簡論內燃機排放測量CVS系統控制軟體設計論文

隨著經濟的快速發展，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效能，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汙染物量與排氣汙染物總量的比例保持不變.因此，測試迴圈結束後，測量氣袋中各汙染物的濃度，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汙染物的總量.

國外汽車排放檢測裝置領域中，具有成熟檢測裝置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裝置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、裝置控制和資料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取樣裝置中需要採集的變數包括:①稀釋通道內的溫度、壓力;②主文丘裡管內的溫度、壓力;③取樣文丘裡管處的溫度、壓力;④稀釋通道內流量;⑤取樣流量.控制量包括:①各取樣泵的開關;②通道閥體(包括氣袋進出口以及顆粒取樣通道處閥體)的開關;③取樣泵和水泵流量控制.整個系統中對資料採集的速度要求不高，並且在試驗中需要傳輸的資料量比較小，同時在系統中只存在一臺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控制軟體程式語言選擇

在編寫CVS控制系統過程中使用了Delphi作為軟體開發工具hi是一種物件導向的視覺化程式語言，相比於C++具有更短的開發週期.同時，物件導向又使得Delphi更加適用於控制軟體的開發，是工業系統類控制軟體開發中主要使用的軟體之一.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、人性化的控制介面，以使裝置操作更加簡便.

1.3串列埠通訊技術

相比於並行通訊，序列通訊的傳輸速度慢，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資料線的使用，特別是在進行遠距離通訊的過程中，可以極大的節約通訊成本.利用串列埠通訊傳遞的是數字量，因此不產生附加誤差.

Delphi中實現串列埠通訊最常見有3種方法:①利用API函式的方法;②利用Spcomm或者MSComm控制元件的方法;③直接將其他的串列埠通訊程式呼叫過來的方法.使用控制元件的`方法比另外兩種方法更靈活，且操作更為簡便，直接下載安裝控制元件即可使用.因此，在程式編寫時採用Spcomm控制元件的方法.

1.4AK通訊協議

AVL的排放測試裝置都是基於AK通訊協議設計的通訊協議是由德國汽車工業協會制定的，作為排放測試裝置之間的通訊規則通訊協議設計是基於滿足最低限度低速點對點通訊的要求，常用的連線方法是根據RS232介面的規格，通過序列介面調製解調資料線路進行資料通訊通訊協議為使用者對裝置進行二次開發提供了很大方便.

2CVS取樣系統實驗流程

首先進行裝置及程式的初始化，視窗建立初期系統會自檢，防止出現錯誤;然後由操作者對實驗基本引數進行設定，同時對取樣模式及取樣氣袋進行選擇.經過預熱處理後選擇開始取樣，迴圈開始，氣袋開始充氣，同時進行顆粒取樣.迴圈結束後，將充氣後氣袋中採集的樣氣通入分析裝置進行分析，實驗結束.

3控制軟體上位機介面設計

Delphi作為更高階的程式語言，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體介面，系統的二次開發在進行介面佈局過程中可以按照操作者提出的需求來設計，同時可將型別相似的功能按鈕佈局在一起，便於軟體使用者進行操作和觀察.控制軟體介面設計過程中正是遵循這一原則來設計.

根據主介面的構成可以將整個控制介面分為3個部分:①引數設定部分;②程式控制部分;③資料監測部分.

3.1引數設定部分

引數設定部分佈局在主介面右上角，在計算機中對部分引數作出更改可以及時通過串列埠通訊傳送到裝置中對相對應的執行器進行操作.設定部分能夠實現的引數設定包括:①對系統主要引數進行設定;②對氣袋操作基本引數進行設定.

可以直接在對話方塊中對顆粒取樣速率、二級稀釋空氣速率、取樣溫度點、主文丘裡以及取樣文丘裡選擇，文丘裡修正係數是由計算所得.

3.2程式控制部分

程式控制部分是控制軟體的核心內容，為主介面右下角operation部分.

CVS系統的執行包括4種不同的執行模式，分別是stop、wait、standby和模式:所有的執行器都關閉，軟體只採集模擬量引數，軟體啟動後就處於stop模式，此時系統執行處於停機狀態;wait模式:軟體開始與流量計通訊，向流量計傳送設定流量並讀取當前流量，主文丘裡管將按設定流量開啟，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，取樣泵和二級稀釋泵起動，顆粒取樣和氣袋取樣均處於旁通狀態，系統只有進入到preconditioning模式下才可以開始進行取樣工作.

3.3資料監測部分

在主介面中通過不同的顯示區來顯示各種資料和執行器使用狀態，來保證實驗正常進行.

實驗設定顯示區:顯示6個主要基本引數.其中，2個流量計的實際流量在達到設定流量之前以紅色顯示，達到設定流量後以藍色顯示.

測量引數及流量顯示區:該顯示區顯示CVS中可以採集的9個模擬量引數、4個流量計流量和溫度引數、1個計算引數共14個引數，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.

取樣結果顯示區可以顯示3組資料:①CVS總流量和時間;②氣袋容積和時間;③顆粒取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.

在顯示介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系統底層硬體裝置基礎上，配置了高效能工控機，選擇匹配了輸入輸出板卡，並基於WindowsXP作業系統重新編寫了操作軟體，使用物件導向的視覺化程式語言Delphi，設計控制介面使其更加實用，操作更加簡便.控制程式基於串列埠通訊技術以及AK協議，編寫了相關控制程式模組，恢復了原系統的取樣、分析及對CVS氣袋充排氣和顆粒取樣的控制功能，同時增加自定義的試驗迴圈設定功能，擴大了適用範圍，奠定了實現與內燃機測功裝置控制系統、排氣分析系統通訊和整合控制的基礎.