CN101038681A - 柴油机运行数据记录仪及记录方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种柴油机运行数据记录仪及记录方法，记录仪是由微控制器、存储器、通讯电路、电源电路及时钟电路组成，存储器、电源电路及时钟电路均与微控制器相连；通讯电路包括CAN总线通讯电路和RS422通讯电路两部分，CAN总线通讯控制器通过光偶隔离与微控制器的CAN接口相连；RS422串口通讯电路通过光偶隔离与微控制器的串口相连；电源电路由DCDC模块组成。本发明用于柴油机运行过程中工作参数和故障信息的存储与读取，为柴油机工作性能分析提供可靠依据，其特征在于根据柴油机运行数据的重要程度和变化快慢进行分类存储。
Description
(一)技术领域
本发明涉及柴油机数据记录领域，具体涉及一种记录柴油机工作状态及运行数据的记录仪及记录方法。
(二)技术背景
柴油机结构比较复杂，为了保证安全、高效的运行，需要对柴油机的工作状态进行监测，并通过仪表显示出来，以供操作者现场观察或者定时记录主要工作参数，断电后，数据自然丢失。若要察看柴油机以前的工作情况，只能以文字记录为依据。当柴油机发生故障时，很多情况下持续时间较短，参数变化较快，往往来不及进行文字记录，这就为准确判断柴油机故障发生原因带来一定困难。另外，由于柴油机运动部件较多，其故障发生率较高，例如滑油压力低，执行器故障等，柴油机发生的故障反映了其工作状态，若能将柴油机运行过程中所发生的故障信息记录下来，将为柴油机使用、保养和维护提供可靠依据。
目前使用的柴油机监控系统大都提供在线监测、分析和显示功能，断电后，数据不能保存。如在专利申请号为ZL 02278136.6，名称为“柴油机主轴工作状态监控记录仪”的实用新型专利中公开了一种数据监控记录仪，通过传感器测量柴油机主轴承的回油温度，实现对温度的监控和显示。文献“机车柴油机工作状态监测记录诊断装置”提供了一种对柴油机工作状态进行在线监测、分析及故障诊断的综合监控系统，结构较复杂。这些装置在断电后，都不能保存数据。此外，研究人员也逐渐意识到了保存柴油机运行数据的必要性，在设计柴油机监控系统时加入了一些带有掉电保护功能的数据存储模块。如德国MTU公司生产的柴油机电子监控系统中配备了数据存储模块，用来记录停机前两小时柴油机的主要运行数据。但该模块数据读取需要连接其他的专用设备，使用不方便。
(三)发明内容
本发明的目的是提供一种能够记录停机或掉电前一段时间内柴油机的运行数据，为柴油机性能评价和故障分析提供依据的柴油机运行数据记录仪。特别是涉及一种记录柴油机工作状态并可长期保存数据的仪器及数据记录方法。
本发明的数据记录仪产品是由微控制器、存储器、通讯电路、电源电路及时钟电路组成，其中存储器采用具有掉电保持功能的EEPROM芯片，存储器的数据线、控制线与微控制器相连；通讯电路包括CAN总线通讯电路和RS422通讯电路两部分，CAN总线通讯控制器通过光偶隔离与微控制器的CAN接口相连；RS422串口通讯电路通过光偶隔离与微控制器的串口相连；时钟电路通过电池供电，晶振为32KHz；电源电路由两个DCDC模块组成，+24转+5V、+5V转+5V，两种隔离的+5V电源分别为硬件系统隔离前电源和隔离后电源；通讯电路和电源电路均设置有外部接口。其中存储器采用掉电保持芯片，断电后，可长期保持存储信息；通讯模块提供CAN总线和RS422两种接口方式，方便与外部通讯接口连接，实现数据传输；时钟电路提供当前时间信息，根据此时间来区分不同时间段的柴油机故障信息。
本发明的记录方法为：
系统初始化；
通讯电路接收新数据，微控制器校验接收的数据，判断校验数据是否正确；
如果校验数据正确则微控制器进一步判断数据用途，如果校验数据不正确则返回命令通讯电路重新接收数据；
微控制器进一步判断数据用途时首先判断数据是否是读取信息指令，如果是则微控制器命令通讯电路向系统外发送数据，循环结束并返回，通讯电路重新接收数据；如果不是读取信息指令则微控制器进一步判断数据是否是工作参数信息；
如果数据是工作参数信息则微控制器对柴油机工作参数进行变量赋值，循环结束。变量赋值后循环结束并返回；如果数据不是工作参数信息则微控制器进一步判断数据是否为故障信息；
若数据为故障信息则微控制器输出命令将信息写入存储器相应地址，循环结束并返回，通讯电路重新接收数据；若数据不是故障信息则循环结束并返回，通讯电路重新接收数据。
本发明实时记录柴油机的工作参数和故障信息，并根据柴油机运行数据的特点进行记录，具体记录方法由软件实现，其流程图如图3所示。
柴油机运行数据记录仪记录的数据分为柴油机的工作参数和柴油机故障信息两种。由于反映柴油机工作状态的参数较多，例如温度、压力、转速及供油量等，如果按照同样的时间间隔存储所有的参数，必然占据很大的存储空间，使存储数据的时间段减少。实际上，不同参数的变化规律、重要程度是不一样的，例如转速、齿条位置、实际DBR等反映了柴油机的主要工作性能，而且变化较快；而单缸排温、滑油压力、冷却水温度等相对变化较慢。为了在有限的存储空间内记录更多的数据信息，本发明根据柴油机工作参数的重要程度和变化快慢将所有数据分成三类：数据类型I、数据类型II、数据类型III，如表1所示。每种数据类型设置不同的存储时间间隔，进行分类存储，合理安排存储空间，使存储器中保存更多的重要数据。用16位二进制表示一个数据，对于数据类型I中的每种数据，存储间隔是200ms，那么保存2小时所需的存储空间为：1000/200×3600×2÷1024≈36K。记录仪工作时，每种数据类型作为一组，记录在存储器中的固定地址范围。读取数据时，依据存储地址来区分不同的工作参数。
表1 柴油机工作参数分类
| 数据分类 | 程度 | 存储间隔 | 存储空间分配 | 地址范围 | 数据类型 | 时间 |
| 数据类型I | 重要 | 200ms | 108k | 00800000H～0080FFFFH01000000H～0100AFFFH | 发动机转速、实际DBR、齿条位置 | 2小时 |
| 数据类型II | 一般 | 2000ms | 8k | 0100B000H～0100CFFFH | 滑油压力、冷却水压力、海水压力、燃油压力、增压气压力、起动空气压力、滑油温度、冷却水温度、海水温度等 | 2小时 |
| 数据类型III | 机动 | 机动 | 2k | 0100D000H～0100D7FFH | 机动 |
此外，柴油机的结构复杂，在运行过程中发生故障的概率很高，柴油机所发生的故障也是反映柴油机工作状态的信息之一。因此，除了柴油机的工作参数，柴油机运行数据记录仪还记录柴油机运行过程中所发生的故障信息，包括故障发生时间和故障代码。其中故障发生时间占用3个字节，故障代码占用1个字节，每条故障占用4个字节，其存储地址为0100D000H～0100FFFFH，共占用10K存储器空间，可以循环记录5000条故障信息。
本发明中仪器外部接口包括通讯总线和电源。通讯方式有两种：CAN总线和RS422通讯接口；外部电源接口：+24V和+5V。仪器工作时，根据需要选择其中一种通讯方式和外部电源接入即可。
本发明可安装在柴油机监控装置中，电源由监控装置提供，外部通讯接口与柴油机监控装置的通讯接口相连。
存储数据时，柴油机监测系统将其测量的各项柴油机工作参数和故障信息通过通讯接口传送到柴油机运行数据记录仪中，微控制器经过处理，将工作参数和故障信息分别存储在存储器相应的位置。
读取数据时，将通讯接口与外部计算机相连，向系统发送读取数据请求，系统验证信息后，将存储在存储器中的柴油机运行数据发送给外部设备。
(四)附图说明
图1为本发明柴油机数据记录仪硬件电路原理图；
图2为本发明柴油机数据记录仪硬件电路连接图；
图3-图5为本发明柴油机数据记录仪软件流程图。
(五)具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
结合图1，本实施例的系统硬件电路由微处理器、存储电路、通讯电路、电源电路及时钟电路组成。其中微处理器实现系统数据存储和读取等功能的控制，可以采用带串口及CAN总线通讯接口的16位以上单片机芯片，如ARM系列芯片LPC2214，POWERPC系列MPC566等；存储器实现记录数据的任务，可采用EEPROM芯片，如AT28C1024，其存储容量为64K×16位，这种芯片存储和读取数据都较方便，在断电情况下，可以长期保持存储信息；通讯电路包括CAN总线通讯和RS422通讯接口两种，通讯接口都经过光电隔离与外设CAN控制器或者RS422控制器相连，例如CAN控制器PCA82C250，RS422控制器SP490；时钟电路的晶振为32KHz，电源由电池提供；电源电路通过DCDC转换模块得到隔离前5V电源和隔离后5V电源。
结合图2，微控制器以MPC566为例，该芯片的两个片选信号CS2和CS23分别与两个存储器的片选端相连，实现对两个存储器地址的区分，存储器1地址范围：00800000H～0080FFFFH，存储器2地址范围：01000000H～0100FFFFH。存储器为16位存储，微控制器的数据线D0～D15及地址线A15～A30分别与存储器的数据和地址线相连。对于CAN总线通讯，经过光电隔离的两条通讯线与微控制器中CAN接口的A_RNT和A_CNT脚相连；RS422串口通讯，则经过光电隔离与微控制器的串口发送端TXD1和接收端RXD相连；在时钟电路中，通过电池为时钟电源RTC供电，微控制器XTAL32、EXTAL32两端接32KHz晶振。
结合图3-图5，软件流程图包括主程序流程和定时器中断程序流程两部分。主程序实现系统配置的初始化，校验接收的数据，判断数据用途，按照程序流程，进行分类处理。在定时器中断程序中，对于属于数据类型I的数据，每200ms存储一次；对于属于数据类型II的数据，每2000ms存储一次；对于属于数据类型III的数据，按需要的时间间隔存储数据。
Claims (8)
1.一种柴油机运行数据记录仪，其特征在于它是由微控制器、存储器、通讯电路、电源电路及时钟电路组成，存储器、电源电路及时钟电路均与微控制器相连；通讯电路包括CAN总线通讯电路和RS422通讯电路两部分，CAN总线通讯控制器通过光偶隔离与微控制器的CAN接口相连；RS422串口通讯电路通过光偶隔离与微控制器的串口相连；电源电路由DCDC模块组成。
2.根据权利要求1所述的一种柴油机运行数据记录仪，其特征在于所述的存储器采用具有掉电保持功能的EEPROM芯片。
3.根据权利要求1所述的一种柴油机运行数据记录仪，其特征在于所述的时钟电路通过电池供电，晶振为32KHz，电源电路由两个DCDC模块组成，分别为+24转+5V和+5V转+5V。
4.根据权利要求1所述的一种柴油机运行数据记录仪，其特征在于所述的通讯电路和电源电路均设置有外部接口。
5.一种柴油机运行数据记录方法，其特征在于：
系统初始化；
通讯电路接收新数据，微控制器校验接收的数据，判断校验数据是否正确；
如果校验数据正确则微控制器进一步判断数据用途，如果校验数据不正确则返回命令通讯电路重新接收数据；
微控制器进一步判断数据用途时首先判断数据是否是读取信息指令，如果是则微控制器命令通讯电路向系统外发送数据，循环结束并返回，通讯电路重新接收数据；如果不是读取信息指令则微控制器进一步判断数据是否是工作参数信息；
如果数据是工作参数信息则微控制器对柴油机工作参数进行变量赋值，变量赋值后循环结束并返回；如果数据不是工作参数信息则微控制器进一步判断数据是否为故障信息；
若数据为故障信息则微控制器输出命令将信息写入存储器相应地址，循环结束并返回，通讯电路重新接收数据；若数据不是故障信息则循环结束并返回，通讯电路重新接收数据。
6.根据权利要求5所述的一种柴油机运行数据记录方法，其特征在于所述的工作参数根据柴油机工作参数的重要程度和变化快慢分成三类：数据类型I、数据类型II、数据类型III，写入存储器相应地址时每种数据类型设置不同的存储时间间隔，进行分类存储。
7.根据权利要求6所述的一种柴油机运行数据记录方法，其特征在于所述的分类存储是通过定时器中断操作进行的，具体步骤为：在定时器中断程序中，对于数据类型I的数据，每200ms存储一次；对于属于数据类型II的数据，每2000ms存储一次；对于属于数据类型III的数据，按需要的时间间隔存储数据。
8.根据权利要求5所述的一种柴油机运行数据记录方法，其特征在于所述的故障信息，包括故障发生时间和故障代码。其中故障发生时间占用3个字节，故障代码占用1个字节，每条故障占用4个字节。
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