簡論內燃機排放測量CVS系統控制軟件設計論文

隨着經濟的快速發展，我國汽車保有量也呈現出井噴式增長.2014年，全國汽車產銷量分別為2372萬輛和2349萬輛.汽車數量劇增帶來的汽車尾氣排放對環境造成巨大影響，為了準確評估汽車發動機的排放性能，採用何種排放檢測技術和檢測方法顯得尤為重要.目前，世界各國的排放法規中規定機動車排放測試採用定容取樣(CVS)系統取樣，即將發動機的全部排氣排入稀釋通道中，用經過空氣濾清器過濾的環境空氣稀釋，形成恆定容積流量的稀釋排氣.測試時的情況模擬汽車排氣尾管出口處排氣在環境空氣中的擴散情況，這時稀釋排氣取樣袋採集的氣樣中含有的污染物量與排氣污染物總量的比例保持不變.因此，測試循環結束後，測量氣袋中各污染物的濃度，乘上CVS系統中流過的稀釋排氣總量，即發動機在測量過程中各污染物的總量.

國外汽車排放檢測設備領域中，具有成熟檢測設備生產能力的公司主要有日本HORIBA公司，奧地利AVL公司以及美國CAI公司等.國外比較先進的汽車排放檢測系統已經實現自動化，日本、歐洲、美國等國家已經擁有先進的排放設備製造技術和現代化的排放實驗室.廣泛使用計算機技術使得幾乎所有的排放測試工作、設備控制和數據分析都可以通過計算機來完成.

1CVS系統測控方案的設計

1.1CVS系統組成及測控方案

在整套CVS採樣設備中需要採集的變量包括:①稀釋通道內的温度、壓力;②主文丘裏管內的温度、壓力;③採樣文丘裏管處的温度、壓力;④稀釋通道內流量;⑤採樣流量.控制量包括:①各採樣泵的開關;②通道閥體(包括氣袋進出口以及顆粒採樣通道處閥體)的開關;③採樣泵和水泵流量控制.整個系統中對數據採集的速度要求不高，並且在試驗中需要傳輸的數據量比較小，同時在系統中只存在一台計算機對系統中所有執行器進行控制，因此集中式控制系統(CCS)可以滿足CVS系統的控制要求.

1.2控制軟件程式語言選擇

在編寫CVS控制系統過程中使用了Delphi作為軟件開發工具hi是一種面向對象的可視化程式語言，相比於C++具有更短的開發週期.同時，面向對象又使得Delphi更加適用於控制軟件的開發，是工業系統類控制軟件開發中主要使用的軟件之一.事實證明，Delphi不僅具有強大的開發功能，同時能夠設計出更加完善、人性化的控制界面，以使設備操作更加簡便.

1.3串行端口通信技術

相比於並行通訊，串行通訊的傳輸速度慢，其優勢在於使用過程中較為靈活、簡單、可靠性好，並且能夠有效的減少數據線的使用，特別是在進行遠距離通信的過程中，可以極大的節約通信成本.利用串口通信傳遞的是數字量，因此不產生附加誤差.

Delphi中實現串口通信最常見有3種方法:①利用API函數的方法;②利用Spcomm或者MSComm控件的方法;③直接將其他的串口通信程序調用過來的方法.使用控件的`方法比另外兩種方法更靈活，且操作更為簡便，直接下載安裝控件即可使用.因此，在程序編寫時採用Spcomm控件的方法.

1.4AK通訊協議

AVL的排放測試設備都是基於AK通信協議設計的通信協議是由德國汽車工業協會制定的，作為排放測試設備之間的通信規則通信協議設計是基於滿足最低限度低速點對點通信的要求，常用的連接方法是根據RS232接口的規格，通過串行接口調製解調數據線路進行數據通信通訊協議為用户對設備進行二次開發提供了很大方便.

2CVS採樣系統實驗流程

首先進行設備及程序的初始化，窗口創建初期系統會自檢，防止出現錯誤;然後由操作者對實驗基本參數進行設置，同時對採樣模式及採樣氣袋進行選擇.經過預熱處理後選擇開始採樣，循環開始，氣袋開始充氣，同時進行顆粒採樣.循環結束後，將充氣後氣袋中採集的樣氣通入分析設備進行分析，實驗結束.

3控制軟件上位機界面設計

Delphi作為更高級的程式語言，所具備的重要優點在於更方便的設計出符合操作習慣的軟件界面，系統的二次開發在進行界面佈局過程中可以按照操作者提出的需求來設計，同時可將類型相似的功能按鈕佈局在一起，便於軟件使用者進行操作和觀察.控制軟件界面設計過程中正是遵循這一原則來設計.

根據主界面的構成可以將整個控制界面分為3個部分:①參數設置部分;②程序控制部分;③數據監測部分.

3.1參數設置部分

參數設置部分佈局在主界面右上角，在計算機中對部分參數作出更改可以及時通過串口通訊發送到設備中對相對應的執行器進行操作.設置部分能夠實現的參數設置包括:①對系統主要參數進行設置;②對氣袋操作基本參數進行設置.

可以直接在對話框中對顆粒採樣速率、二級稀釋空氣速率、採樣温度點、主文丘裏以及採樣文丘裏選擇，文丘裏修正係數是由計算所得.

3.2程序控制部分

程序控制部分是控制軟件的核心內容，為主界面右下角operation部分.

CVS系統的運行包括4種不同的運行模式，分別是stop、wait、standby和模式:所有的執行器都關閉，軟件只採集模擬量參數，軟件啟動後就處於stop模式，此時系統運行處於停機狀態;wait模式:軟件開始與流量計通訊，向流量計發送設定流量並讀取當前流量，主文丘裏管將按設定流量打開，可做氣袋吹掃工作;standby模式:風機起動，熱交換器開始工作，可做氣袋吹掃工作;preconditioning模式:進入預處理狀態，採樣泵和二級稀釋泵起動，顆粒採樣和氣袋採樣均處於旁通狀態，系統只有進入到preconditioning模式下才可以開始進行採樣工作.

3.3數據監測部分

在主界面中通過不同的顯示區來顯示各種數據和執行器使用狀態，來保證實驗正常進行.

實驗設置顯示區:顯示6個主要基本參數.其中，2個流量計的實際流量在達到設置流量之前以紅色顯示，達到設置流量後以藍色顯示.

測量參數及流量顯示區:該顯示區顯示CVS中可以採集的9個模擬量參數、4個流量計流量和温度參數、1個計算參數共14個參數，還有2個分別顯示熱交換器水路控制閥和加熱器控制狀態的指示燈.

執行器控制狀態顯示區:用於顯示風機和7個泵的控制狀態.

採樣結果顯示區可以顯示3組數據:①CVS總流量和時間;②氣袋容積和時間;③顆粒採樣流量和二級稀釋空氣流量及時間.所有顯示流量為積分值.

在顯示界面下方有狀態條顯示6項內容，用來顯示正在進行的操作，以避免在試驗過程中出現失誤不能及時發現.

4結論

在AVL-CVS系統底層硬件設備基礎上，配置了高性能工控機，選擇匹配了輸入輸出板卡，並基於WindowsXP操作系統重新編寫了操作軟件，使用面向對象的可視化程式語言Delphi，設計控制界面使其更加實用，操作更加簡便.控制程序基於串行端口通訊技術以及AK協議，編寫了相關控制程序模塊，恢復了原系統的採樣、分析及對CVS氣袋充排氣和顆粒採樣的控制功能，同時增加自定義的試驗循環設定功能，擴大了適用範圍，奠定了實現與內燃機測功設備控制系統、排氣分析系統通訊和集成控制的基礎.