内燃机车柴油数据记录仪

0　引言

    铁路上内燃机车柴油机的柴油实时消耗情况是柴油机运行质量的重要标志之一,对机车的保养和维护意义重大,机车的柴油消耗也是铁路运输的重要成本项目,因此对柴油消耗进行科学管理十分必要,这必须建立在准确测量的基础上。为此开发了柴油数据记录仪,实时采集并记录柴油机的油耗情况。

1　系统结构

柴油数据记录仪的整体组成如图1所示。主要由2个液体流量传感器、2个温度传感器、3个微处理器、1个非易失存储器、列车行车仪接口、操作键盘、显示屏、IC卡接口和电源组成。

2　记录仪的工作原理

    从油箱来的柴油经过进油管到柴油机,一部分没有被使用的柴油经过回油管重新返回油箱,在进、回油管上测量经过的柴油实时流量和温度值,修正为柴油的标准状态体积后[1-2],送到数据处理单元,数据处理单元对这2个实时流量做减法,得到柴油机的实时油耗,实时油耗做累计计算,并从列车行车仪接口获得其他相关信息(车号、里程、驾驶员编号等),即得到所需数据。这些数据通过铁路专用IC卡接口,转存到IC卡中,可用专业软件对数据进行分析,评价机车运行状况。

3　记录仪的硬件设计

    油管和列车的操作控制台间有约20~40 m的距离,因为列车上的电磁干扰很强,测量单元和数据处理单元之间没有采用通常的模拟方式(电压或者电流环)来传输信号,而是采用分布处理的方法,在2个测量单元和数据处理单元中分别放置微处理器构成分布式系统,测量单元和数据处理单元之间的信号传输采用数字方式,通常采用RS-485通信,在强干扰下,可选用光纤通信,光传输可以完全避免信号传输中的电干扰。进、出油管流量和温度测量单元完全相同,测量单元的信号处理和微处理器等全部电路,都放置在柴油管上的仪表盒中,和流量传感器、温度传感器尽量靠近,并做整体屏蔽,以提高测量单元的抗干扰能力[3]。数据处理单元和人机接口,位于列车的操作控制台附近,便于观察和操作,对外接口有显示屏、密封式键盘和IC卡插槽,显示屏和键盘都采用较大尺寸, IC卡插槽处注意防尘处理。

3·1　液体流量和温度测量单元设计

    该单元由液体流量传感器、温度传感器、微处理器系统(包括CPU、RAM、ROM、WDT)、信号传输接口、显示屏、小键盘、电源等构成[4]。硬件原理图如图2所示。

    流量测量没有使用常用的涡轮流量传感器,而是采用了寿命长、维护简单的半导体差压式流量传感器,它将流经油管中的柴油流量转换成和流量对应的10 mV级电压信号,经过滤波和放大(即模拟信号处理)后送到TSSOP封装的AD7730小尺寸A/D转换器,转化成微处理器可以识别的数字信号。

温度传感器采用MAXIM的DS1825器件,测量范围较宽,输出的温度值直接是数字信号,可以直接送到CPU中。微处理器使用ST的工业级器件,体积小,片内包括RAM和ROM /FLASH以减小PCB面积;增加1片监督定时器(看门狗WDT)以防止程序意外出错后死机;微处理器部分还包括1个用来保存修正系数等参数的只读存储器,此存储器的内容只能在标定时用专用设备写入,以保证不会被误写。

通信接口包括1个经过光电隔离的RS-485通信口和1个光纤通信接口,用户可以选择使用其中的一个,当2个都连接时,内部电路优选使用光纤接口信号。为方便安装、调试和检测,设计了1个6个按键的小键盘和6位数码管显示屏,用来显示该单元的工作状态或者设置/调整参数,用户可选择是否安装。