使用CompactRIO开发嵌入式高精度涡轮增压器性能检测系统

产品:
LabVIEW, FPGA模块, 实时模块, NI 9476, NI 9423, NI 9265, NI 9217, NI 9203, NI 9211, NI 9425

挑战:
在安装前快速准确地检测车辆船只引擎涡轮增压器的性能。

解决方案:
与之前的解决方案相比，使用NI CompactRIO开发嵌入式涡轮增压器检测系统，提供更高的精度、准确性和稳定性。

船只的引擎功能很大程度上依赖于引擎涡轮增压器的输出性能。因此，在安装船只引擎之前进行涡轮增压器高级性能检测是十分重要的质量控制步骤，因为它可以在制造过程早期发现问题，并加以解决。理想的涡轮增压器系统必须具有快速响应时间、高精度和准确的数据检测能力，这包括功能验证和分析功能。

我们用基于CompactRIO的嵌入式系统替换了现有的可编程逻辑控制器（PLC）检测系统，从而提高了控制的精度级别。与之前的PLC解决方案相比，新系统具有多个优势，包括精确的阀门控制和更精确的温度、压力和转速测量。由于CompactRIO具有更高的性能和稳定性，新系统能够精确快速地完成例如涡轮增压器预备性能检测和精确信息分析等功能，从而可以确保产品的稳定性。

在开发时间和资源分配方面，需要一个人进行硬件设计两个月，一个人进行软件开发三个月以及一个人进行调试和检测一个月。

基于CompactRIO的全新检测系统可以测量用于船只引擎驱动的涡轮增压器的性能，。天然气、空气和汽油的输入量需要根据安装的阀门进行调节。根据调节后的量，涡轮增压器、涡轮映射和压缩机映射的效率必须使用关于涡轮增压器的压力、温度和速度值进行测量。

图1：系统组成方块图

检测系统需要每个测量单元具有高分辨率，因为它必须测量性能参数，而现有的PLC系统由于每个单元数据范围有限，因此无法达到所需的精度等级。CompactRIO的高分辨率提供了对于采集精确数据测量涡轮增压器性能而言十分重要的精度。

系统组成
系统由多个组件组成，完成涡轮增压器I/O部分的测量，包括温度、压力和转速测量单元，以太网通信，数据采集，单元自动控制，外部接口，CompactRIO以及用户接口。

系统由多个组件组成，完成涡轮增压器I/O部分的测量，包括温度、压力和转速测量单元，以太网通信，数据采集，单元自动控制，外部接口，CompactRIO以及用户接口。

我们在检测涡轮增压器性能时，可以通过用户界面修改温度和气压。CompactRIO测量的数据可以集成并显示在用户界面中，测试员也可以控制整个系统。

图2：PC部分和CompactRIO部分之间的链路

CompactRIO模块
涡轮增压器性能中最重要的变量包含温度、压力和转速。系统组件包含多个NI C系列模块，包括NI 9217 RTD模拟输入模块测量电阻温度传感器（RTD）温度、NI 9211热电偶输入模块测量热电偶温度、NI 9203数据采集模块测量压力和电流、NI 9423漏极数字输入模块测量转速。此外，还采用了NI 9265同步更新模拟输出模块作为系统和模拟输出值的外部接口，NI 9425漏极数字输入模块和NI 9476源数字输出模块用于数字I/O值。检测系统由系统操作员通过用户界面进行控制。监视外部系统使得用户可以控制和管理整个系统。

结论
涡轮增压器是车辆引擎的重要部分，其性能直接影响整个引擎的性能。对涡轮增压器性能进行适当的测试是确保最终产品质量的关键步骤。以前的PLC系统无法提供所需的精度。使用基于CompactRIO的全新检测系统替换PLC系统节省了空间，并且提供了更高的精度、更高的分辨率和更好的性能。此外，由于系统开发员熟悉CompactRIO的开发方法，可以在短时间内让系统开始运行，这样节省了时间和开发资源。