為生物質(zhì)氣體燃料發(fā)動機開發(fā)測量控制系統(tǒng)

　　發(fā)動機運行控制

　　啟動發(fā)動機時，我們必須連接離合器，轉(zhuǎn)動自啟動電機，當(dāng)燃料供給建立時斷開離合器。進(jìn)一步，發(fā)動機運轉(zhuǎn)過程中，我們必須利用執(zhí)行機構(gòu)（如氣門、質(zhì)量流量控制器和火花塞）調(diào)整空氣和燃料流量和點火定時以實現(xiàn)提前設(shè)定的實驗條件。在實驗中同時操作多臺設(shè)備并監(jiān)測發(fā)動機運行狀況是實驗人員的一大麻煩，提高效率十分必要。

　　生成模擬生物質(zhì)氣體

　　七個生物質(zhì)流量控制器獨立監(jiān)測和控制六類氣體（CH4, C2H4, H2, CO, CO2和 N2）以及一罐市售13A氣體的流量。因此，我們必須同時控制七個控制器以生成任意混合比的模擬生物質(zhì)氣體，這是一個復(fù)雜的過程。

　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　為同時操控七個控制器，我們在發(fā)動機測量設(shè)備和模擬生物質(zhì)氣體燃料生成器的各個輸入輸出接口統(tǒng)一使用NI的產(chǎn)品，并搭建發(fā)動機測量控制系統(tǒng)和模擬生物質(zhì)氣體燃料生成系統(tǒng)。兩套系統(tǒng)我們都采用LabVIEW來進(jìn)行軟件開發(fā)。

　　發(fā)動機測量控制系統(tǒng)我們使用了一個NI PXI-8176控制器，PXI-6071E模擬輸入多功能數(shù)據(jù)采集（DAQ）模塊，一個PXI-6733高速模擬輸出模塊，以及PXI-6602定時和數(shù)字I/O模塊。測量方面，我們采用PXI-6071E以旋轉(zhuǎn)編碼器的信號為基準(zhǔn)在每一個曲軸轉(zhuǎn)角對傳感器的輸出進(jìn)行采樣。運行控制方面，我們采用PXI-6733模塊操作各執(zhí)行器，如離合器、自啟動電機、節(jié)氣門和質(zhì)量流量控制器；采用PXI-6602生成點火信號。NI硬件統(tǒng)一了運行發(fā)動機時需要操作的各個設(shè)備I/O的信號。我們采用PC搭建的系統(tǒng)能夠運行發(fā)動機并進(jìn)行各種測量。

　　為了開發(fā)模擬生物質(zhì)氣體燃料生成系統(tǒng)，我們采用了商用桌面PC和PXI機箱，一套PXI-6031E模擬輸入多功能DAQ模塊，以及一套PXI-6733模塊。從PXI-6733輸入的電壓控制各氣體成分的流量，PXI-6031E測量實際流量。PC同步控制七個質(zhì)量流量控制器，使得系統(tǒng)可以控制其中氣體成分以產(chǎn)生任意的混合比。

　　結(jié)果

　　測量方面，我們成功實現(xiàn)了對發(fā)動機曲軸運動的同步采樣。另外，利用軟件可以輕松的設(shè)置每通道的采樣率和測量范圍。只需使用PC我們就完成了測試，這簡化了測試操作。

　　我們還采用LabVIEW來分析數(shù)據(jù)。從實驗到分析整個過程中的所有工作都可以通過LabVIEW來完成。由于不需要進(jìn)行多種語言混合編程，因而進(jìn)一步節(jié)省了時間。

　　圖3(a) 是發(fā)動機測量控制程序，它具有自動處理發(fā)動機啟動程序、手動控制和調(diào)節(jié)執(zhí)行器至實驗條件以及測量實驗數(shù)據(jù)的功能。

　　圖3(b) 是設(shè)置模擬生物質(zhì)氣體燃料混合比程序的前面板，可以分別設(shè)置和監(jiān)測七種氣體的流量。我們利用這些數(shù)據(jù)對發(fā)動機性能進(jìn)行分析，包括輸出功率、熱效率、輸出功率變動系數(shù)以及燃燒特性如燃燒起始時刻和燃燒持續(xù)期，所用的分析程序如圖4所示。

　　結(jié)論

　　采用LabVIEW，我們成功地為一臺生物質(zhì)氣體燃料發(fā)動機搭建了一套測量控制系統(tǒng)。我們搭建系統(tǒng)使用的軟件提供了靈活的設(shè)置并能處理大量的I/O信號，這大大縮減了實驗時間。另外，從測量到分析的整個過程都采用了LabVIEW，這提高了我們的效率。最后，當(dāng)我們在實驗基礎(chǔ)上制造生物質(zhì)氣體燃料發(fā)動機控制系統(tǒng)時，我們只需要改動軟件就可以實現(xiàn)新的系統(tǒng)，從而提高進(jìn)一步開發(fā)的效率。