[发明专利]基于FPGA的船用中低速柴油机气缸压力在线监测系统

说明书

技术领域

本发明涉及柴油机性能监测技术领域，尤其涉及一种基于FPGA的船用中低速柴油机气缸压力在线监测系统。

背景技术

柴油机气缸压力示功图是描述柴油机缸内工作状态的重要参数。测量气缸压力示功图的实质是测量气缸中气体压力随时间(或曲轴转角、气缸容积)变化过程，利用气缸压力示功图可研究柴油机缸内的燃烧过程、气体与缸壁传热过程、进排气过程以及提取故障信息用于诊断柴油机状态。

气缸压力在线监测系统可实现柴油机多个气缸压力的同时在线测量、气缸压力示功图和特征参数显示，便于技术人员实时对比分析缸内工作状态监测和故障诊断，因此开发一套船用中低速柴油机气缸压力在线监测系统具有工程应用价值。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种基于FPGA的船用中低速柴油机气缸压力在线监测系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于FPGA的船用中低速柴油机气缸压力在线监测系统，包括：

传感器，所述传感器包括用于获取气缸缸内压力数据的缸压传感器、用于获取柴油机上止点脉冲信号的上止点传感器和用于获取柴油机曲轴转角信号的曲轴转角传感器；

信号调理单元，所述信号调理单元包括缸压调理模块和触发信号调理模块，所述缸压调理模块用于将气缸压力传感器的输出调理为2.5V范围内的电压信号供采集控制单元采集；触发信号调理将上止点和曲轴转角传感器的信号输出调理为标准的TTL信号；

采集控制单元，用于对信号调理单元处理的船用柴油机多缸缸压信号进行等曲轴转角同步采集和预处理；所述预处理包括断线检测、曲轴转角脉冲畸变点判断、瞬时转速计算和缸压信号周期平均；

所述采集控制单元的等曲轴转角同步采集方法如下：船用中低速柴油机多缸缸内压力等曲轴转角同步测量，曲轴转角信号接入FPGA某一全局时钟引脚，通过其他多个全局时钟引脚同步输出作为A/D转换器的数据采集触发信号，A/D转换器数据输出的同步时钟由控制器FPGA产生，系统以上止点和曲轴转角信号触发采集，从而实现柴油机多缸气缸压力的同步等曲轴转角采集。

上位机，用于通过预处理后的缸压数据，并进行分析处理、计算气缸压力特征参数，对比显示各缸示功图。

按上述方案，所述缸压传感器为电流型传感器，采集缸内压力，输出4-20mA电流信号接入调理板调理标准TTL信号。

按上述方案，所述采集控制单元中，单个单元配置6路缸压数据采集通道。

按上述方案，所述所述气缸压力在线监测系统还包括通信模块，用于实现采集控制单元和上位机之间的数据传输。

按上述方案，所述气缸压力在线监测系统包括多个采集控制单元，各采集控制单元之间通过同一上止点信号开始采集，曲轴转角信号触发采集。

本发明产生的有益效果是：

1.本发明以FPGA为控制器，利用FPGA内部的逻辑可编辑，I/O模块可配置的并行构架，对船用柴油机多缸缸压信号进行等曲轴转角同步采集和预处理，具有电路设计简单，PCB面积少，系统稳定性高等特点。

2.本发明以FPGA为控制器，进行传感器断线检测和对曲轴转角信号进行畸变点检测，提高了系统的工程现场适用性。

3.本发明可以同时测量柴油机多个缸的气缸压力示功图，同步显示各缸示功图曲线，便于在线监测柴油机各缸状态。

4.本发明可以通过设置与显示单元修改采集控制器的参数化数据，提高了系统的通用性。

5.本发明可以通过本地设置与显示单元查看预处理后的各缸缸压信号，便于系统调试。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的系统结构示意图；

图2是本发明实施例的采集控制单元结构示意图；

图3是本发明实施例的系统工作流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明的基于FPGA船用中低速柴油机在线气缸压力测试系统,主要包括电源、传感器、信号调理单元、采集控制单元、设置与显示单元、上位机软件。

具体如下：

电源，输入24VDC，经过电源转换芯片产生系统各模块所需电源及标准基准电压。