本發(fā)明涉及發(fā)動(dòng)機(jī)硬件在環(huán)仿真技術(shù)，具體涉及一種船用柴油/lng雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制單元(ecu)硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

摻燒天然氣的柴油/lng雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)是當(dāng)前雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的研究熱點(diǎn)。傳統(tǒng)的電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方式需要在試驗(yàn)臺(tái)架上進(jìn)行反復(fù)的實(shí)驗(yàn)，難以保證所有工況的實(shí)現(xiàn)以及調(diào)試過程中所需工況的可重復(fù)性，同時(shí)也延長(zhǎng)了開發(fā)周期，不利于電控系統(tǒng)緊跟市場(chǎng)更新?lián)Q代。因此以虛擬發(fā)動(dòng)機(jī)為核心的硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)成為雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)控制策略開發(fā)的必然要求。

目前國(guó)內(nèi)對(duì)雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制單元(ecu)硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)的研究才剛剛起步，通常采用pc機(jī)+自行設(shè)計(jì)的控制板的構(gòu)架。在這種構(gòu)架結(jié)構(gòu)中，采用pc機(jī)使得系統(tǒng)過于累贅；將各功能集中在一個(gè)自行設(shè)計(jì)的控制板中，不但增加了開發(fā)的難度，其自身的穩(wěn)定性也還需進(jìn)一步驗(yàn)證，且不利于之后硬件的更換以及整個(gè)系統(tǒng)的推廣；在設(shè)計(jì)思路上自行設(shè)計(jì)的控制板很難適應(yīng)其余發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)型，拓展性差，同時(shí)當(dāng)前雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)都未考慮進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)危險(xiǎn)工況的模擬，這使得雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)的保護(hù)功能無法得到驗(yàn)證。而這都不利于雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制單元(ecu)硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)日后的工業(yè)化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制單元(ecu)硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路與結(jié)構(gòu)上的問題，提供一種使用靈活、可拓展性好、穩(wěn)定性高的硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)，同時(shí)降低其開發(fā)難度。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是：包括工控系統(tǒng)和可編程序邏輯控制器(plc)信號(hào)系統(tǒng)，工控系統(tǒng)分為上位機(jī)與下位機(jī)，上位機(jī)為工控機(jī)，下位機(jī)包括usb轉(zhuǎn)rs485模塊、模擬量輸出模塊、ocrobot微控制器、光耦隔離器。plc信號(hào)系統(tǒng)包括可編程序邏輯控制器(plc)、arduino微控制器。上位機(jī)中運(yùn)行雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)模型通過usb總線發(fā)送給下位機(jī)。下位機(jī)通過usb轉(zhuǎn)rs485模塊進(jìn)行usb數(shù)據(jù)與rs485數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)換。usb轉(zhuǎn)rs485模塊與模擬量輸出模塊和ocrobot微控制器通過rs485總線連接。ocrobot微控制器與可編程序邏輯控制器(plc)通過光耦隔離器相連接?？删幊绦蜻壿嬁刂破?plc)接收以及處理ocrobot微控制器和模擬量輸出模塊產(chǎn)生的電流信號(hào)。可編程序邏輯控制器(plc)與arduino微控制器通過串口通信總線相連接。

按上述方案，所述的工控機(jī)作為主站，使用modbusrtu主站協(xié)議指令。下位機(jī)的模擬量輸出模塊和ocrobot微控制器分別作為兩個(gè)從站。

按上述方案，所述的模擬量輸出模塊根據(jù)從站協(xié)議，識(shí)別上位機(jī)發(fā)送的請(qǐng)求報(bào)文，處理上位機(jī)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，輸出相應(yīng)的模擬量電流信號(hào)。所有模擬量信號(hào)都定義輸出為0～20ma的電流信號(hào)。

按上述方案，所述的ocrobot微控制器根據(jù)從站協(xié)議，識(shí)別上位機(jī)發(fā)送的請(qǐng)求報(bào)文，處理上位機(jī)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，輸出相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，并控制工控箱上各項(xiàng)指示燈的工作。ocrobot微控制器處理可編程序邏輯控制器(plc)產(chǎn)生的控制信號(hào)，將結(jié)果通過modbusrtu協(xié)議返還至上位機(jī)。

按上述方案，所述的光耦隔離器對(duì)ocrobot微控制器輸入的信號(hào)進(jìn)行隔離，起到保護(hù)ocrobot微控制器的功能。將ocrobot微控制器輸入的信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，輸出可編程序邏輯控制器(plc)信號(hào)系統(tǒng)能夠識(shí)別的電信號(hào)。對(duì)可編程序邏輯控制器(plc)輸入的信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，輸出ocrobot微控制器能夠識(shí)別的電信號(hào)。

按上述方案，所述的arduino微控制器通過串口通訊協(xié)議，檢查請(qǐng)求報(bào)文校驗(yàn)碼后，接收來自可編程序邏輯控制器(plc)的數(shù)據(jù)，并返回控制結(jié)果?？删幊绦蜻壿嬁刂破?plc)根據(jù)控制結(jié)果輸出相應(yīng)控制電信號(hào)。

本發(fā)明改變了之前的硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)的構(gòu)架，建立更加適用于雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制單元(ecu)開發(fā)的硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)。在結(jié)構(gòu)上，采用工控機(jī)增加了系統(tǒng)的靈活度與穩(wěn)定性；采用標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的ocrobot微控制器與模擬量輸出模塊取代自行開發(fā)的控制板，將功能劃分，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低開發(fā)難度，縮短開發(fā)周期。同時(shí)，該構(gòu)架預(yù)留出了接口，可以滿足于不同發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)的仿真需求。方便了日后硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)批量生產(chǎn)以及工業(yè)化的使用。具有使用靈活、可拓展性好、穩(wěn)定性高的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)降低其開發(fā)難度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明工控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明工控系統(tǒng)ocrobot微控制器結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明工控系統(tǒng)模擬量輸出模塊結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本發(fā)明可編程序邏輯控制器(plc)信號(hào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1.工控機(jī)，2.usb轉(zhuǎn)rs485模塊，3.ocrobot微控制器，4.模擬量輸出模塊，5.光耦隔離器，6.允許噴氣指示燈，7.運(yùn)行指示燈，8.報(bào)警指示燈，9.蜂鳴器，10.轉(zhuǎn)速信號(hào)，11.凸輪軸信號(hào)，12.安防關(guān)斷按鈕，13.lng占空比信號(hào)，14.油門齒條位置信號(hào)，15.排氣溫度信號(hào)，16.冷卻水溫信號(hào)，17.燃?xì)鈮毫π盘?hào)，18.可編程序邏輯控制器(plc)，19.arduino微控制器。

具體實(shí)施方式

為進(jìn)一步闡述本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和功能，以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說明。

如圖1所示，本發(fā)明包括工控系統(tǒng)和可編程序邏輯控制器(plc)信號(hào)系統(tǒng)，工控系統(tǒng)包括工控機(jī)1、usb轉(zhuǎn)rs485模塊2、ocrobot微控制器3、模擬量輸出模塊4、光耦隔離器5。工控機(jī)1通過usb轉(zhuǎn)rs485模塊2與ocrobot微控制器3以及模擬量輸出模塊4構(gòu)建通信網(wǎng)絡(luò)，完成數(shù)據(jù)傳輸；ocrobot微控制器3輸出的信號(hào)需要經(jīng)過光耦隔離器5進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換后輸入可編程序邏輯控制器(plc)信號(hào)系統(tǒng)；可編程序邏輯控制器(plc)信號(hào)系統(tǒng)中包括可編程序邏輯控制器(plc)18、arduino微控制器19?？删幊绦蜻壿嬁刂破?plc)18接收來自工控系統(tǒng)產(chǎn)生的信號(hào)，通過與arduino微控制器19連接，完成數(shù)據(jù)傳輸處理?？删幊绦蜻壿嬁刂破?plc)信號(hào)系統(tǒng)輸出的控制信號(hào)也經(jīng)過光耦隔離器5后進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換，之后輸入ocrobot微控制器3；光耦隔離器5不僅進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換，也起到保護(hù)ocrobot微控制器3的作用。

如圖2所示，工控系統(tǒng)中工控機(jī)1通過usb轉(zhuǎn)rs485模塊2采用modbus通信的方式，將ocrobot微控制器3及模擬量輸出模塊4與工控機(jī)1組合構(gòu)成通信網(wǎng)絡(luò)，完成數(shù)據(jù)傳遞。

如圖3所示，工控系統(tǒng)中所有的數(shù)字量信號(hào)都由ocrobot微控制器3實(shí)現(xiàn)。其中輸出的信號(hào)有允許噴氣指示燈6、運(yùn)行指示燈7、報(bào)警指示燈8、蜂鳴器9、轉(zhuǎn)速信號(hào)10、凸輪軸信號(hào)11；輸入信號(hào)包括了模仿安防危險(xiǎn)情況的安防關(guān)斷按鈕12以及可編程序邏輯控制器(plc)信號(hào)系統(tǒng)輸出的lng占空比信號(hào)13。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)模型運(yùn)行的狀態(tài)會(huì)通過各項(xiàng)指示燈來顯示；安防關(guān)斷按鈕12用于模擬發(fā)動(dòng)機(jī)的危險(xiǎn)工況，以此測(cè)試可編程序邏輯控制器(plc)信號(hào)系統(tǒng)在危險(xiǎn)工控下做出的反應(yīng)；ocrobot微控制器3會(huì)對(duì)lng占空比信號(hào)13進(jìn)行計(jì)算，得出其噴射脈寬后通過modbus通信網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送回發(fā)動(dòng)機(jī)模型，以改變發(fā)動(dòng)機(jī)模型運(yùn)行工況。同時(shí)ocrobot微控制器3預(yù)留了其余接口，不同機(jī)型發(fā)動(dòng)機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)可直接在該構(gòu)架上進(jìn)行。

如圖4所示，本發(fā)明中所有的模擬量信號(hào)都由模擬量輸出模塊4實(shí)現(xiàn)。其中輸出的信號(hào)包括了油門齒條位置信號(hào)14、排氣溫度信號(hào)15、冷卻水溫信號(hào)16、燃?xì)鈮毫π盘?hào)17。同時(shí)模擬量輸出模塊4預(yù)留了其余接口，不同機(jī)型發(fā)動(dòng)機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)可直接在該構(gòu)架上進(jìn)行。

如圖5所示，工控系統(tǒng)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速信號(hào)10、凸輪軸信號(hào)11、油門齒條位置信號(hào)14、排氣溫度信號(hào)15、冷卻水溫信號(hào)16、燃?xì)鈮毫π盘?hào)17輸入可編程序邏輯控制器(plc)信號(hào)系統(tǒng)中的可編程序邏輯控制器(plc)18。可編程序邏輯控制器(plc)18與arduino微控制器19經(jīng)過數(shù)據(jù)交換完成數(shù)據(jù)計(jì)算處理后，由可編程序邏輯控制器(plc)18輸出lng占空比信號(hào)13。