采用AT89C52 6PSD30-1型電子控制噴油泵試驗臺技術(shù)改造和設(shè)計
根據(jù)生產(chǎn)設(shè)計需要,采用AT89C52單片機對6PSD30-1型電子控制噴油泵試驗臺進行了技術(shù)改造,實現(xiàn)了主軸轉(zhuǎn)速預(yù)置、測速和調(diào)速等多種功能,完成了燃油噴射系統(tǒng)噴油次數(shù)的預(yù)置、計數(shù)與計滿后自動停止以及各種相關(guān)參數(shù)的顯示,從而將傳統(tǒng)的噴油泵試驗臺改造成為計算機控制的智能型噴油泵試驗臺,提高了試驗臺的可靠性,減小了維護和修理的工作量。
燃油噴射系統(tǒng)是柴油機的重要組成部分,其性能的好壞直接決定著柴油機的動力性、經(jīng)濟性和排放性。噴油泵是該系統(tǒng)中最重要的部件,噴油泵試驗臺是調(diào)整和測試噴油泵的主要設(shè)備。6PSD30-1型電子控制噴油泵試驗臺是20世紀70年代的產(chǎn)品,其電氣控制部分電路采用大量分立元件構(gòu)成,測試靈敏度低,設(shè)定調(diào)整不方便,故障率高,而且電路元件大多老化、損壞,現(xiàn)處于閑置狀態(tài)。本文采用計算機控制技術(shù),對其進行了技術(shù)改造。
1 智能型噴油泵試驗臺的技術(shù)改造方案
現(xiàn)有的6PSD30-1型電子控制噴油泵試驗臺,屬于D系列電子控制無級調(diào)速型試驗臺,即可控硅轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速試驗臺。主電機功率為3 kW,主軸轉(zhuǎn)速范圍為120~1 200 r/min,量油計數(shù)基數(shù)次數(shù)100次,計數(shù)次數(shù)選擇范圍為100~500次;其動力部分和控制部分的電路采用分立元件,無試驗油溫監(jiān)測和控制系統(tǒng),量油部分采用傳統(tǒng)的玻璃量筒目測,測試不方便且精度低。
目前,國外噴油泵試驗臺開始采用微機量油及數(shù)顯系統(tǒng)。為此,按國際標準改進傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以提高測試精度,達到以下要求:數(shù)字顯示壓力、溫度、轉(zhuǎn)速與計數(shù)(過去噴油泵試驗臺采用的機械式轉(zhuǎn)速表、彈簧壓力表和壓力式指示溫度計,很難達到國際標準要求);燃油恒溫控制在40℃;自動控制倒油時間;數(shù)顯油量與屏幕顯示油量。
本方案以AT89C52單片機為整個控制系統(tǒng)的核心,采用模塊化的設(shè)計方法對噴油泵實驗臺的噴油計數(shù)、主軸轉(zhuǎn)數(shù)、油量顯示及與上位機的通信進行控制,系統(tǒng)設(shè)計的結(jié)構(gòu)總框圖如圖1所示。
2 噴油泵試驗臺的硬件系統(tǒng)設(shè)計
噴油泵試驗臺的硬件系統(tǒng)設(shè)計分為噴油計數(shù)模塊、主軸轉(zhuǎn)速模塊和油量計數(shù)模塊三大模塊設(shè)計,其中主軸轉(zhuǎn)速模塊又分為測速模塊和調(diào)速模塊。
系統(tǒng)硬件原理框圖如圖2所示。
考慮到對原有試驗臺進行技術(shù)改造,盡量采用較少的器件。系統(tǒng)硬件在AT89C52單片機最小化應(yīng)用系統(tǒng)基礎(chǔ)上外接設(shè)備:A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、8155并行I/O芯片以及傳感檢測器、功率驅(qū)動電氣接口、執(zhí)行機構(gòu)等構(gòu)成一個控制系統(tǒng)。
從上位PC機鍵盤輸入預(yù)置的噴油次數(shù),通過上位機與單片機的通信傳到單片機的數(shù)據(jù)存儲器。按下集油按鈕后,繼電器吸合,通斷油機構(gòu)中與擋油板相連的電磁鐵通電,擋油板拉出,實驗油開始流入量筒,試驗臺處于量油狀態(tài)。主軸轉(zhuǎn)一圈,噴油泵噴一次油,AT89C52的T0利用計數(shù)傳感器輸出的脈沖進行計數(shù)。當噴油次數(shù)與預(yù)置值相等時繼電器釋放,使電磁鐵斷電,將擋油板推回,阻止噴油進入量筒,試驗臺處于斷油狀態(tài)。此時,量筒中的油量即是給定噴油次數(shù)的噴油總量。在量油的實時過程中,噴油次數(shù)從零開始顯示,一直顯示到預(yù)置的噴油次數(shù)。
速度給定由PC機鍵盤設(shè)定,AT89C52的T1計數(shù)和8155定時結(jié)合對從測速傳感器來的脈沖進行計數(shù)、運算,測出實際轉(zhuǎn)速。預(yù)置轉(zhuǎn)速與實際轉(zhuǎn)速之差經(jīng)PID算法調(diào)節(jié)后輸出給D/A轉(zhuǎn)換器,然后通過觸發(fā)驅(qū)動電路去改變可控硅的導(dǎo)通角,從而調(diào)節(jié)試驗臺電動機的勵磁線圈電流,達到控制主軸轉(zhuǎn)速的目的。PC機實時顯示試驗臺電動機的轉(zhuǎn)速。
3 噴油泵試驗臺系統(tǒng)的軟件設(shè)計
軟件設(shè)計采用Visural BasIC6.0和MCS-51匯編語言進行編程。本系統(tǒng)軟件模塊主要包括上位PC機模塊、下位AT89C52單片機模塊和通信模塊。上位PC機模塊主要是完成與操作人員的交互功能,包括參數(shù)設(shè)定、數(shù)據(jù)顯示、打印、存儲及監(jiān)測;其中AT89C52單片機模塊作為數(shù)據(jù)采集及控制模塊,它包括系統(tǒng)初始化、噴油計數(shù)、測速、調(diào)速、采樣、輸入信號的處理、分析、并最后給出控制系統(tǒng)的輸出量。
上位PC機模塊的功能是完成系統(tǒng)與操作人員的交互,操作人員可進行參數(shù)設(shè)定、動態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測顯示、查詢標準調(diào)試數(shù)據(jù)、打印數(shù)據(jù)報表等。系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)據(jù)顯示設(shè)計方案如圖3所示。
下位AT89C52單片機的主程序主要完成系統(tǒng)的初始化、與上位機握手、接收預(yù)置參數(shù)、調(diào)用主軸轉(zhuǎn)速程序、調(diào)用噴油計數(shù)程序、調(diào)用數(shù)據(jù)采集發(fā)送程序。
圖4為噴油泵試驗臺在不同轉(zhuǎn)速、不同壓力下的噴油量。
4 結(jié)論
本文所設(shè)計的系統(tǒng)已經(jīng)成功地應(yīng)用在北京型內(nèi)燃機車和東風(fēng)型內(nèi)燃型機車柴油機噴油泵的測試平臺上。
研究表明,本文提出的噴油泵試驗臺可以自動地控制噴油計數(shù)、主軸轉(zhuǎn)速、試驗油溫和油壓,實現(xiàn)了量油時壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、計數(shù)和噴油量的數(shù)字顯示與屏幕顯示,使用維修方便,提高了檢測的精度和自動化程度。