組成。
2.根據權利要求1所述的一種柴油機運行數據記錄儀，其特徵在於所述的存儲器採用具有掉電保持功能的EEPROM晶片。
3.根據權利要求1所述的一種柴油機運行數據記錄儀，其特徵在於所述的時鐘電路通過電池供電，晶振為32KHz，電源電路由兩個DCDC模塊組成，分別為+24轉+5V和+5V轉+5V。
4.根據權利要求1所述的一種柴油機運行數據記錄儀，其特徵在於所述的通訊電路和電源電路均設置有外部接口。
5.一種柴油機運行數據記錄方法，其特徵在於系統初始化；通訊電路接收新數據，微控制器校驗接收的數據，判斷校驗數據是否正確；如果校驗數據正確則微控制器進一步判斷數據用途，如果校驗數據不正確則返回命令通訊電路重新接收數據；微控制器進一步判斷數據用途時首先判斷數據是否是讀取信息指令，如果是則微控制器命令通訊電路向系統外發送數據，循環結束並返回，通訊電路重新接收數據；如果不是讀取信息指令則微控制器進一步判斷數據是否是工作參數信息；如果數據是工作參數信息則微控制器對柴油機工作參數進行變量賦值，變量賦值後循環結束並返回；如果數據不是工作參數信息則微控制器進一步判斷數據是否為故障信息；若數據為故障信息則微控制器輸出命令將信息寫入存儲器相應地址，循環結束並返回，通訊電路重新接收數據；若數據不是故障信息則循環結束並返回，通訊電路重新接收數據。
6.根據權利要求5所述的一種柴油機運行數據記錄方法，其特徵在於所述的工作參數根據柴油機工作參數的重要程度和變化快慢分成三類數據類型I、數據類型II、數據類型III，寫入存儲器相應地址時每種數據類型設置不同的存儲時間間隔，進行分類存儲。
7.根據權利要求6所述的一種柴油機運行數據記錄方法，其特徵在於所述的分類存儲是通過定時器中斷操作進行的，具體步驟為在定時器中斷程序中，對於數據類型I的數據，每200ms存儲一次；對於屬於數據類型II的數據，每2000ms存儲一次；對於屬於數據類型III的數據，按需要的時間間隔存儲數據。
8.根據權利要求5所述的一種柴油機運行數據記錄方法，其特徵在於所述的故障信息，包括故障發生時間和故障代碼。其中故障發生時間佔用3個字節，故障代碼佔用1個字節，每條故障佔用4個字節。
全文摘要
本發明涉及一種柴油機運行數據記錄儀及記錄方法，記錄儀是由微控制器、存儲器、通訊電路、電源電路及時鐘電路組成，存儲器、電源電路及時鐘電路均與微控制器相連；通訊電路包括CAN總線通訊電路和RS422通訊電路兩部分，CAN總線通訊控制器通過光偶隔離與微控制器的CAN接口相連；RS422串口通訊電路通過光偶隔離與微控制器的串口相連；電源電路由DCDC模塊組成。本發明用於柴油機運行過程中工作參數和故障信息的存儲與讀取，為柴油機工作性能分析提供可靠依據，其特徵在於根據柴油機運行數據的重要程度和變化快慢進行分類存儲。
文檔編號G07C3/00GK101038681SQ20071007207
公開日2007年9月19日 申請日期2007年4月20日 優先權日2007年4月20日
發明者費紅姿, 李文輝, 石勇 申請人:哈爾濱工程大學