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基于TP/P办议的燃料电池系统测控网络研究

发布日期:2017-11-16 来源: 本网 查看次数: 136 作者:admin

核心提示:  赵景辉胡哲马丽(上海汽车集团有限公司技术中心,上海201804)李前防(同济大学电子信息与工程学院,上海201804)电池实时测控网络系统。该测控系统针对燃料电池系统须具备氢安全特殊要求,采用了分

  赵景辉胡哲马丽(上海汽车集团有限公司技术中心,上海201804)李前防(同济大学电子信息与工程学院,上海201804)电池实时测控网络系统。该测控系统针对燃料电池系统须具备氢安全特殊要求,采用了分布式的测控网络,满足了燃料电池系统测试氢安全的要求。同时具备实时数据采集和网页发布、监控的两大优点。该测试平台在保证测试数据实时准确的同时消除了燃料电池系统开发阶段,试验本体对操作人员的安全隐患。同时,实现了网络在线的燃料电池测控方案1简介1.1燃料电池所有燃料电池的基本工作原理都是相同的:将氢的化学能转化为电能。人们已经研究出数种不同类型的燃料电池技术。除了PEMPAFC和S0FC之外,还有碱性燃料电池(AFQ和熔融碳酸盐(MC)燃料电池。PEM燃料电池因其相对较低的工作温度和较高的效率而广泛用于汽车工业中。一个单电池只能产生不超过1V的电压,故大多数应用都需要多个电池。由多个串联而成的燃料电池电堆可以实现更高功率的输出。有些燃料电池电堆包含数千个单体电池,能够产生车辆、商业及工业动力应用所需的高电压和大电流。

  LabVEW是一种程序开发环境,由美国国家仪器(NI讼司研制开发,类似于C和BASC的开发环境,但是LbVEW与其他计算机语言的显著区别是:其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码,而LabVEW使用的是图形化编辑语言G编写程序,产生的程序是框图的形式。

  程系统,有一个完成任何编程任务的庞大函数库。LbVEW的函数库包括数据采集、GPB串口控制、数据分析、数据显示及数据存储等。LabVEW也有传统的程序调试工具,如设置断点、以动画方式显示数据及其子程序(子VI的结果、单步执行等,便于程序的调试。

  图形化的程序语言,又称为“G”吾言。使用这种语言编程时,基本上不写程序代码,取而代之的是流程图或框图。它尽可能利用了技术人员、科学家、工程师所熟悉的术语、图标和概念,因此,LbVIW是一个面向最终用户的工具。

  1.3LabVEV与燃料电池测试系统燃料电池测试系统需要很多数据采集传感器和控制器来处理温度、湿度、大气压力、氧气和其他参数。

  正常运行时间、可靠性和安全性是验证、生存周期及生产测试系统中所用燃料电池试验台至关重要的因素。在这些至关重要的应用中,LabVEWRea-Tin等实时解决方案是一个具有鲁棒性的系统。该系统出色的可靠性海年的停机时间不超过1S能够满足整个测试系统安全可靠性的要求。

  VXIRS232和RS485协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能。它还内置了便于应用TP/PAcieX等软件标准的库函数。其强大的通讯功能足够保障燃料电池测试系统的数据通讯。LbVIW的易用性、灵活性、代码可重用性以及从试验台测量值转换为实时控制等特点使之成为燃料电池应用在其产品生产周期每个阶段的理想开发环境。

  2燃料电池发动机集成测试平台本文车用燃料电池发动机集成测试平台完全按照车用环境设计,能够测试车用燃料电车相关各种零部件的性能。该平台由空气路、氢气路、水路和电堆等4个子系统组成,各个系统均有其独立的控制系统。该平台控制信号有模拟量控制和数字量控制。数字量控制通讯方法有CN总线通讯、RS32通讯。执行器有外界直流电24 V供电。该测试平台有以下部分组成:电堆。电堆是整个测试平台的核心,所有的附属系统均为电堆服务。电堆需要通过空压机提供氧气,需要供氢系统提供氢气,冷却水控制温度。

  氧气供应系统。氧气供应系统负责给电堆提供氧气,氧气供应系统中包括鼓风机、增湿器、加热器、控制空气路开关的阀门以及管路等设备;需要采集的量有鼓风机出口的压强、增湿器出口的空气湿度和加热器出口的空气温度,需要控制的量有鼓风机转速、增湿器的转速和加热器的开关。

  (4)水冷系统。水冷系统包括冷却水箱、水泵、冷却风扇、加热器和管路等设备。需要监控的数据是冷却水进入电堆的水温以及冷却水电堆出口处的水温,需要控制的设备有水泵的开启、关闭、转速大小。

  3燃料电池发动机集成测试平台系统网络车用燃料电池发动机集成测试平台外围附带了相应的辅助设置,主要有直流电源供电系统、电子负载系统和数采系统(包括RelTn实时操作系统工控机)。整个系统的网络是由以太网构成,通过路由器将分散的工控机连接起来,把所有的控制信号都转化为网络信号,提高了整个系统的抗干扰能力,也提高了控制精度。网络连接所示。

  电子负载系统网络连接图直流电源供电系统:该系统采用多通道直流电源,为测试平台提供不同功率不同电压的直流电。直流电源通断的控制是通过工控机操纵P1C实现的,P1C和工控机之间的通讯协议为RS85同时该工控机又通过网络连接到主控制电脑上,使用TP/P协议。

  数采系统:该数采系统需要采集电堆的电压电流和功率信号,采集氧气供应系统、氢气供应系统和水冷系统中的压力、流量、温度等信号。这些信号的通讯方式和信号特点各不相同。其中有的信号以CAN通讯传递,有的信号以R232 RS5传递;信号的类型有0~5V电压信号,1~5V电压信号,以及4~20 mA的电流信号。整个集成测试平台的信号采集有N采集板卡和其Real Tie工控机通讯接口完成。RalTime工控机对外提供网络通讯标准接口。实时操作系统(RalTme工控机)主要处理整个台架上各个系统传感器、控制器的信号采集和发送。采集和发送的信号有的直接通过CA总线或者RS:32RS84通讯线传递,也有经过信号调理变换电路传送的。该实时系统上的软件是从主工控机远程加载上的。

  电子负载系统:该电子负载功能在于消耗电堆运行时释出来的电能。该电子负载系统是可编程大功率电子负载,具有恒压、恒流、恒功率拉载的功能,还具有动态变化拉载功能。其通讯方式为GPB通讯和RS485通讯。通过工控机也可对外提供标准网络接口。

  4网络通讯软件技术N公司推出的LbVIW系列软件不仅仅在可视化编程方面独领风骚,在网络通讯方面也功能强大。LabVIW提供了诸如远程桌面、V舰务器以及TP等方式实现网络通讯。在该系统中,主要采用TCP通讯方式进行控制。

  LbVlEW沿用其惯用的图形化界面风格,将TP通讯中用的到函数封装在模块中,其用法就和别的LabVIW函数没有太大的区别了。

  TCP模块中所提供的可视化调用函数虽然已经很方便了,但是这种通讯方式仍然需要处理通讯内容,而这些处理通讯内容的工作比较基层,对于非专业的编程人员仍然是一个较为艰巨的任务。正基于此,abVEW提供了Daasocke模块提供了一种更为方便的应用务管理器中建立要传输的变量名称和变量名,并开启服务端;此时,所建立的各个变量对于整个网络是可见的。利用数据绑定的方法将该变量绑定在需要网络传输的变量上即可。

  本文利用各个网络节点(电子负载、直流电源、燃料电池发动机平台、主控制机)的分布特点,通过路由器连接各节点组成局域网,通过LabVEW编程,在主控制机以外的控制节点上启用主控制机上绑定各个变量进而进行远程控制。

  5结语基于LabVEW软件平台的燃料电池发动机集成测试平台,不仅实现了信号采集的统一处理,也实现了整个控制系统的分布式网络控制。在实验室环境比较恶劣、各个传感器精度有限的情况下,通过使用网络控制,降低了信号传输过程中外界干扰,给整个系统的正常运行起到重要的保障。采用网络控制,各个控制节点的运行相对独立,信号传输更安全,也更容易排除故障,整个实验平台也更具有可扩展性。在该网络中应用LabVIW软件Dataocke膜块,更容易实现网络化控制,使得整个集成测试平台控制策略的实现更简单、安全。

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