CN103616183A - 基于虚拟仪器的船用柴油机常规参数监测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的是一种基于虚拟仪器的船用柴油机常规参数监测装置。包括SCXI-1001信号调理箱、基于SCXI的模块化功能卡、接线器、基于PXI的模块化功能卡和PXI-1042Q机箱；热电偶传感器、热电阻传感器、压力传感器和转速传感器分别将测得的热电偶信号、热电阻信号、压力信号和频率信号发送给基于SCXI的模块化功能卡，振动传感器将振动信号发送至基于PXI的模块化功能卡，扭振传感器将扭振信号通过接线器发送至基于PXI的模块化功能卡；基于SCXI的模块化功能卡对信号进行调理并发送至基于PXI的模块化功能卡；基于PXI的模块化功能卡将采样信号进行分析并存储。本发明降低了系统成本，提高了测试系统的整体性能，缩短了测试系统软件的开发周期。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种船用柴油机常规参数监测装置，本发明也涉及一种船用柴油机常规参数监测方法。
背景技术
在柴油机运行过程中，要对反应其性能的各种参数进行监测。柴油机监测系统的特点是测量的参数种类多，如温度、压力、转速、振动、扭矩等，测量精度要求高，实时性强。传统的柴油机监测仪器功能比较单一，适应性较差，对柴油机的多个参数进行测量时，就要设计多种测试仪器，这种设计方式很难实现多参数的实时同步监测，也不方便柴油机监测数据的显示和存储。虚拟仪器技术为柴油机测试仪器的研制提供了良好的开发平台，硬件和软件可以根据用户需求来定制或更新，灵活地对系统进行变更或扩展，仪器功能的实现在很大程度上取决于应用软件的功能设计，因此，用户可以自由定义仪器功能，使一套虚拟仪器实现多种不同仪器的功能，使仪器开发人员不必花费大量的时间和精力用于仪器硬件的设计、加工、安装、调试等工作，可以把主要精力和时间用于有关参数测试方法和试验结果的分析处理上，在智能化程度、处理能力、性能价格比和可操作性等方面均有明显的技术优势。虚拟仪器技术能够有效降低仪器的开发成本，缩短开发周期，所以将虚拟仪器技术应用于柴油机监测系统中有着十分重要的意义。
现有一些柴油机测试系统，如专利申请号200510027001.6的中国专利“发动机测试系统及其测试方法”公开了的一种发动机测试系统，它采用直流伺服电机拖动被测发动机旋转，使用传感器采集相关数据进行分析，所述测试台装置持续与PLC接口进行通讯，控制传感器就位以及被测发动机的转速，另外，通过PLC接口得到当前测试状态。缺点是数据采集类型少，通用性差，后期升级维护困难。专利申请号为201020602417.2的中国专利“发动机数据采集服务器和测控系统”公开了一种数据采集服务器，它包括：数据接收装置，配置用于经由多个第一通信协议接口分别从相应的数据采集设备接收数据，其中数据采集设备用于从发动机采集数据；数据转换装置，配置用于将所接收数据的格式转换成第二通信协议接口要求的格式；数据提供装置，配置用于经由第二通信协议接口将经转换的数据向第二设备提供。缺点是缺少数据分析功能，而且后期维护性差。
还有的发动机测试仪利用了单片机和相应的传感器，如CMS-1型发动机测试仪是专门为康明斯柴油机不解体检测研制的。仪器硬件由8098单片机、电子盘、汉字数据显示屏、打印机、专用键盘和测试参数整定电路等单元组成。能测试机油压力，排气温度，冷却水温度，烟度，转速，功率等参数。缺点是扩展性和通用性差，只能对康明斯部分型号柴油机进行测试。
发明内容
本发明的目的在于提供一种成本低、可扩展性好的基于虚拟仪器的船用柴油机常规参数监测装置。本发明的目的还在于提供一种基于虚拟仪器的船用柴油机常规参数监测方法。
本发明的基于虚拟仪器的船用柴油机常规参数监测装置包括SCXI-1001信号调理箱1、基于SCXI的模块化功能卡2、接线器3、基于PXI的模块化功能卡4和PXI-1042Q机箱5；热电偶传感器、热电阻传感器、压力传感器和转速传感器分别将测得的热电偶信号、热电阻信号、压力信号和频率信号发送给基于SCXI的模块化功能卡2，振动传感器将振动信号发送至基于PXI的模块化功能卡4，扭振传感器将扭振信号通过接线器3发送至基于PXI的模块化功能卡4；基于SCXI的模块化功能卡2对热电偶信号、热电阻信号、压力信号和频率信号进行调理，并将调理后的热电偶信号、热电阻信号、压力信号和频率信号发送至基于PXI的模块化功能卡4；基于PXI的模块化功能卡4将采样信号进行分析并存储。
本发明的基于虚拟仪器的船用柴油机常规参数监测装置还可以包括：
所述基于SCXI的模块化功能卡2包括SCXI-1102热电偶信号调理模块2-1、SCXI-1121热电阻信号调理模块2-2、SCXI-1122压力信号调理模块2-3和SCXI-1126频率信号调理模块2-4，基于SCXI的模块化功能卡2置于SCXI-1001信号调理箱1内部，基于SCXI的模块化功能卡2的电源输入端与SCXI-1001信号调理箱1的电源输出端连接，热电偶传感器的信号输出端与SCXI-1102热电偶信号调理模块2-1的信号输入端连接，热电阻传感器的信号输出端通过4线-RTD与SCXI-1121热电阻信号调理模块2-2的信号输入端连接，压力传感器的信号输出端与SCXI-1122压力信号调理模块2-3的信号输入端连接，转速传感器的信号输出端与SCXI-1126频率信号调理模块2-4的信号输入端连接，
基于PXI的模块化功能卡4包括PXI-6251多功能数据采集卡4-1、PXI-6123多功能数据采集卡4-2、PXI-4472动态信号采集卡4-3、PXI-4330数据采集卡4-4、PXI-8511/2双端口CAN接口4-5和PXI-8196控制器4-6，基于PXI的模块化功能卡4置于PXI-1042Q机箱5内部，基于PXI的模块化功能卡4的电输入端与PXI-1042Q机箱5的电输出端连接，SCXI-1102热电偶信号调理模块2-1、SCXI-1121热电阻信号调理模块2-2与SCXI-1122压力信号调理模块2-3的信号输出端分别连接PXI-6251多功能数据采集卡4-1的热电偶信号输入端、热电阻信号输入端与压力信号输入端连接，PXI-6251多功能数据采集卡4-1的信号输出端与PXI-8196控制器4-6的数据总线连接，SCXI-1126频率信号调理模块2-4的信号输出端与PXI-6123多功能数据采集卡4-2的信号输入端连接，PXI-6123多功能数据采集卡4-2的输出端与PXI-8196控制器4-6的频率信号输入端连接，PXI-4472动态信号采集卡4-3的信号输入端连接振动传感器的信号输出端，PXI-4472动态信号采集卡4-3的信号输出端与PXI-8196控制器4-6的振动信号输入端连接，接线器3的一端与扭振信号传感器的信号输出端连接，接线器3的另一端与PXI-4330数据采集卡4-4的输入端连接，PXI-4330数据采集卡4-4的信号输出端与PXI-8196控制器4-6的扭振信号输入端连接，PXI-8511/2双端口CAN接口4-5的一端与PXI-8196控制器4-6的通讯信号输入端连接，PXI-8511/2双端口CAN接口4-5的另一端与外围设备信号的输出端连接。
本发明的基于虚拟仪器的船用柴油机常规参数监测方法为：
步骤一、热电偶传感器、热电阻传感器、压力传感器和转速传感器分别将测得的热电偶信号、热电阻信号、压力信号和频率信号发送给基于SCXI的模块化功能卡2，振动传感器将振动信号发送至基于PXI的模块化功能卡4，扭振传感器将扭振信号通过接线器3发送至基于PXI的模块化功能卡4；
步骤二、基于SCXI的模块化功能卡2对热电偶信号、热电阻信号、压力信号和频率信号进行调理，并将调理后的热电偶信号、热电阻信号、压力信号和频率信号发送至基于PXI的模块化功能卡4；
步骤三、基于PXI的模块化功能卡4将采样信号发送至PXI-8196控制器4-6；
步骤四、PXI-8196控制器4-6对采样信号进行分析并存储。
本发明利用虚拟仪器取代传统的硬件模块，降低了系统成本，提高了测试系统的整体性能，缩短了测试系统软件的开发周期。通过在发动机测试系统中采用虚拟仪器技术，使仪器功能的实现在很大程度上取决于应用软件的功能设计，且便于后期扩展升级。同时大大减少各种控制按钮、旋扭及功能切换开关，降低了制造成本的同时使系统功能更灵活。
附图说明
图1为本发明所述的基于虚拟仪器的船用柴油机常规参数监测装置的结构图；
图2为本发明所述的基于虚拟仪器的船用柴油机常规参数监测系统的软件操作流程图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细的描述。
结合图1，本实施方式所述的基于虚拟仪器的船用柴油机常规参数监测装置包括SCXI-1001信号调理箱1、基于SCXI的模块化功能卡2、接线器3、基于PXI的模块化功能卡4和PXI-1042Q机箱5，基于SCXI的模块化功能卡2置于SCXI-1001信号调理箱1内部，基于SCXI的模块化功能卡2的电源输入端与SCXI-1001信号调理箱1的电源输出端连接，热电偶传感器的信号输出端与基于SCXI的模块化功能卡2的热电偶信号输入端连接，热电阻传感器的信号输出端通过4线-RTD与基于SCXI的模块化功能卡2的热电阻信号输入端连接，压力传感器的信号输出端与基于SCXI的模块化功能卡2的压力信号输入端连接，转速传感器的信号输出端与基于SCXI的模块化功能卡2的频率信号输入端连接，基于PXI的模块化功能卡4置于PXI-1042Q机箱5内部，基于PXI的模块化功能卡4的电输入端与PXI-1042Q机箱5的电输出端连接。基于SCXI的模块化功能卡2的热电偶信号输出端与基于PXI的模块化功能卡4的热电偶信号输入端连接，基于SCXI的模块化功能卡2的热电阻信号输出端与基于PXI的模块化功能卡4的热电阻信号输入端连接，基于SCXI的模块化功能卡2的压力信号输出端与基于PXI的模块化功能卡4的压力信号输入端连接，基于SCXI的模块化功能卡2的频率信号输出端与基于PXI的模块化功能卡4的频率信号输入端连接，振动传感器的信号输出端与基于PXI的模块化功能卡4的频率信号输入端连接，接线器3的一端与扭振信号传感器的信号输出端连接，所述接线器3的另一端与基于PXI的模块化功能卡4的扭振信号输入端连接。
所述基于SCXI的模块化功能卡2包括SCXI-1102热电偶信号调理模块2-1、SCXI-1121热电阻信号调理模块2-2、SCXI-1122压力信号调理模块2-3和SCXI-1126频率信号调理模块2-4，所述SCXI-1102热电偶信号调理模块2-1的信号输入端和信号输出端分别为基于SCXI的模块化功能卡2的热电偶信号输入端和热电偶信号输出端，SCXI-1121热电阻信号调理模块2-2的信号输入端和信号输出端分别为基于SCXI的模块化功能卡2的热电阻信号输入端和热电阻信号输出端，SCXI-1122压力信号调理模块2-3的信号输入端和信号输出端分别为基于SCXI的模块化功能卡2的压力信号输入端和压力信号输出端，SCXI-1126频率信号调理模块2-4的信号输入端和信号输出端分别为基于SCXI的模块化功能卡2的转速信号输入端和转速信号输出端。
所述基于PXI的模块化功能卡10包括PXI-6251多功能数据采集卡4-1、PXI-6123多功能数据采集卡4-2、PXI-4472动态信号采集卡4-3、PXI-4330数据采集卡4-4、PXI-8511/2双端口CAN接口卡4-5和PXI-8196控制器4-6，所述PXI-6251多功能数据采集卡4-1的热电偶信号输入端即为基于PXI的模块化功能卡4的热电偶信号输入端，PXI-6251多功能数据采集卡4-1的热电阻信号输入端即为基于PXI的模块化功能卡4的热电阻信号输入端，PXI-6251多功能数据采集卡4-1的压力信号输入端即为基于PXI的模块化功能卡4的压力信号输入端，PXI-6251多功能数据采集卡4-1的信号输出端与PXI-8196控制器4-6的数据总线连接，PXI-6123多功能数据采集卡4-2的信号输入端即为基于PXI的模块化功能卡4的转速信号输入端，PXI-6123多功能数据采集卡4-2的信号输出端与PXI-8196控制器4-6的转速信号输入端连接，PXI-4472动态信号采集卡4-3的信号输入端即为基于PXI的模块化功能卡4的振动信号输入端，PXI-4472动态信号采集卡4-3的信号输出端与PXI-8196控制器4-6的振动信号输入端连接，PXI-4330数据采集卡4-4的信号输入端即为基于PXI的模块化功能卡4的扭矩信号输入端，PXI-4330数据采集卡4-4的信号输出端与PXI-8196控制器4-6的扭矩信号输入端连接，PXI-8511/2双端口CAN接口4-5的一端与PXI-8196控制器4-6的通讯信号输入端连接，PXI-8511/2双端口CAN接口4-5的另一端与外围设备信号的输出端连接。
本实施方式所述的基于虚拟仪器的船用柴油机常规参数监测装置在实际应用过程中，将PXI-8196控制器4-6的显示/打印端口与显示/打印连接。
船用柴油机常规参数监测系统对船用柴油机常规参数的数据采集方法通过以下步骤实现：
步骤一、热电偶传感器、热电阻传感器、压力传感器和转速传感器分别将测得的热电偶信号、热电阻信号、压力信号和转速信号发送给基于SCXI的模块化功能卡2，振动传感器将振动信号发送至基于PXI的模块化功能卡4，扭振传感器将扭振信号通过接线器3发送至基于PXI的模块化功能卡4；
步骤二、基于SCXI的模块化功能卡2对热电偶信号、热电阻信号、压力信号和转速信号进行调理，并将调理后的热电偶信号、热电阻信号、压力信号和转速信号发送至基于PXI的模块化功能卡4；
步骤三、基于PXI的模块化功能卡4将采样信号发送至PXI-8196控制器4-6；
步骤四、PXI-8196控制器4-6对采样信号进行分析并存储。
传感器输出的信号经信号调理模块调理后，直接输入计算机，大大地减少了二次仪表用量，降低了系统成本和体积，实现了柴油机常规参数的综合监测，同步采集不同类型的数据。
结合图2说明本实施方式，本实施方式所述的基于虚拟仪器的船用柴油机常规参数监测系统采用Labview软件实现对船用柴油机常规参数的数据采集进行控制，所述控制方法通过以下步骤实现：
步骤A、系统初始化；执行步骤B；
步骤B、用户登录；执行步骤C；
步骤C、判断是否为合法用户，如果判断结果为是，则执行步骤D；否则，返回步骤B；
步骤D、进入程序主界面；执行步骤E；
步骤E、设置采样通道和采样率；执行步骤F；
步骤F、进行数据采集；执行步骤G；
步骤G、判断采集到的数据是否超过报警阈值，如果判断结果为是，执行步骤H；否则，执行步骤I；
步骤H、记录报警信息；
步骤I、判断用户是否停止数据采集，如果判断结果为是，执行步骤J；否则，返回步骤F；
步骤J、进行数据分析；执行步骤K；
步骤K、结束程序。
本实施方式所述的基于虚拟仪器的船用柴油机常规参数监测系统在实际应用过程中，开机后系统初始化，进入用户登录界面，输入正确的用户名和密码后进入主程序界面，若用户名或密码不正确，则需重新输入。在主程序界面内，设置采样通道和采样率，采样通道是指采集项目，包括温度、压力、转速、扭矩和振动，可以全部选择，也可以选择其中的几项。采样通道和采样率设置完成后，点击Start按钮，开始进行数据采集。采集过程中，如果数据超过报警阈值，则软件会将报警时间和参数值显示在报警记录栏中。点击Save按钮可以随时保存某一个通道或所有通道的数据，数据保存格式可以选择二进制*.dat格式或.csv格式保存。点击Stop按钮可停止数据采集。停止数据采集后，保存好的数据能够在历史数据图中回放、进行简单的数据分析和打印试验报告及试验曲线。点击Quit按钮可退出程序。
Claims (4)
1.一种基于虚拟仪器的船用柴油机常规参数监测装置，包括SCXI-1001信号调理箱（1）、基于SCXI的模块化功能卡（2）、接线器（3）、基于PXI的模块化功能卡（4）和PXI-1042Q机箱（5）；其特征是：热电偶传感器、热电阻传感器、压力传感器和转速传感器分别将测得的热电偶信号、热电阻信号、压力信号和频率信号发送给基于SCXI的模块化功能卡（2），振动传感器将振动信号发送至基于PXI的模块化功能卡（4），扭振传感器将扭振信号通过接线器（3）发送至基于PXI的模块化功能卡（4）；基于SCXI的模块化功能卡（2）对热电偶信号、热电阻信号、压力信号和频率信号进行调理，并将调理后的热电偶信号、热电阻信号、压力信号和频率信号发送至基于PXI的模块化功能卡（4）；基于PXI的模块化功能卡（4）将采样信号进行分析并存储。
2.根据权利要求1所述的基于虚拟仪器的船用柴油机常规参数监测装置，其特征是：所述基于SCXI的模块化功能卡（2）包括SCXI-1102热电偶信号调理模块（2-1）、SCXI-1121热电阻信号调理模块（2-2）、SCXI-1122压力信号调理模块（2-3）和SCXI-1126频率信号调理模块（2-4），基于SCXI的模块化功能卡（2）置于SCXI-1001信号调理箱（1）内部，基于SCXI的模块化功能卡（2）的电源输入端与SCXI-1001信号调理箱（1）的电源输出端连接，热电偶传感器的信号输出端与SCXI-1102热电偶信号调理模块（2-1）的信号输入端连接，热电阻传感器的信号输出端通过（4）线-RTD与SCXI-1121热电阻信号调理模块（2-2）的信号输入端连接，压力传感器的信号输出端与SCXI-1122压力信号调理模块（2-3）的信号输入端连接，转速传感器的信号输出端与SCXI-1126频率信号调理模块（2-4）的信号输入端连接。
3.根据权利要求2所述的基于虚拟仪器的船用柴油机常规参数监测装置，其特征是：所述基于PXI的模块化功能卡（4）包括PXI-6251多功能数据采集卡（4-1）、PXI-6123多功能数据采集卡（4-2）、PXI-4472动态信号采集卡（4-3）、PXI-4330数据采集卡（4-4）、PXI-8511/2双端口CAN接口（4-5）和PXI-8196控制器（4-6），基于PXI的模块化功能卡（4）置于PXI-1042Q机箱（5）内部，基于PXI的模块化功能卡（4）的电输入端与PXI-1042Q机箱（5）的电输出端连接，SCXI-1102热电偶信号调理模块（2-1）、SCXI-1121热电阻信号调理模块（2-2）与SCXI-1122压力信号调理模块（2-3）的信号输出端分别连接PXI-6251多功能数据采集卡（4-1）的热电偶信号输入端、热电阻信号输入端与压力信号输入端连接，PXI-6251多功能数据采集卡（4-1）的信号输出端与PXI-8196控制器（4-6）的数据总线连接，SCXI-1126频率信号调理模块（2-4）的信号输出端与PXI-6123多功能数据采集卡（4-2）的信号输入端连接，PXI-6123多功能数据采集卡（4-2）的输出端与PXI-8196控制器（4-6）的频率信号输入端连接，PXI-4472动态信号采集卡（4-3）的信号输入端连接振动传感器的信号输出端，PXI-4472动态信号采集卡（4-3）的信号输出端与PXI-8196控制器（4-6）的振动信号输入端连接，接线器（3） 的一端与扭振信号传感器的信号输出端连接，接线器（3的另一端与PXI-4330数据采集卡（4-4）的输入端连接，PXI-4330数据采集卡（4-4）的信号输出端与PXI-8196控制器（4-6）的扭振信号输入端连接，PXI-8511/2双端口CAN接口（4-5）的一端与PXI-8196控制器（4-6）的通讯信号输入端连接，PXI-8511/2双端口CAN接口（4-5）的另一端与外围设备信号的输出端连接。
4.一种基于权利要求1所述的基于虚拟仪器的船用柴油机常规参数监测装置的检测方法，其特征是：
步骤一、热电偶传感器、热电阻传感器、压力传感器和转速传感器分别将测得的热电偶信号、热电阻信号、压力信号和频率信号发送给基于SCXI的模块化功能卡（2），振动传感器将振动信号发送至基于PXI的模块化功能卡（4），扭振传感器将扭振信号通过接线器（3发送至基于PXI的模块化功能卡（4）；
步骤二、基于SCXI的模块化功能卡（2）对热电偶信号、热电阻信号、压力信号和频率信号进行调理，并将调理后的热电偶信号、热电阻信号、压力信号和频率信号发送至基于PXI的模块化功能卡（4）；
步骤三、基于PXI的模块化功能卡（4）将采样信号发送至PXI-8196控制器（4-6）；
步骤四、PXI-8196控制器（4-6）对采样信号进行分析并存储。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20140305 |