摘 要

当今世界石油资源日益匮乏，环境污染日趋严峻。柴油机柴油机由于其良好的经济性和动力性，被广泛应用于汽车和船舶等设备。但是柴油机所产生的碳烟和氮氧化合物（NOx）排放十分的严重，对人体健康和自然环境造成巨大伤害。天然气以甲烷为主,具有高热值、良好的抗爆性和较高的着火温度等特点，是一种清洁能源，并且资源蕴藏丰富。压缩天然气(CNG)在发动机内与空气混合时同为气态，与柴油机相比混合更均匀，燃烧也更完整，因此，天然气发动机与柴油发动机相比可以显著减少有害物质的排放，特别是颗粒物排放，另外，它还可完全消除铅、苯和芳香烃等严重危害物。

双燃料发动机是指既可柴油又可使用天然气的发动机，可以在燃油和燃气两种模式下转换。把柴油机改造为双燃料发动机的目的是少改动原发动机，动力性能保持不变或稍有提高的基础上，大幅改善发动机的排放指标，提高其安全性、可靠性与环保性。现在所用的双燃料发动机的引燃油量主要是以传统机械式喷油泵控制为基础，无需对柴油机做重大改动，只需添加一套供气系统即可实现天然气/ 柴油双燃料运行。

能源危机和环境问题使得双燃料发动机的研究成为发动机技术的一个重要发展方向，熟悉发动机控制系统工作与通信方式是我们研究双燃料发动机的首要条件。随着船舶自动化的发展，研究和开发发动机参数传递和处理方法，并设计人机交互界面，对提高我国船舰柴油机的控制水平具有十分重要的意义。

本文以双燃料发动机为对象，采用LabView软件设计基于modbus通信的发动机人机交互系统，实现双燃料发动机状态参数显示，控制参数修改、故障报警和历史数据回放等功能。

关键字:双燃料发动机，LabVIEW，modbus通信

Abstract

Increasingly the world's oil resources are scarce and environmental pollution is becoming more and more serious.Diesel engine diesel engine because of its good economy and power, is widely used in automobiles and ships and other equipment.But the diesel engine generated by the soot and nitrogen oxides (NOx) emissions are more serious, the human health and the environment has a great harm.Natural gas to methane-based, with high calorific value, good anti-blast and high temperature ignition characteristics, is a clean energy, and rich in resources.Compressed natural gas (CNG) in the engine and air mixed with the same gaseous, compared with the diesel engine is more uniform, more complete combustion.Therefore, the natural gas engine and diesel engine can significantly reduce the emissions of harmful substances, especially particulate emissions, in addition, it can completely eliminate lead, benzene and aromatic hydrocarbons and other serious hazards.

A dual-fuel engine is an engine that can use both diesel and natural gas, and can switch between fuel and gas.The purpose of transforming the diesel engine into a dual-fuel engine is to reduce the engine's emissions, improve its safety, reliability and environmental protection on the basis of less changes in the original engine, power performance remains unchanged or slightly improved.Now the use of dual-fuel engine fuel is mainly based on the traditional mechanical fuel injection pump control, without the need for major changes to the diesel engine, just add a set of gas supply system can achieve CNG / diesel dual fuel operation.

Energy crisis and environmental problems make dual-fuel engine research has become an important development direction of engine technology, familiar with the engine control system work and communication is our study of dual fuel engine the first condition. With the development of ship automation, research and development of engine parameter transmission and processing methods, and the design of human-computer interaction interface, to improve the control level of China's diesel engine has a very important significance.

In this paper, the dual-fuel engine is designed, and the LabView software is used to design the engine man-machine interaction system based on modbus communication to realize the dual-fuel engine state parameter display, control parameter modification, fault alarm and historical data playback.

Key words: CNG/ diesel dual fuel engine,LabVIEW,Modbus protocol.

目 录

第1章 绪论 1

1.1 课题研究的背景和意义 1

1.1.1课题研究背景 1

1.1.2课题研究意义 2

1.1.3课题主要目标 3

1.1.4论文组织结构 3

第2章双燃料发动机参数采集与处理系统的基本原理 5

2.1Modbus通讯协议基本工作原理及Modbus帧地址的编译 5

2.1.1Modbus通讯协议基本工作原理 5

2.1.2Modbus帧地址的编译 7

2.2LabVIEW简介 8

第3章 人机交互界面的构建 10

3.1人机交互界面主界面的构建 10

3.2主机转速、瞬时转速的逻辑设计 11

3.3主机增压器转速、增压器温度的逻辑设计 12

3.4主机微喷引燃油温度、微喷引燃油压力的逻辑设计 13

3.5主机燃油和滑油的逻辑设计 14

3.6主机气缸排气温度的逻辑设计 15

3.7主机燃气模块的逻辑设计 16

第4章人机交互界面的软件设计 17

4.1人机交互界面越位控制的设计 17

4.2人机交互界面中子VI的创建 18

4.2.1人机交互界面中主机转速、瞬时转速监测与报警子VI的创建 18

4.2.2人机交互界面中增压器转速和温度监测与报警子VI的创建 20

4.2.3人机交互界面中微喷引燃油温度、压力监测与报警子VI的创建 21

4.2.4人机交互界面中燃油滑油参数监测与报警子VI的创建 22

4.2.5人机交互界面中气缸排气温度监测与报警子VI的创建 23

4.2.6人机交互界面中燃气参数监测与报警子VI的创建 23

4.3人机交互界面主界面的设计 25

参考文献 27

致谢 27

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.1.1课题研究背景

从1964年投入使用的第一艘LNG运输船舶到2005年由法国的大西洋船坞制造完成的4.97万吨级LNG运输船这四十年的时光里，世界很多的大船厂都研发了许多全冷式液化气的船舶。在这些船舶当中，而今运用越来越多的还是以天然气/柴油这种搭配作为发动机燃机方法。世界上有几家大型的船舶动力公司都致力于开发钻研双燃料发动机，比如说芬兰瓦锡兰公司，德国的MANBamp;W柴油机公司，M.VKlatawa号客渡船则是世界上最早的一艘双燃料推进的船舶，2005年的时候，法国大西洋造船厂制作了排水量为49700吨的的双燃料LNG船交付给法国天然气公司使用，这艘船同时也是当时世界最大的双燃料船。2007年6月韩国现代重工研发的LNG船用双燃料推动发动机能够以LNG存储舱中天然气为燃料，起动力系统可依据具体情景使用燃油或者天然气为燃料发点，为螺旋浆提供动力。

我国的CNG/柴油的双燃料船舶，已有了近四十年的发展历史而且具备广阔的发展前景，其发展的主要原因是天然气具有排放低和经济性较好的特点，天然气/柴油有双燃料船舶的发展很大程度上受到了LNG、GNG市场价钱和动力技术的影响。相比于与韩国挪威等这些造船技术先进的国家，我国的CNG/柴油双燃料船舶虽然发展较晚，但是发展很迅速。