摘要：介紹了采用ni公司的daq卡、scxi信號調(diào)理模塊及pc機構(gòu)成的一個基于虛擬儀器技術(shù)的柴油發(fā)動機制測控系統(tǒng)。它通過labview的編程，使用戶界面直觀地顯示在顯示器上，方便了調(diào)試。該系統(tǒng)已應(yīng)用在柴油發(fā)動機燃用柴油和十六種植物油的穩(wěn)態(tài)性能測試試驗上，運行情況良好，且各測量參數(shù)的誤差與發(fā)送機試驗圖家標(biāo)準(zhǔn)對比，都滿足了要求。 關(guān)鍵詞：虛擬儀器 數(shù)據(jù)采集卡 信號調(diào)理模塊 測功器 labview 發(fā)動機測試儀器經(jīng)歷了模擬儀器、數(shù)字化儀器和智能儀器三個階段。模擬儀器的基本結(jié)構(gòu)是由磁機械式的，采用模擬器件組成各種電路，精度低、速度慢、適應(yīng)性差；而數(shù)字化儀器如數(shù)字轉(zhuǎn)速表等，主要由數(shù)字電路來實現(xiàn)，在測試精度、速度和儀器壽命等方面都比模擬儀器有較大的提高。隨著數(shù)字信號處理技術(shù)及大規(guī)模集成電路的發(fā)展，出現(xiàn)了以微機為核心的智能儀器，但由于其是以功能模擬的形式存在的，無論開發(fā)還是應(yīng)用，都缺乏靈活性。20世紀(jì)80年代后期，微機性能是得到極大提高，而向測試分析的通用軟件開發(fā)平臺的成功應(yīng)用，使得虛擬儀器應(yīng)運而生。利用虛擬儀器技術(shù)，用戶可以自定認(rèn)義儀器的功能，創(chuàng)建32位編譯程序，從而提高了常規(guī)數(shù)據(jù)采集和測試等任務(wù)的運行速度。 w40型電渦流測功器是華南農(nóng)業(yè)大學(xué)從德國進(jìn)口的測功設(shè)備。該測試設(shè)備的數(shù)字化水平較低，控制臺均采用機械式按鈕，且經(jīng)過近二十年的連續(xù)運轉(zhuǎn)，設(shè)備已嚴(yán)重老化，出現(xiàn)明顯的零點漂移，部分測試電路板已出現(xiàn)故障，經(jīng)多次修理仍不正常，嚴(yán)重影響了測試工作的正常進(jìn)行。為此，在確保數(shù)據(jù)采集的精度和實時性、改善數(shù)據(jù)處理功能、提高易操作性和整個測試設(shè)備數(shù)字化水平的原理下，充分利用虛擬儀器的優(yōu)勢，對原有設(shè)備進(jìn)行了更新和擴充，形成了一個測控系統(tǒng)。1 系統(tǒng)硬件設(shè)計1．1 系統(tǒng)硬件組成 測試系統(tǒng)的硬件組成主要包括ni公司的pci-6024e型daq卡和scxi信號調(diào)理模塊。scxi信號調(diào)理模塊包括機座模塊scxi-1000、熱電偶模塊組scxi-1125和scxi-1328、應(yīng)力應(yīng)變模塊組scxi-1520和scxi-1314等。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。 測功能即為德國schenck公司的w40型電渦流測功器，可測發(fā)動機最大功率40kw。測耗儀是自動設(shè)計的，利用電子天平稱量燃油消耗量，通過rs232c（25芯接插件）與pc機連接�？蔁煻扔嫼涂諝饬髁坑嬀鶠榈谌絻x器，通過rs232c（9芯接插件）與pc機連接。1．2 各組成單元功能及工況點控制1．2．1 dqa卡 ni公司的pci-6024e型daq卡是基于pci總線的12位多功能數(shù)據(jù)采集卡，最高采樣速率為200ks/s，具有16個單端模擬輸入（或8個差分模擬輸入），8個數(shù)字輸入/輸出，2個模擬輸出，2個20mhz、24位計數(shù)器/定時器。1.2.2 scxi信號調(diào)理模塊 ni公司的scxi信號調(diào)理模塊為daq卡提供一個完善的信號調(diào)理系統(tǒng)，有效高的靈活性和配置性能。 機座scxi-1000是一個結(jié)構(gòu)緊湊、低哭聲的機箱，為調(diào)理模塊提供電源、定時和觸發(fā)等功能。 熱電偶模塊組scxi-1125和scxi-1328提供最高300vrms的隔離、1～2000的增益、4hz或10khz的可編程模擬濾波器、冷端補償?shù)裙δ�，終端還有鋁質(zhì)溫板防止溫度從接線緊桿傳遞，提高了冷端補償?shù)木取? 應(yīng)力應(yīng)變模塊組scxi-1520和scxi-1314提供1～1000的增益、10hz～10khz的可編程模擬濾波器、0～10v的直流激勵電壓以及自動調(diào)零、橋路補償?shù)裙δ�，還可以調(diào)理一般的模擬電壓。1．2．3 測功器和油門控制器 w40型電渦流測功能有四種工作方式：m方式、n方式、n-const方式和m-n2方式。最常用的是m方式和n-const方式，對應(yīng)調(diào)整的對象分別為測功器的扭矩和轉(zhuǎn)速。當(dāng)選擇external方式時，控制信號為0～10v。 油門控制器由模擬電壓控制的伺服電機構(gòu)成，控制信號為0～10v。1．2．4 工光點的控制 系統(tǒng)可根據(jù)設(shè)定的轉(zhuǎn)速或扭矩通過daq卡輸出控制電壓給控制執(zhí)行器和油門控制器，再通過測量結(jié)果進(jìn)行反饋，即可實現(xiàn)試驗工況點的控制，完成自定義的測試流程。其中，系統(tǒng)采用pid算法實現(xiàn)測功器的控制。2 系統(tǒng)軟件設(shè)計2．1 編程思想 發(fā)動機試驗需要在開始時通過怠速運轉(zhuǎn)進(jìn)行預(yù)熱。預(yù)熱完畢的標(biāo)志是冷卻水溫度達(dá)到額定值。預(yù)熱后，當(dāng)速度穩(wěn)定在設(shè)定值時，開始運行主程序，進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示、處理和記錄。運行主程序時，同時還調(diào)用煙度計和空氣流量計子程序，進(jìn)行同步采集、記錄。當(dāng)水溫超過設(shè)定的極限值時，系統(tǒng)輸出數(shù)字信號，啟動揚聲器報警并停機。系統(tǒng)程序流程圖如圖2所示。2．2 用戶界面 這里利用簡單、易用、圖形化的虛擬儀器軟件labview編寫操作界面。 主程序界面分為控制和顯示兩個區(qū)，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)采集的控制和顯示。顯示部分包括扭矩、轉(zhuǎn)速、溫度、油耗等參量的顯示，還包括超過極限亮燈顯示、統(tǒng)計分析顯示、日期時間顯示等；控