摘 要

缸压在线监测系统可实时获取船用发动机各缸气缸压力，监测发动机各缸工作状态，是船舶发动机状态监测的重要辅助工具。目前缸压在线监测系统尚处于开发阶段，在实机应用前需要进行调试。为了节省调试时间和成本，需开发一套用于缸压在线监测系统的调试和功能研制试验平台，以模拟船用发动机运行过程中气缸压力信号输出，全面评价和演示监测系统功能，考核系统运行的稳定性和可靠性。

本文利用ProE与Labview设计一个可以用于演示与模拟验证船用发动机多缸缸压在线监测系统的试验台，它结构简单，调整方便，可以模拟不同工况下的发动机气缸压力曲线，便于监测系统软硬件功能演示和缸压在线监测系统软件开发调试。

Abstract

A cylinder pressure online monitoring system can be used to obtain the cylinder pressure diagrams of all cylinders of a marine engine real-time as an effective measurement tool, so that it is possible to directly monitor the condition of all cylinders of a marine engine. The cylinder pressure online monitoring system is currently being developed, it is necessary to debug it under real engine environments before application. In order to save the debugging time and cost, it is a good way to design and develop a simulated cylinder pressure output and test platform similar with all cylinder pressure signals of a real marine engine to evaluate and demonstrate the functions of the cylinder pressure online monitoring system, examine the stability and reliability of the system.

In this paper, the ProE and LabVIEW were used to design a simulated cylinder pressure output and test platform for demonstrating and verifying the multi-cylinder pressure online monitoring system, the utility model has the advantages of simple structure, convenient adjustment can simulate the engine cylinder pressure curves under different conditions for monitoring system software and hardware for demonstration and cylinder pressure online monitoring system software debugging.

Key Words：cylinder pressure online monitoring system; development and debugging； LabVIEW

目录

第1章 绪论 6

1.1 研究目的及意义 6

1.2 国内外现状分析 7

1.3 本文主要研究内容 9

第2章 试验台机械部件的设计 11

2.1 试验台设计原理 11

2.2 试验台总体设计 12

2.2.1 关键零部件设计： 12

2.2.2 试验台底座与整体设计 14

2.3 试验台机械部分图纸 14

第3章 试验台电气部分的设计 24

3.2 电机的选型与核算 24

3.2.1电机主要技术参数 25

3.2.2电机的核算 25

3.3试验台采集卡参数 26

3.4系统电气部分示意图 27

第4章 信号采集系统的开发 31

4.1数据采集系统的意义和任务 31

4.2采集系统硬件组成 31

4.3 采集模块的设计 32

3.3.1 LabVIEW简介 33

3.3.2 FPGA简介 33

3.3.3 LabVIEW FPGA程序设计 34

3.3.4 上位机程序设计 34

4.4 采集模块的验证 35

3.4.2转子试验台试验目的及原理 35

3.4.3电机转速140r/min的测试结果与分析 35

3.4.1170柴油机实测采集验证 37

第5章 结论与展望 39

5.1结论 39

5.2展望 39

参考文献 40

致 谢 41

第1章 绪论

1.1 研究目的及意义

从柴油机问世以来，由于社会工业化水平不断提高，柴油机在农业生产、工业制造、汽车船舶等众多领域应用广泛，而且柴油机不断向大型化、高速化、精密化发展，从而提高其工作性能，提高自动化程度。带来的有益影响是提高了劳动生产率、产品质量，降低能耗和生产成本；但是存在的问题是一旦柴油机系统某一环节发生故障，往往会造成停工停产，造成巨大的经济损失，甚至导致设配损失及危害到工作人员安全^[1]。

因为柴油机的热效率高、比功率大容易启动，所以船舶主机大都采用柴油机，被称为船舶动力的心脏。但是一般船舶柴油机结构复杂，在平时工作过程中，柴油机的许多部位处于高温高压等多种恶劣条件下。所以导致解决柴油机故障成为船舶上工作人员常见工作之一。对于目前自动化程度很高的船舶柴油机来说，一方面通过先进的设计制造技术提高产品的质量，但是却难以避免故障。为了提高船舶柴油机的综合性能，降低故障率，对柴油机进行实时状态监测和在线故障诊断具有非常重大的意义。这不但可以保证柴油机的安全可靠的工作，同样利用先进的故障诊断理论，可以通过对柴油机实时运行状态的检查提前发现故障，及时维修大大降低故障率，一方面有效提高船舶运行的经济性，另一方面减少机械设备的运行故障，保证人身财产安全^[2]。

船舶柴油机结构复杂、工作环境恶劣，故障形式错综复杂、故障征兆与故障源之间也并非简单的映射关系，因此要求船舶故障诊断系统具有良好的反应机制，能从复杂的监测信号中准确地提取出故障特征，并结合先进的故障诊断理论实现对船舶柴油机的早期故障预警，从而避免重大事故的发生。随着信号采集、数据处理与分析、计算机等技术的不断发展，研究船舶柴油机智能化的状态监测与故障诊断技术对转变维修方式，提高设备维护质量以及保证船舶的安全运行，都具有非常重大的意义^[3]。

缸压分析是评定一台柴油机工作状况的重要方法。通过对缸压曲线的计算可得到工作过程的压缩终点压力、燃烧最大压力等参数。可借助缸压曲线进行柴油机最佳状态调整及故障诊断，缸压携带了柴油机工作过程的大量有用信息，并且与柴油机工作过程各缸的工作指标、排放标准、性能参照等的差异都基本上能通过缸压曲线反映出来。在柴油机的故障判断中，气缸压力是判断柴油机工作状况的最常用指标之一。因此采集气缸压力并对其进行处理得到缸压曲线是柴油机监测的重要方法，其基础在于测录正确的示功图，所以必须能够准确地采集发动机气缸压力^[4]。