世界各地的大學(xué)生和研究人員都已經(jīng)厭倦了仿真和模擬的機(jī)器設(shè)備，那樣似乎每個(gè)人都有一臺(tái)虛擬的機(jī)器。相反，學(xué)生們希望能夠在真正的機(jī)器上工作。因此位于科羅拉多州Fort Collins的科羅拉多大學(xué)的發(fā)動(dòng)機(jī)和能源轉(zhuǎn)換試驗(yàn)室建立了一個(gè)真正的發(fā)動(dòng)機(jī)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室，并且通過因特網(wǎng)使世界各地的人都能夠使用。

Opto 22公司提供了在線數(shù)據(jù)采集設(shè)備以及全球發(fā)動(dòng)機(jī)工程的發(fā)動(dòng)機(jī)控制，Opto 22經(jīng)受住了大量殘酷的考驗(yàn)：三年來無論研究生和本科生怎樣使用，設(shè)備從未發(fā)生過故障。

在線雙沖量發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用


在美國(guó)，由于所需要的專門設(shè)備的高額成本，擁有發(fā)動(dòng)機(jī)開發(fā)項(xiàng)目和研究實(shí)驗(yàn)室的大學(xué)在逐漸地減少。同時(shí)，對(duì)經(jīng)過發(fā)動(dòng)機(jī)檢測(cè)和開發(fā)培訓(xùn)的人員的要求卻在快速地增長(zhǎng)。這種需求的增長(zhǎng)是由于交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，當(dāng)然也是由于對(duì)分布式能源生產(chǎn)的新的關(guān)注。

建立在老的Fort Collins能源設(shè)備的基礎(chǔ)上，EECL是世界上最尖端的大學(xué)發(fā)動(dòng)機(jī)開發(fā)實(shí)驗(yàn)室之一。也許是由于著名的Methanol馬拉松競(jìng)賽，美國(guó)能源部在資助一場(chǎng)競(jìng)賽，各大學(xué)之間比賽究竟誰能夠制造以甲醇為原料的最好的交通工具。天然氣為能源的交通工具的制造比賽也同樣舉行，這造成了每年各方之間“激烈的交火”。

不參加比賽的時(shí)候，實(shí)驗(yàn)室就致力于關(guān)于應(yīng)用于天然氣工業(yè)的發(fā)動(dòng)機(jī)、混合式大孔徑的發(fā)動(dòng)機(jī)及雙沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的一些基礎(chǔ)和高級(jí)的研究。高壓燃料氣注射、空氣污染形成、參量發(fā)射監(jiān)控、內(nèi)燃機(jī)內(nèi)部的混合過程、濕度對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響以及一些別的工程項(xiàng)目的都是研究的對(duì)象。EECL做所有的這些工作不僅因?yàn)樗鞘澜缟献詈玫膶?shí)驗(yàn)室之一，也因?yàn)樗莾H有的幾個(gè)能進(jìn)行這些研究的地方。

科羅拉多大學(xué)機(jī)械工程的副教授和EECL的主任Bryan Willson博士說，他們建立全球發(fā)動(dòng)機(jī)項(xiàng)目是為了滿足日益增長(zhǎng)的富有經(jīng)驗(yàn)的研究人員的需求。Willson說：“我們決定建立一個(gè)能夠被全美國(guó)和全世界的學(xué)生使用的發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)裝置。”

由于建造和維護(hù)這些研究設(shè)備的高額費(fèi)用，全球發(fā)動(dòng)機(jī)項(xiàng)目由美國(guó)科學(xué)基金會(huì)資助。實(shí)驗(yàn)室允許從研究生到博士生的各個(gè)層次的人都能夠撥號(hào)上網(wǎng)連接設(shè)備，開動(dòng)700-cc Briggs&Stratton Daihatsu雙沖量發(fā)動(dòng)機(jī)，運(yùn)行發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試并立即從因特網(wǎng)上下載測(cè)試數(shù)據(jù)。



利用Opto 22監(jiān)控硬件能夠使學(xué)生在線改變負(fù)載、速度、點(diǎn)燃時(shí)間和空氣－燃料比，然后監(jiān)控燃料消耗、能源和力矩輸出、消耗的化學(xué)能源、所做的功以及燃燒效率。學(xué)生們也根據(jù)熱平衡驗(yàn)證熱量都去了哪里。傳感器檢測(cè)熱消耗、熱夾套和水溫。

研究生的設(shè)備耐受檢驗(yàn)
“所有的大學(xué)都有因特網(wǎng)能力，但實(shí)際上只有一部分將因特網(wǎng)用于教育，”Willson解釋說，“大多數(shù)學(xué)校的教授郵寄課堂講義和作業(yè)，除此之外沒有其他的應(yīng)用了。我們希望能夠想出如何更好地在教育中利用因特網(wǎng)資源。”

Willson說一些大學(xué)，包括CSU都建立了試驗(yàn)用的仿真器，但是學(xué)生們想控制真實(shí)的硬件設(shè)施，而不是虛擬的機(jī)器。因此CSU決定建立實(shí)際的設(shè)備，并提高它的魯棒性和可靠性，以使全世界都能在因特網(wǎng)上使用它。

“我們想建立這樣的設(shè)備以使我們能夠了解各種相關(guān)的問題，看學(xué)生們?nèi)绾螢g覽這些測(cè)試方法，并且找到所有使用因特網(wǎng)從事教育所出現(xiàn)的令人感興趣的方面，”Willson說，“在來自世界各地的學(xué)生都使用這項(xiàng)資源之后，我們希望能發(fā)現(xiàn)一些我們從未遇到過的關(guān)于因特網(wǎng)教育的事情。”

對(duì)可靠性的要求否定了通常的建立學(xué)院硬件的方法。“大多數(shù)學(xué)校通常采集數(shù)據(jù)的方法是把一個(gè)通用的模擬/數(shù)字板插入到PC機(jī)里面，”Willson 解釋說，“我們的經(jīng)驗(yàn)是我們花費(fèi)大量的時(shí)間來解決這些板子和個(gè)體通道的問題，假如我們丟失了整塊板，我們的整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)就癱瘓了。”

Colorado州立大學(xué)機(jī)械系副教授，EEC指導(dǎo)，Bryan Willson博士

Willson用Opto 22工業(yè)I/O和調(diào)節(jié)器。“因?yàn)槲覀冏隽舜罅筷P(guān)于天然氣系統(tǒng)的工作，因此積累了許多關(guān)于Opto 22的經(jīng)驗(yàn)，”Willson說，“許多天然氣設(shè)備都采用Opto 22硬件，因?yàn)樗貏e可靠。另外，即使Opto 22模塊確實(shí)存在問題，我們也只會(huì)丟失一個(gè)通道的數(shù)據(jù)而不是整塊板子的數(shù)據(jù)。”

全球發(fā)動(dòng)機(jī)工程是在Opto 22調(diào)節(jié)器下運(yùn)行的。用戶接口用Opto顯示軟件生成，模擬和數(shù)字I/O布線進(jìn)入Opto 22數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。控制邏輯是用Opto 22編程語(yǔ)言寫成的。

“Opto 22硬件很耐用，”Willson說，“我們的三屆研究生和本科生用各種不可預(yù)見的方式使用設(shè)備，都沒有出現(xiàn)任何設(shè)備故障。如果按照通常的大學(xué)方法去做，根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)現(xiàn)在我們應(yīng)該使用了許多塊板子了。”

Opto 22解決了另一個(gè)一直困擾大學(xué)的問題。“研究生都不得不寫文檔，”Willson說“在這個(gè)系統(tǒng)上工作的每組研究生都直接做控制上的改變，從來不做記錄。幸運(yùn)地是，Opto 22系統(tǒng)都能夠自動(dòng)記錄。”

全球測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)僅僅在世界上應(yīng)用了幾個(gè)星期，因此只有幾百人用過它。目前的抱怨是：“由于它太容易使用了，學(xué)生們認(rèn)為這是一個(gè)仿真。我們不得不加一個(gè)麥克風(fēng)和聲音，以使測(cè)試者知道我們使用的是真實(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)，不是仿真。”Willson說。

為了使用這個(gè)系統(tǒng)，測(cè)試者首先要訪問網(wǎng)站，預(yù)約測(cè)試時(shí)間，然后得到測(cè)試時(shí)間和密碼。在被分配的時(shí)間內(nèi)，他或她登錄網(wǎng)站，輸入密碼，得到一個(gè)和Opto 22調(diào)節(jié)器屏幕相似的顯示界面。測(cè)試者移動(dòng)鼠標(biāo)，輸入數(shù)據(jù)，按動(dòng)按鈕以調(diào)節(jié)測(cè)試參數(shù)。
聰明的編程能使實(shí)際的控制系統(tǒng)受到愚弄，在他們看來，他們所接收的數(shù)據(jù)像是直接來自主操作臺(tái)，而不是因特網(wǎng)。“我們所送給用戶的都是屏幕顯示，而我們收到的是鼠標(biāo)和鍵盤的移動(dòng)，”Willson說，“我們不想讓我們的用戶應(yīng)用 特殊的軟件。它應(yīng)該在世界上任何地方的任何瀏覽器上都能使用。”

目前，實(shí)驗(yàn)室一直被美國(guó)、南美、尼泊爾、印度、韓國(guó)和歐洲的學(xué)生和研究人員使用。大學(xué)、高校和研究實(shí)驗(yàn)室都在使用。明年，它也回進(jìn)入初中。Opto 22相信它的硬件甚至能夠吸引初中生的注意。

 

 

 

 

 

 

 

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