CN109883717A - 一种内燃机气缸模拟装置及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于内燃机领域，具体涉及一种内燃机气缸模拟装置及控制方法。包括数据采集模块、现场开关模块、模拟控制模块、显控模块等；模拟控制模块与数据采集模块相连接；模拟控制模块与驱动模块相连接；驱动模块与现场开关模块相连接；数据采集模块与气缸相连接；现场开关模块与气缸模块、数据采集模块相连接；通过模拟控制模块根据转速反馈产生数字量信号为0‑24V电压信号去实现启停功能，改变电流信号的大小及方向可以控制变频器的输出信号进而控制电机的运转方向，实现活塞在气缸内做往复直线运动的目的。本发明有助于分析气缸缸壁与活塞之间油膜在不同工况下的厚度，为进一步提高内燃机的效率提供极其重要的应用价值，应用前景广阔。
Description
技术领域
本发明属于内燃机领域，具体涉及一种内燃机气缸模拟装置及控制方法。
背景技术
在现代工业中，任意两个接触面之间都存在摩擦，摩擦会造成磨损并降低器件的工作精度，严重时甚至会造成机器损坏，为了减少磨损和发热，延长机器的使用寿命，必须在两个接触面之间添加润滑剂，减小摩损。流体润滑是最常见的润滑方式，由一层1.5～2微米以上的润滑油膜将两摩擦表面完全分开，摩擦产生自润滑油分子之间的内摩擦，有效降低磨损，改善了工作性能。流体润滑被广泛应用于各种领域，齿轮，轴承，活塞等机械部件常添加微米级厚度的润滑油，分离接触面使部件平滑运动。润滑失效是机器运转出现故障的主要原因之一，因此检测机械设备的润滑性能有重要的意义，润滑油膜的厚度是判断机械设备润滑性能的重要参数。
随着工业进步和科技研究，设备不断向大功率发展，对润滑系统的要求也越来越高，如船舶柴油机中活塞在气缸内做往复直线运动，与缸壁之间产生剧烈摩擦，润滑困难。在实际工作工程中气缸内温度压力很高，工作条件恶劣，载荷冲击强烈，容易导致润滑油膜变薄，油膜过薄会导致活塞与缸壁直接接触，工作一段时间后磨损和发热程度急剧增加，导致柴油机损坏；而当油膜过厚时，又会降低设备的承载能力，使其不能稳定工作，严重时会造成漏油和剧烈能量损失。综上，测量两摩擦面间的润滑油膜厚度对监测机器运行状态，改进机器性能有重要的意义，许多学者对油膜厚度测量进行了深入的研究。
发明内容
本发明的目的在于提供一种内燃机气缸模拟装置及控制方法，其能够分析气缸缸壁与活塞之间油膜在不同工况下的厚度，为进一步提高内燃机的效率提供参考价值。
一种内燃机气缸模拟装置，包括数据采集模块、现场开关模块、模拟控制模块、显控模块、驱动模块和气缸；所述模拟控制模块与数据采集模块相连接；所述模拟控制模块与驱动模块相连接；所述驱动模块与现场开关模块相连接；所述数据采集模块与气缸相连接；所述现场开关模块与气缸、数据采集模块相连接。
所述一种内燃机气缸模拟装置，采集模块从现场中采集数字量和模拟量信号，通过编码器将模拟量信号转化为数字量信号，并将信号传递给控制模块进行处理计算。
所述一种内燃机气缸模拟装置，驱动模块接受控制模块的信号产生持续的电压信号和电流信号，电压信号控制变频器的启停，电流信号控制电机的转动方向及速率，带动活塞进行往复直线运动。
所述一种内燃机气缸模拟装置，模拟控制模块控制转速，保证活塞往复直线运动，模拟控制模块实时监测模拟气缸缸壁温度模拟内燃机在工作状态下的状态。
所述一种内燃机气缸模拟装置，显控模块配置以太网单元，实现数据的上传及下载。
所述一种内燃机气缸模拟装置，现场开关模块包括现场的电磁阀开关、加热片开关、变频器的开关，由驱动模块的逻辑指令实现各个开关开闭操作。
所述一种内燃机气缸模拟装置，气缸与数据采集模块连接，气缸与现场开关模块相连接，现场开关模块通过控制阀门、变频器、加热片的状态，实现气缸工作状态的改变，数据采集模块能采集模拟气缸装置上传感器的信号。
本发明的目的在于提供一种内燃机气缸模拟装置控制方法；
一种内燃机气缸模拟装置控制方法，包括以下步骤：
步骤1、获取油压表的压力值，监测油泵压力值以保证安全，若压力值维持在合适的范围之内则进行步骤2，若已经偏离正常范围则需要通过模拟控制模块启动油泵，使其恢复到给定区间内；
步骤2、通过数据采集模块获取气缸缸内的温度值、压力值，若温度值维持在模拟实验工况下的范围之内，则进行步骤3，若已经偏离正常范围则需要通过模拟控制模块启动加热片，使其恢复到给定值；
步骤3、通过模拟控制模块根据转速反馈产生数字量信号为0-24V电压信号去实现启停功能，改变电流信号的大小及方向可以控制变频器的输出信号进而控制电机的运转方向，保证电机能够带动活塞做往复直线运动，进行步骤4；
步骤4、由上止点传感器检测到曲轴的转角信号需经过绝对编码器进行编码后才能输入模拟控制模块，根据这项参数能检测活塞上止点位置，监测活塞的运动情况，若电机能带动活塞做往复直线运动，则维持此刻的状态，若不能实现，则需要通过控制模块调节对变频器的控制，返回执行步骤3。
本发明的有益效果在于：
本发明通过模拟控制模块根据转速反馈产生数字量信号为0-24V电压信号去实现启停功能，改变电流信号的大小及方向可以控制变频器的输出信号进而控制电机的运转方向，实现活塞在气缸内做往复直线运动的目的。本发明有助于分析气缸缸壁与活塞之间油膜在不同工况下的厚度，为进一步提高内燃机的效率提供极其重要的应用价值。
附图说明
图1为本发明电路方框示意图；
图2为本发明装置图；
图3为本发明程序流程框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
如附图1所示，为本发明电路方框示意图；如附图2所示，为本发明装置图。
一种模拟内燃机气缸活塞运动的基本控制系统，包括1显控模块、2数据采集模块、3气缸、4现场开关模块、5驱动模块、6模拟控制模块。所述模拟控制模块与数据采集模块相连接；所述模拟控制模块与驱动模块相连接；所述驱动模块与现场开关模块相连接；所述数据采集模块与气缸相连接；所述现场开关模块与气缸模块、数据采集模块相连接；
所述数据采集模块能够从现场中采集数字量/模拟量信号，将模拟量信号通过编码器转化为数字量信号，并将信号传递给模拟控制模块进行处理计算；所述驱动模块能够接受控制模块的信号产生持续的电信号控制现场开关的启停以及变频器的模拟量控制信号；所述模拟控制模块能够向数据采集模块接收/发送电信号，并且通过逻辑运算产生相应的控制指令，进而生成驱动模块的控制指令。模拟控制模块中不仅能够实现对转速的控制保证活塞能够实现往复直线运动，并且能够实时监测模拟气缸缸壁温度模拟内燃机在工作状态下的状态。
进一步地还包括显控模块(HMI触摸屏)能够接受来自外部操作人员的触发信号，从而通过控制模块产生相应的响应。该模块还能接收来自数据采集模块的信号，从而将现场相关设备的状态显示出来；所述现场开关模块包括了现场的电磁阀的开闭、加热片的开闭、变频器的启停等，可以直接由来自驱动模块的逻辑指令实现各个开关开闭操作。
所述模拟气缸装置与数据采集模块以及现场开关模块相连接。现场开关模块通过控制阀门、变频器、加热片的状态，可以实现模拟气缸装置的工作状态的改变。数据采集模块可以采集模拟气缸装置上的各类传感器的信号。
如附图3所示，为本发明程序流程框图；控制电路向数据模块发送控制指令，读取现场传感器的参数。控制单元得到现场气缸缸壁温度、压力等参数后，通过逻辑计算，从而进一步对得到的参数进行计算。通过控制单元处理，系统将根据实际情况判断加热片的开闭。若温度过高，系统自动停止加热片的加热功能；若温度过低，系统自动开启加热片的加热功能。控制单元会向变频器发送持续的电信号启动变频器，从而通过变频器能够控制电机的转动方向及转动速度。同时，经由变频器会有一路转速反馈信号送回控制单元，这样方便又控制单元计算，进而调节变频器的输出。操作人员能够通过显控面板向控制单元发送信号，启动电变频器，进而使电机做往复直线运动；控制单元也可以将该系统的如温度、压力等参数实时的展现在操控面板上，以供操作人员查看。
一种内燃机气缸模拟实验台控制方法，包括以下步骤：
步骤1、获取油压表的压力值，监测油泵压力值以保证安全，若压力值维持在合适的范围之内则进行步骤2，若已经偏离正常范围则需要通过模拟控制模块启动油泵，使其恢复到给定区间内；
步骤2、通过数据采集模块获取气缸缸内的温度值、压力值，若温度值维持在模拟实验工况下的范围之内，则进行步骤3，若已经偏离正常范围则需要通过模拟控制模块启动加热片，使其恢复到给定值；
步骤3、通过模拟控制模块根据转速反馈产生数字量信号为0-24V电压信号去实现启停功能，改变电流信号的大小及方向可以控制变频器的输出信号进而控制电机的运转方向，保证电机能够带动活塞做往复直线运动，进行步骤4；
步骤4、由上止点传感器检测到曲轴的转角信号需经过绝对编码器进行编码后才能输入模拟控制模块，根据这项参数能检测活塞上止点位置，监测活塞的运动情况，若电机能带动活塞做往复直线运动，则维持此刻的状态，若不能实现，则需要通过控制模块调节对变频器的控制，返回执行步骤3。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的基本构思的前提下直接导出或联想到的其它改进和变化均应认为包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种内燃机气缸模拟装置，其特征在于：包括数据采集模块、现场开关模块、模拟控制模块、显控模块、驱动模块和气缸；所述模拟控制模块与数据采集模块相连接；所述模拟控制模块与驱动模块相连接；所述驱动模块与现场开关模块相连接；所述数据采集模块与气缸相连接；所述现场开关模块与气缸、数据采集模块相连接。
2.根据权利要求1所述一种内燃机气缸模拟装置，其特征在于：所述采集模块从现场中采集数字量和模拟量信号，通过编码器将模拟量信号转化为数字量信号，并将信号传递给控制模块进行处理计算。
3.根据权利要求1所述一种内燃机气缸模拟装置，其特征在于：所述驱动模块接受控制模块的信号，产生持续的电压信号和电流信号，电压信号控制变频器的启停，电流信号控制电机的转动方向及速率，带动活塞进行往复直线运动。
4.根据权利要求1所述一种内燃机气缸模拟装置，其特征在于：所述模拟控制模块控制转速，保证活塞往复直线运动，模拟控制模块实时监测模拟气缸缸壁温度。
5.根据权利要求1所述一种内燃机气缸模拟装置，其特征在于：所述显控模块配置以太网单元。
6.根据权利要求1所述一种内燃机气缸模拟装置，其特征在于：所述现场开关模块包括现场的电磁阀开关、加热片开关、变频器的开关，由驱动模块的逻辑指令实现各个开关开闭操作。
7.根据权利要求1所述一种内燃机气缸模拟装置，其特征在于：所述气缸与数据采集模块连接，气缸与现场开关模块连接，现场开关模块通过控制阀门、变频器、加热片的状态，实现气缸工作状态的改变，所述数据采集模块采集模拟气缸装置上传感器的信号。
8.一种内燃机气缸模拟装置控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、获取油压表的压力值，监测油泵压力值，保证安全，若压力值维持在正常范围之内则进行步骤2，若已经偏离正常范围，则通过模拟控制模块启动油泵，使压力值恢复到给定区间内；
步骤2、通过数据采集模块获取气缸缸内的温度值、压力值，若温度值维持在模拟实验工况下的范围之内，则进行步骤3，若已经偏离正常范围，则通过模拟控制模块启动加热片，使温度恢复到给定值；
步骤3、通过模拟控制模块，根据转速反馈产生数字量信号为0-24V电压信号，实现启停功能，改变电流信号的大小及方向能控制变频器的输出信号，进而控制电机的运转方向，保证电机能带动活塞做往复直线运动；
步骤4、由上止点传感器检测到曲轴的转角信号，信号经过绝对编码器进行编码后输入模拟控制模块，根据这项参数能检测活塞上止点位置，监测活塞的运动情况，若电机能带动活塞做往复直线运动，则维持此刻的状态，若不能实现，则通过控制模块调节对变频器的控制，返回执行步骤3。
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