基于CAN-bus的船舶柴油机排气温度检测仪的设计

0　引言

     船舶柴油机作为船舶的主动力装置,其安全可靠的运行对整个船舶的航行安全起到了至关重要的作用。排气温度作为柴油机运转管理中重要的检测参数,其值的高低直接反映了缸内热负荷的大小和燃油燃烧质量的好坏。通常,船舶柴油机排气温度最高值应低于550℃。排气温度过高极易损坏活塞、气缸套、气缸盖、增压器,从而导致柴油机可靠性与经济性的下降。因此,对船舶柴油机排气温度进行检测具有十分重要的意义。

    目前船舶上普遍使用的热电偶排气温度测量仪,由于热电偶的热电势与温度的非线性关系,使测得的排气温度并不准确而且不能进行远程监控管理。针对这种情况,本文设计的基于CAN-bus的船舶柴油机排气温度高精度监测系统有效解决了上述问题,具有测温精度高、可靠性好、抗干扰能力强的优点,具有一定的实际应用价值。

1　系统硬件架构

    本系统针对船舶柴油机排气温度的测量特点,将传统的热电偶技术、单片机控制技术和CAN现场总线技术结合起来,系统测温精确可靠、读数直观、并且具有远程监控报警功能。本系统由上位管理机模块,CAN适配卡模块,智能节点模块组成。智能节点模块包括信号采集单元、冷端补偿单元、信号线性处理单元、信号放大单元、CAN通信接口单元、主控芯片单元等。

    系统工作时,首先上位机将各温度测量点的温度设定值及报警温度设定值通过CAN总线发送给相应的温度智能节点,下位的温度智能节点将接收到的各设定值保存在EEP-ROM,这样在不更新设置的情况下,智能节点可以脱离上位计算机而独立工作。智能节点的启停等操作可以通过现场的操作面板进行控制,也可以在上位计算机上进行远程控制。系统结构框图如图1所示

1.1　冷端补偿单元

    由热电偶的测温原理可知:只有保证冷端温度恒定在0℃时,才能根据仪表的热电势的值查分度表,从而得到工作端的温度。但是在实际使用时,由于热电偶的测量端与冷端离得很近,冷端又暴露于空气中,容易受到环境温度的影响,因而冷端温度很难保持恒定,为此对于冷端变化引起的温度误差,必须采取补偿措施。

    本系统采用的是带冷端补偿的单片热电偶放大器AD595。该芯片是AD公司生产的一款适用于K型热电偶放大器,它将仪器放大器和热电偶冷接头补偿器全部集成在一块单片芯片上,产生一个10mV/℃的输出。芯片包含热电偶故障报警电路,如果有热电偶的一脚或双脚开路,则可输出报警信号。

    AD595温度补偿原理: AD595是利用硅集成电路对温度灵敏的特性来测量冷端电压的值。因此,热电偶的输出电压加上此补偿电压,就如同参考接合点的温度是在0℃,所以这种补偿又称冰点补偿( icepointcompensation)。因为热电偶的参考函数皆是以0℃作为基准温度,所以经冰点补偿的电压值才能直接使用参考函数。