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電控發動機在傳感器的作用下在線采集發動機的工況，通過采樣得到的實時工況信號被傳輸給相應的電控單元，電控單元根據接收到的發動機工況對其點火提前角進行在線調整。從系統優化的角度提供了適合點火的相應混合氣體，使得電控發動機的輸出狀況最佳。然而由于系統控制結構復雜，傳統的測量儀器無法對其性能進行良好的測試以及故障診斷。對此，本文設計了一套基于工業控制計算機的網絡測量與控制系統，用以測量發動機的點火時刻、轉速以及溫度等，同時將測量得到的數據發送給多個微機，使得微機能夠實時調用所需信息并對其進行數據分析、處理、顯示、診斷等操作。經驗證表明，本系統能夠充分發揮資源共享和信息系統整體功能的效益，為電控發動機的故障診斷、研究試驗和教學培訓提供了一種有效手段。

1測試原理

電控發動機網絡系統結構主要分為以下三個部分，它們分別是傳感器、電控單元(ECU)以及執行器。其中傳感器又可以分為以下幾種：轉速傳感器、節氣門開度傳感器、溫度傳感器、曲軸位置傳感器、空氣流量計等，其主要功能是為電控單元(ECU)實時提供發動機的工況。電控單元里涵蓋有系統控制所需的專用接口電路，同時針對不同工況下的系統運作的最佳點火提前角度及與之相對應的混合氣體濃度進行了歸納整合，當傳感器檢測到某個工況時，電控單元控制對應的點火提前角以及混合氣體濃度，由執行器對其進行調整。整個系統三個部分緊密結合，共同控制系統，當其中任何一個部分出現故障或命令發生錯誤則會導致整個系統無法正常運行，因此，要求測試儀能夠準確測試出不同傳感器所輸出的不同信號，并且準確模擬出電控發動機輸出的相應傳感器信號，用于測試ECU和執行器的性能。

2測試系統設計

2.1硬件設計

系統的硬件結構如圖1所示，主要包括工業控制計算機和信號測試單元兩個環節。整個系統以工控機為核心實現控制，為減少控制現場環境干擾同時保證系統可靠性，工控機選用ISA總線結構，過程中用到的板卡包括以下3個：(1)數據采集控制板卡PCL-818L，該板卡具有如下工作特性：模擬輸入通道分為8路差分信號輸入通道或者16路單端輸入通道，輸入信號又分為單極性或者雙極性，數字輸入通道與數字輸出通道均分為16路，另外包括3個向下計數器，2個12位單片乘法模擬輸出通道；(2)16通道繼電器輸出端子板卡PCLD-785，該板卡和PCLDAS的20芯接口相配合，適合用于數字輸出；(3)16路光隔離D/I端子板卡PCLD-782，該板卡和PCLDAS卡20芯接口相配合，適合用于數字輸入。上述三個個板卡均提供WindowsDLL驅動程序，其中涉及到了復雜的I/O訪問，中斷處理以及DMA處理等，利用VB編程軟件可以對這些驅動程序進行編程仿真，實現數據的采集。測試的信號被分為數字信號和模擬信號兩類，其中數字信號又涉及到曲軸轉角、怠速開關以及噴油驅動等，PCLD-782B通道光電隔離板對系統測試到的輸入數字信號進行處理，并將其傳遞給工業控制計算機，系統選用的PCID-782B為24/16通道數字輸入子板，該子板全部輸入通道均具有高于1500VDC的光電隔。而模擬信號則涉及到空氣流量、電瓶電壓、節氣門開度等，此處系統選取的板卡為PCL-818HD數據采集卡，對測試到的模擬信號進行A/D轉換，轉換后的數字信號被輸入給工業控制計算機。

2.2軟件設計

系統的軟件仿真部分采取的是VisualBasic語言，VB語言相比于其他環境具有操作便捷、簡潔易懂、功能齊全等優點，適合本課題的開發使用。根據軟件可實現的功能將系統大致分成以下四個模塊，它們分別是：系統初始化模塊、系統信號在線實時采集與顯示模塊、系統信號數據記錄以及數據報表模塊、系統終端幫助模塊[9]。整個系統的實現流程圖如圖2所示。

2.2.1初始化模塊系統初始化模塊主要用于設置系統軟件參數初始值以及完成不同功能的板卡軟件設計，在本系統中板卡功能主要涉及到A/D轉換、定時/計數器測試頻率、測量波形脈寬等。課題采用了ISA總線結構對數據進行采集以及控制等處理，驅動程序由生產廠商為用戶提供，此類DLL可以實現較為復雜的I/O訪問、DMA處理等。除了軟件參數的設置，系統還需要對各個硬件進行初始化，通過訪問主界面中的工具/初始化欄可以調用“初始化參數模塊”來實現。

2.2.2實時信號采集與顯示模塊系統信號在線實時采集與顯示模塊主要用于完成系統實現過程中的點火、轉角、噴油、節氣門開度、轉速等環節信號的采集、檢測以及波形顯示[10]。點火以及噴油等脈寬測試中，設置軟件板卡內部某一條通道為內部時鐘狀態，當待測信號達到門控端口時，信號低電平，則計數器停止計數，反之，當信號為高電平，則計數器開始計數，由于計數發生在內部時鐘信號發出的瞬間，因此，計數的結果即為內部時鐘發出的個數，而待測信號的脈寬則可以通過換算得到。轉速測試中，采用的是與分電器轉軸相連接的光電脈沖式傳感器，當分電器旋轉一周，相應的脈沖傳感器輸出一個脈沖，為使得計數器在方式0下計數，設置定時/計數器的中斷時間間隔為1s，門控端始終處于高電平狀態，當被測信號達到CLK端口，經過1s的中斷時間后信號被鎖存，待測的轉速可以通過換算而得到。經測試后的信號波形以及相關測試得出的數據均可由VB中的繪圖功能繪制并顯示在界面中。在對本系統進行信號采集、分析、處理之后，對顯示界面上的信號波形以及數據進行分析，總結出與之對應的信號曲線如圖3(a)所示，圖3(b)為FLUKE美國專用汽車信號檢測儀檢測出的系統點火信號波形圖，從圖中可以看出，兩信號曲線走向基本相同。

2.2.3數據記錄和數據報表模塊數據記錄以及報表模塊主要用來建立并維護系統數據庫，根據需要實時地查閱調用相關數據信息。VB中提供了16種數據通道在線采集，每個數據所用的采集時間可精確到秒，利用報表設計器可以建成對應數據的報表文件。

2.3系統抗干擾設計

由于電控發動機所處的工作條件相當惡劣，不可避免的會出現很多干擾因素，對此，需要著力解決系統抗干擾問題，在本課題中，主要采取了如下兩種抗干擾措施，分別是硬件抗干擾、軟件抗干擾。

2.3.1硬件抗干擾(1)測量電路選用的是具有預處理功能的8254頻率測量電路，有效抑制了轉速測量時的噪音干擾。(2)測量所用計算機選用的是具有強抗擾能力的PC工業控制計算機。(3)測量過程中為防止干擾進入系統，選用的技術為光電隔離，有效地防止了干擾源從通道進入系統。

2.3.2軟件抗干擾(1)采取數字濾波的方式濾除測試過程中的干擾信號，減小系統測試誤差，提高精度。(2)在測試進行中，實現系統實時跟蹤措施，有效地避免了一些突發事件，如電源突變導致程序無法正常運行的情況。(3)在系統程序控制過程中采取軟件冗余手段。

3網絡系統設計

電控發動機網絡系統結構如圖4所示，主要由數據采集、數據處理、數據傳送、數據接收查詢、數據顯示等五大模塊組成。其功能是采集電控發動機運行過程中的各種數據，進而通過網絡傳送給多臺計算機，以直觀圖或對比的形式顯示出來，達到資源共享，為系統的分析、故障診斷提供參考。系統采用客戶端／服務器(C/S)的設計思想，即數據采集與處理在一臺性能較好的服務器上進行，數據查詢顯示在成本較低的多客戶端上進行。這樣可以節約系統運行的成本，有效地提高網絡系統的性能。

3.1服務器端程序設計服務器端程序的設計主要包括數據采集(OnComm函數)、數據處理(AssembleData()函數)和數據發送(Send-Data()函數)三個模塊程序的設計。數據采集采用的是VB語言中的MSCOMM控件，在串口的作用下把下位機中的數據實時傳遞給上位機。數據處理模塊(AssembleData())將數據按要求組裝成實際的實時數據，并通過數據庫訪問組件(ADO)按一定的格式寫入數據庫;同時，處理好的實時數據通過數據發送模塊(SendData())在網絡上以廣播的形式發送。數據發送模塊采用的則是Winsock控件中的UDP協議，Winsock控件為TCP和UDP的訪問創造了良好的條件和便捷的途徑，在對其屬性進行設置調整并調用方法之后，可以與另外一個計算機相連，實現遠程數據雙向傳輸。UDP協議是一種無連接協議，采用UDP協議可以確保服務器能夠穩定運行，不至于因為客戶端的故障而被迫停止運行。服務器端每次接收實時數據后，調用組裝數據函數AssembleData()將各個實時數據組裝成一個字符串，通過數據發送函數SendData()將數據發送出去。

3.2客戶機程序設計客戶機程序設計主要內容是針對數據的接收與顯示。數據的接收依然是采用Winsock控件UDP協議，在Winsock控件中調用其中的GetData()函數則可以得到服務器發出的數據字符串。在此基礎上，程序根據工作人員選擇需要查看的參數，按照規范的數據包格式自動出示對應的數據顯示在電腦屏幕上。啟用歷史數據查詢程序的客戶機則是通過遠程數據訪問組件ADO直接從服務器的開放數據庫中取得歷史數據，并且顯示在屏幕終端。

4結論

設計的基于工業控制計算機的網絡測量與控制系統，可實現對發動機各種參數，如點火時刻、轉速、溫度等的測試，并且可通過網絡系統發送到多臺計算機上，每個微機能夠實時調取接收到的各種數據信息，對其進行檢測、分析、處理、故障診斷等，最終達到資源共享。系統采用的服務器客戶端結構，能夠實現數據的遠程查看，從而進行異地故障排查。最終測試證明本系統可以大幅度提高系統的抗干擾能力及其可靠性。戶需求，優化了系統設計，有利于司機掌握更多的列車狀態、操控車輛，有助于檢修人員更好地維護車輛、排查故障，保障運營秩序。通過與其他網絡形式對比分析，該網絡結構合理，符合使用需求。

作者：吳濤 范育奇 周晨 陳金威 單位：江蘇省吳中中等專業學校 南京師范大學 電氣與自動化工程學院