奔驰聊聊执行器哪些事

奔驰聊聊执行器哪些事,第1张

*** 作系统,中间件,应用软件-各司其职分工不同

*** 作系统-我负责对硬件,提供线程创建等服务,其他我不管

中间件-我负责和不同 *** 作系统对接,并给上面应用提供通讯,资源管理等服务,其他我不管

应用软件-嗯,剩下都我的事,我管功能,不同系统,不同硬件的事我不管。

中间件(middleware)是基础软件的一大类,在 *** 作系统、网络和数据库之上,应用软件的下层,总的作用是为处于自己上层的应用软件提供运行与开发的环境,帮助用户灵活、高效地开发和集成复杂的应用软件。在不同的技术之间共享资源并管理计算资源和网络通信。

另外中间件的定位不是 *** 作系统,而是一套软件框架,虽然包括了RTOS,MCAL,服务通信层等协议和服务。两者看着很接近,但没有多少竞争关系。

什么是汽车软件中间件?

随着汽车应用要求的不断提高,软件总量也随之迅速增长,这导致了系统的复杂性和成本的剧增,为了提高软件的管理性、移植性、裁剪性和质量,需要定义一套架构( Architecture );方法学( Methodology )和应用接口( Application Interface )。从而实现标准的接口、高质量的无缝集成、高效的开发以及通过新的模型来管理复杂的系统。

目前在汽车控制领域有多种总线标准,各侧重点有所不同。尽管总线通信速度越来越高,但是还没有通信网络可以完全满足未来汽车的所有成本和性能要求,因此需要兼容多种总线和底层协议的通信协议和规范。

中间件的核心思想在于“统一标准、分散实现、集中配置”。统一标准才能给各个厂商提供一个通用的开放的平台;分散实现则要求软件系统层次化、模块化,并且降低应用与平台之间的耦合度;不同模块来自不同的厂商,它们之间存在复杂的相互联系,要想将其整合成一个完善的系统,必须要求将所有模块的配置信息以统一的格式集中管理起来,集中配置生成系统。

这个架构还需要具备如下功能:解决汽车功能的可用性和安全性需求;保持汽车电子系统一定的冗余;可以移植到不同汽车的不同平台上;实现标准的基本系统功能作为汽车供应商的标准软件模块;通过网络共享软件功能;集成多个开发商提供的软件模块;在产品生命期内更好地进行软件维护;更充分地利用硬件平台的处理能力;可实现汽车电子软件的更新和升级等。

汽车软件中间件有什么好处?

所有把标准统一后的服务的优势都大同小异,总结主要几点

跨配置,跨车型,跨平台,跨硬件适应

提高了效率,软件开发聚焦差异化

软件认证有标准可依

方便行业软件互换,降低进入门槛

更简单的集成已有工具链,支持从设计到代码全流程

对于Autosar,说实话,最有利的是OEM和基础软件公司,OEM可以标准化接口,自己做应用层或找软件公司开发应用,基础软件公司可以多卖软件。最不愿意的是tier1,因为增加了成本,还逐步可能沦为硬件生产商。但这个也不能说是autosar的锅,软件定义汽车下这个趋势的发展是必然的。

汽车软件中间件有什么缺点?

老实讲,这块大家讲的很少,都说这个很美好,但实际 *** 作过程中,我觉得是软硬件一体设计上的阻碍。

值得注意的像Tesla这样的新兴企业并没有使用autosar这是为什么?所有平台性的软件,都有一个弊病,就是为了兼容一致性,会对软硬件协作的效率带来影响,autosar也不例外。

我感觉“Autosar就是汽车行业的塞班系统,看似很好,很标准,但是最终会被淘汰。就像当年的诺基亚一样,原因是最后会被一个软硬件集成度更好的iphone取代,iphone可不纠结能够给其他公司用自己的系统。

从商业和成本角度看

Autosar设计上已经有些落后,代码臃肿,对成本影响很大。打个比方,北美一个程序员一年的cost也就是15万美金,自己完成底层的开发就这个价,使用Autosar的工具链和代码臃肿带来的升级MCU开销远大于节省的这部分开发成本。细分Autosar的成本:

1.开发成本:首先需要购买autosar,本身就是成本,autosar包含的模块多,肯定要贵,但不一定所有的都会被用上。其次是人力投入,对于一个原来就有其他平台的新的第一个项目转换到autosar是增加人力的,对于新公司,购买autosar是降低人力的,很多模块不用自己开发了。对于建立平台以后的项目,实际差不多。

2.生产成本:首先是硬件成本,现在MCU越来越便宜,用不用autosar基本没区别,如果说存储空间特别小的MCU,比如防夹模块,本来也没要求autosar。其次是软件成本,这个才是问题,跟以前基础软件不同autosar现在收量产license费。

从技术角度看

关于autosar的应用,autosar之前定义的主要就是BCM、TCU、EMS、ESP等要求实时控制的ECU。不是针对娱乐系统,自动驾驶MPU的,当然这些控制器里也有MCU,可以用运行autosar的MCU。autosar现在最擅长的是16bit MCU以及不太复杂的32bitMCU。32bit以上的MCU,需要RTOS支持,比如自动驾驶软件。车的中控也不可能基于autosar,也是因为没有一个强有力的RTOS, 在越来越强调security的软件开发中,AUTOSAR也没有进程隔离的概念。前景难料.

中间件的明星方案-AUTOSAR

所有中间件方案中,最著名的是AUTOSAR, 其是由各大整车厂商和零部件厂商开始着手联合制定软件的标准化接口。AUTOSAR(AUTomotive Open System ARchitecture)是由全球的主要汽车生产厂商、零部件供应商、软硬件和电子工业等企业(如BMW、BOSCH、Continental、DAIMLER、Ford、OPEL、PSA、TOYOTA、VW等)共同制定的汽车开放式系统架构标准。

2003年7月,由宝马、博世、大陆、戴姆勒-克莱斯勒、西门子VDO和大众联合成立AUTOSAR发展联盟,为汽车E/E架构建立了一种开放式的行业标准。

2003年11月,福特公司作为核心伙伴加入,12月标致雪铁龙和丰田汽车加入。接下来的11月通用汽车也作为核心伙伴加入。自从西门子VDO被大陆在2008年2月收购后,它就不再作为AUTOSAR的独立核心伙伴。

第一阶段(2004-2006):标准基本开发时期(版本1.0.2.0和2.1)

第二阶段(2007-2009):体系和方法相关方面扩展(版本3.0,3.1和4.0)

第三阶段(2010-2013):可维护性和可选择性的改进(版本3.2,4.1和4.2)

在2013年,AUTOSAR联盟进入一种持续改进模式,主要用来维持标准和提供所选择的改进,往后实际上,autosar更新就很少了,开始转向AUTOSAR-Adaptive。

AUTOSAR-Adaptive拯救AUTOSAR

对于用于实现典型动力总成和底盘功能的深度嵌入式系统,AUTOSAR经典平台仍将是首选。在低成本硬件上运行时,对安全性、实时性和确定性要求较高。同时,AUTOSAR为这些应用程序提供了一个经过良好验证的成熟软件平台,包括一个广泛使用的方法,它支持当今所有的协作模型。而为了支持客户应用程序的动态部署,并为需要高端计算能力的应用程序提供环境,AUTOSAR在2017年推出了第二个软件平台,即AUTOSAR Adaptive platform。这个想法是尽可能从其他领域(如消费电子产品)的发展中获益,同时仍然考虑汽车的特定要求,如功能安全。

Adaptive需要支持,未来E/E架构的两个关键特征是:

1) 异构软件平台的集成,当今汽车的网络架构可以聚集成不同的领域,用于信息娱乐和连接、底盘、动力系统等。虽然infotainment ECUs通常使用Linux、QNX或其他通用 *** 作系统,但AUTOSAR Classic平台是深度嵌入式控制单元的标准。随着新的用例和对计算能力的深入嵌入式应用程序不断增长的需求,第三种ecu将出现,它具有不同的特性,必须集成到现有的E/E体系结构中。

2) 面向服务和基于信号的通信,传统的汽车通信仍然是基于ecu向其他ecu提供信号广播的思想。这种范式非常适合于有限大小的控制数据,这些数据必须循环地进行通信。先进的应用程序,如高自动化驾驶与更高的负载要求,例如交换对象列表检测到的一组传感器和以太网作为一个通信系统需要更复杂的协议。面向服务通信的概念是基于在通信系统上提供服务的应用程序和订阅此服务的其他应用程序。然后数据只发送给订阅服务器。

面向服务的通信与现有的基于信号的范式的结合是未来E/E体系结构的第二个关键方面,从这个角度来看,这是一个艰巨的挑战。

为了解决AUTOSAR僵化的问题,Adaptive希望可以找到一种中间过程平台

ADAPTIVE为承载这些功能的软件基础设施增加了新的需求。除了现有的需求(如功能安全和安全性),软件架构还必须支持硬件(如具有高端计算能力的硬件)、空中更新、与后端系统的通信或应用程序的动态部署。

AUTOSAR Adaptive扩展了AUTOSAR平台,以满足当前汽车自动驾驶、电气化和互联互通等趋势的需求。因此,它在许多方面改变了已建立的E/E开发过程。最重要的变化是,基于信号的通信被面向服务的设计所取代。c++取代了C语言作为自适应应用程序的编程语言,以及基于posix的 *** 作系统(如Linux用于自适应电子控制单元)是进一步的突破性转变。

AUTOSAR Adaptive 组件封装了SOA软件底层的通讯细节(包括SOME/IP协议,IPC等),同时提供代理(Proxy)-骨架(Skeleton)模型,该模型以C 面向对象语言描述,方便上层应用开发人员调用标准服务接口(API)进行开发。Application Design Model是该模型另一种可配置的呈现,开发人员通过使用相应的配置工具对Application Design Model进行描述和配置,即可实现基于SOA服务架构的软件落地和部署。联合电子使用AUTOSAR Adaptive组件完成SOA服务架构软件的开发

可以看到,自适应Autosar又找到了延续自己生命的另外一个理由,提供了一种由现在信号导向的架构往SOA架构的标准。未来由于控制器数量大幅度降低, 类似特斯拉这样的车企多半是不理会自适应AutosarAdaptive

与此同时,更多的相关配套供应商也在加快与AUTOSAR自适应平台的对接。去年11月,Real-Time Innovations(RTI)宣布,AUTOSAR最新版本的自适应平台(版本18-10),已经具有数据分发服务(DDS)标准的完整网络绑定。这意味着汽车制造商现在可以使用DDS实现AUTOSAR自适应框架,并开发高度自动驾驶系统,如4级和5级。DDS允许AUTOSAR完全支持高度自动驾驶系统,并提供“量产级通信框架”,保证这些复杂系统所需的可靠性、可伸缩性和性能。比如,在AUTOSAR中完全指定了DDS之后,汽车行业现在可以使用RTI Connext和DDS开发高性能应用程序,比如传感器融合应用程序。

AUTOSAR版本18-10有助于解决OEM软件开发团队在支持不同价格区间车型时所面临的各种安全和连接性挑战。此外,允许开发人员“动态配置平台”,以支持每个车型平台的各种 *** 作模式和硬件功能。

技术细节-AUTOSAR的分层设计

架构层面

AUTOSAR定义一个软件分层架构以支持汽车电子系统的集成。其体系架构从上至下依次为应用层、运行环境层(RTE)、以及基础软件层(BSW)

接着再复杂一些,BSW再分为复杂驱动模块, 微控制器抽象层、ECU抽象层、系统服务层

(1)应用层。包括应用软件组件、传感器和执行器软件组件,都位于应用层。该层的软件组件通过RTE进行内部通讯和访问ECU资源。应用层的软件实现独立于微控制器、ECU。

(2)RTE层。RTE层为应用层提供通讯服务。RTE层的实现与ECU和具体应用相关,必须为每个ECU分别实现,AUTOSAR软件组件之间通信需要通过RTE。

(3)服务层。包含RTOS、通信与网络管理、内存管理、诊断服务、状态管理、程序监控等服务。它为应用和基础软件模块提供基本服务,包括: *** 作系统服务、汽车网络通讯和管理服务、存储服务、诊断服务和ECU状态管理。服务层的实现部分与微控制器、ECU和具体应用相关。

(4)ECU抽象层。ECU抽象层抽象出ECU结构,如外设与ECU的联接方式等.虽然该层与ECU平台相关,但是与微控制器是无关的。这种无关性是由微控制器抽象层来实现的。其中封装了微控制器层及外围设备的驱动,并对微控制器内外设的访问进行了统一,实现了软件应用层与硬件系统的分离

(5)微控制器的抽象层(microcontroller abstraction layer,MCAL)。位于基础软件的最底层,包含了访问微控制器的驱动(如I/O驱动、ADC驱动等),做到了上层软件与微控制器的分离,以便应用的后续的移植复用。微控制器的抽象层是实现不同硬件接口统一化的特殊层,通过微控制器的抽象层可将硬件封装起来,避免了高层软件直接与微控制器的寄存器打交道。MCAL提供消息机制,并以此将指令、响应和信息分离成不同的过程。微控制器抽象层包括微控制器相关的驱动,它负责管理微控制器的外部设备,并将微控制器的信号提供给基础软件的元件。

(6)复杂驱动层,由于其严格的时序为应用层通过RTE访问硬件提供支持。

再复杂一些

再再复杂一些

接着我们从RTE层往上看

运行时环境( RTE )是应用软件和基础软件通信的桥梁,无论通信发生在 ECU之间( 如通过CAN、LIN、FlexRay、MOST等网络) ,还是在ECU内部,RTE均通过提供一致的接口和服务来实现SWC之间的通信抽象,其最终实现会因ECU的不同而有所差异。一般情况下,每一层只能使用下一层的接口,并向上一层提供服务接口。

应用层中的功能由各软件组件(SWC)实现,组件中封装了部分或者全部汽车电子功能,包括对其具体功能的实现以及对应描述,如控制大灯,空调等部件的运作,但与汽车硬件系统没有连接。

在设计开发阶段中,软件组件通信层面引入了一个新的概念,虚拟功能总线VFB(Virtual Functional Bus),它是对AUTOSAR所有通信机制的抽象,利用VFB,开发工程师将软件组件的通信细节抽象,只需要通过AUTOSAR所定义的接口进行描述,即能够实现软件组件与其他组件以及硬件之间的通信,甚至ECU内部或者是与其他ECU之间的数据传输。

因此软件组件只需向VFB发送输出信号,VFB将信息传输给目标组建的输入端口,这样的方式使得在硬件定义之前,即可完成功能软件的验证,而不需要依赖于传统的硬件系统。

中间件RTE与面向对象OO(object oriented)的编程思想非常接近,所有ECU所对应的RTE都是特定的,它负责着软件构件间以及软件构件与基础软件之间的通信。对于软件构件来说,基础软件不能够直接访问,必须通过RTE进入。因而RTE也被理解成是VFB的接口实现。

而构件之间及构件与基础软件的通信关系如图所示:

AUTOSAR软件构件无法直接访问基础软件中的 *** 作系统OS,因而在应用程序中就不存在「task」的概念,且不能动态创建线程,因此并行的任务由RTE直接管理调入的「构件运行实体」来实现。每个软件构件也许会有一个或者多个运行实体,但是一个运行实体只对应一个入口。

方法学层面

「AUTOSAR方法论」是指在汽车电子系统开发的某些步骤中所需要的通用技术方法。

1、 但AUTOSAR方法既非完整的过程描述也不是商业模式,也没有定义「角色」和「责任」。

2、 方法论仅是一个work-product flow,并定义了其中的依赖关系。

根据AUTOSAR方法论,完整的基于AUTOSAR规范的配置生成过程分为以上图示两部分,即系统配置过程及ECU配置过程。两者之间并无先后关系,系统配置过程中的输入包内含有ECU配置的相关模块,ECU配置也会反馈于系统配置。

系统配置过程:

系统配置输入(System Configuration Input)必须被定义好,AUTOSAR倾向于通过信息交换格式(软件构件、ECU资源、系统限制)以及模版来减少这些厨师系统设计决定的正式描述。模板包含三部分:

软件构件的描述:定义每个需要的软件构件的接口内容,如数据类型、端口、接口等

系统约束描述:如总线信号的定义、拓扑结构与软件构件之间的映射关系

ECU资源描述:定义每个ECU的资源需求,如处理器、外部设备、存储器、传感器以及执行器

配置步骤如下

输入的系统配置文件借助配置系统(configure-system)将软件构件映射到资源与计时要求相关的ECU上,所得到的文件就是系统配置描述文件(system configuration description)。其中包含了软件构件与ECU映射时所需注意的限制条件,以及通信矩阵(Communication-Matrix),矩阵中描述了整车网络结构中的数据包内容及其时序关系。

ECU配置过程

系统配置完成后,生成了系统配置描述文件,作为ECU配置过程的输入。

Extract ECU-Specific Information会负责从系统配置文件中剥离出各ECU相关的系统配置信息,如通信矩阵、拓扑结构、顶级功能组合,生成到ECU Extract of System Configuration中。

Configure ECU的是生成包含了特定ECU局部信息的ECU Configuration Description,而这些信息可以构件该特定ECU的可执行软件。

Generate Executable根据从ECU Configuration Description中得到的信息生成可执行程序。

AUTOSAR 的特性使得当ECU底层硬件配置升级时,也并不一定要牵动其他软件系统,正因其统一的标准规范,越来越多的企业将会加入到其中,这也为未来汽车电子行业内高效管理以及复用愈加复杂的汽车软件系统奠定了基础。

AUTOSAR 中SWC(Software Component Description)包含下列信息: 该SWC用到或被用到的Operation和Data,SWC对基础构架(网络)和对硬件(延迟时间,定时等)的要求,SWC使用的资源 (存储器, CPU时间等),运行机制(重复率),SWC软件接口。

AUTOSAR中ECU Resource Description包含下列信息:描述使用到的硬件:传感器,执行器,存储器,处理器,通信外部设备(如收发器),引脚分配。

AUTOSAR中System Constraint Description中包含下列信息:网络拓扑,限制,协议,通信矩阵,波特率,定时,ECU映射。

系统配置主要是将端口数据映射到通信矩阵,将SWC映射到ECU。ECU配置主要是将runnable(可运行实体)映射到task(任务)中。对以上各项内容角色分工

接口层面

AUTOSAR各层软件的交互通过三类接口实现,分别是标准接口、AUTOSAR接口和AUTOSAR标准接口。其中,标准接口用于BSW各个模块之间的交互,已用C语言定义,如void Adc_Init (const Adc_ConfigType* ConfigPtr)。AUTOSAR接口用于软件构件(Software Component, SW-C)之间的交互或者软件构件和ECU硬件(IO硬件抽象、复杂设备驱动)之间的交互,这类接口命名以“Rte_”为前缀。AUTOSAR标准接口用于软件构件访问AUTOSAR服务。

依赖这种分层架构和接口定义,AUTOSR显著提高了汽车电子嵌入式软件的复用性——层级越高者,复用性越强。值得注意的是:

微控制器抽象层层级最低,随微控制器的更换而更换;

RTE虽然层级仅低于应用层,但由于它承担着应用层和BSW之间的桥梁作用,和硬件的耦合性最高,不具有复用性;

应用层(除传感器、执行器相关的软件构件外)完全独立于硬件,具有绝对的复用性。

AUTOSAR在定义软件架构和接口的同时。也定义了易于交换的硬件平台标准。AUTOSAR标准不仅提供了基础软件模块的规范。还提供了用于开发分布式系统应用软件的方法。这种方法以基于模型的软件和分布式系统描述开始。以自动代码生成和可重复的测试结束。

Autosar也定义了与网络总线接口相关的模块,CAN,LIN等网络总线接口驱动、诊断等。AUTOSAR的出现使得ECU中的软件包括网络总线通信软件第三方供货成为可能。未来的网络总线标准是否仍然各自独立、互不兼容,目前还无法断定,但AUTOSAR却实实在在地将部分标准公开化、标准化,兼容化,而且实际的产品也已经被应用,AUTOSAR已对现在相互之间封闭的网络总线标准形成挑战。

此外,AUTOSAR还定义了一套标准的软件开发流程,从系统建模到生成可执行的代码,包括软件组件设计、系统配置、ECU配置和代码生成三大流程,如图

技术细节-AUTOSAR ADAPTIVE架构介绍

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应该是说的英语

1·foul 犯规

2·Personal foul 侵人犯规

3·technical foul 技术犯规

4·pushing 推人

5·holding 拉人

6·blocking 阻挡

7·charslns 撞人

8·illegal use of hands 非法用手

9·Intentional foul 故意犯规

10·double foul 双方犯规

11·disgualifyins foul 取消比赛资格的犯规

12·foul by team m control of the ball 控制球队犯规

13·trip 绊人

14·Personal contact 身体接触

15·five fouls 五次犯规

16·calling of the fouls 宣告犯规

17·techmcal foul during intervals of play 比赛休息时间内的技 术犯规

18·fouls in special situations #殊情况下的犯规

19·unsportsmanlke conduct 不道德的行为

20·profane language 不尊敬的语言

21·delay the game一拖延比赛

22·the foul was committed on a player 对投篮队员的犯规

in the act of shooting

23·suardlns from the real 从背后防守

24·grasPed the ring抓篮圈

25·obstructed vision 妨碍视线

26·the foul by the coach 教练员犯规

27.the foul by the player 队员犯规

28.the foul by the substitute 替补队员犯规

29.acts of violence 粗暴行为

30.acceptable contact 合法的身体接触

31.roughness of Personal contact 粗野的身体接触

32.calling fouls Procedure 宣告犯规的程序

33.screen foul 掩护犯规

也可以说是空压机:燃烧器

什么是燃烧器:将燃料的化学能转变为热能的设备。

燃烧器的应用范围:凡是以液体和气体燃料为能源,直接利用其热能的场合都可适用。如各类锅炉、加热炉、烘烤炉、喷涂炉、直燃式空调机等等。

燃烧器的基本要求:运行安全、节约能源、保护环境。

燃烧过程的三要素为:燃料、氧化剂和点火源。这里指的工业燃烧为迅速氧化碳氢燃料而产生大量能源用于工业加热的过程。

通常大气空气作为燃料的氧化剂(O2约占21%的体积),有些应用场合氧化剂含量少于21% O2(如烟气再循环的燃气涡轮机)或超过21% O2(如富氧燃烧)。

工业燃烧过程涉及的六个部分:1.燃烧器,2.负荷(物料、水等),3.炉子(锅炉、烘干机等),4.余热回收装置(空气预热器等),5.控制系统(燃烧和负荷控制),6.大气污染防治系统(除尘等)

燃烧器分类 :1、完全预混式燃烧器 ,2、扩散式燃烧器 ,3、部分预混式燃烧器

燃气的分类 :燃气可分为天然气 、人工燃气 、和液化石油气以及沼气等四类。

以华白数和燃烧势分:(国标《城市燃气的分类》)

人工燃气:5R、6R、7R;天然气:4T、6T、10T、12T;液化石油气:19Y、22Y、20Y

天然气

全世界约25%的能源是天然气

天然气一般可分为四种:从气井开采出来的气田气或称纯天然气;伴随石油一起开采出来的石油气,也称石油伴生气;含石油轻质馏分的凝析气田气;从井下煤层抽出的煤矿矿井气。

甲烷含量一般不少于90%,发热值为34300~36000kJ/Nm3。相对密度0.55

碳氢比最小,无硫,产生的温室气体最少。是人类最终使用氢燃料的过渡。

人工燃气

生产过程中有污染、本身有毒性,相对密度0.45。

人工燃气的主要成份为H2-50~60%,CO-15~20%,CH4-10~15%,其余为惰性气体(N2、CO2等)。

固体燃料干馏煤气,热值一般在16700 kJ/Nm3左右。每吨煤可产煤气300~400 Nm3。

固体燃料气化煤气,发热值在15100 kJ/Nm3左右。

油制气,分为重油和轻油制气两种。

重油制气可分为蓄热热裂解气和蓄热催化裂解气两种。蓄热热裂解气的发热值约为41900 kJ/Nm3。每吨重油的产气量为500~550m3。而蓄热催化裂解气,发热值在17600~20900 kJ/Nm3左右。每吨重油的产气量约为1200~1300Nm3。

高炉煤气发热值约为3500 kJ/Nm3。

液化石油气 (LPG)

液化石油气的主要成分是丙烷(C3H8)、丙烯(C3H6)、丁烷(C4H10)和丁烯(C4H8),习惯上又称C3、C4,即只用烃的碳原子(C)数表示。

这些碳氢化合物在常温、常压下呈气态,当压力升高或温度降低时,很容易转变为液态。从气态转变为液态,其体积约缩小250倍。气态液化石油气的发热值约为92100~121400 kJ/Nm3。液态液化石油气的发热值约为45200~46100kJ/kg。

沼气

沼气是一种混合气体,其中含有60%~70%的甲烷、30%~35%的二氧化碳,还含有少量的一氧化碳、氢、氨、硫化氢、氧和氮等。沼气作为优质气体燃料,除可用于煮饭、点灯外,还可广泛用于发电、孵鸡、育蚕、烘干、粮果贮藏、二氧化碳施肥等生产领域。

相对密度1.9

优点是储运方便。

燃气性质与燃烧器的形式

燃气的性质决定了燃烧器的形式,对燃烧器来讲,主要影响因素为燃气的燃烧速度(学名为火焰传播速度)。

燃烧速度首先是由燃气的性质决定的,对纯气体来讲,氢气燃烧速度最快,而甲烷燃烧速度最慢。因此,燃烧速度:人工燃气〉液化石油气〉天然气〉沼气。

燃烧速度与燃气与空气的混合浓度有关,呈倒U型的关系,接近化学计量比时最快,全预混燃烧器容易回火就是因为燃烧之前,燃气和空气已经以接近化学计量比的浓度混合好了。

燃烧速度还与初始温度有关,温度越高速度越快,因此用预热空气的燃烧器容易回火。

沼气因燃气中有大量的惰性气体CO2,因此燃烧速度最慢,其点火、燃烧都比较困难,需要采取一些特殊的措施才能进行理想的燃烧。

燃烧速度较快的燃气容易脱火,例如天然气燃烧器主要的技术问题是如何防止脱火。而燃烧速度较快的燃气,着重解决防止回火烧坏燃烧器头部的问题。

最早的燃烧器

早期,很少有设备能被认为是燃烧器。工业炉只是简单配备几个空气与燃气开口(见图),燃气和空气两股气流在炉子内部进行适当混合。尽管这种方法很简单并且存在明显的安全隐患,但是它能工作的很好,特别是在高温熔炉中。事实上,这种概念直到现在仍出现在一些蓄热式玻璃熔炉和开炉炼钢炉中。

引射式燃烧器:具有自动调节燃气空气比例的能力。

风机混合式燃烧器:风机混合器是把燃气输送到风机入口处,让燃气与空气混合后送到燃烧器。

风机混合器偶尔仍在使用,有回火的危险。所谓回火就是火焰砰地回到预混燃烧器喷嘴逆流而上最终在燃气与空气混合的地方停止。回火发生地很快,是一种爆炸,在风机内部爆炸不是什么好事情。当然,在混合管上安装阻火器可以防止回火的发生,但是由于增加了成本,所以要研究能避免所有问题出现的方法。

常用物理量的概念和单位—温度

温度是物体冷热程度的度量,单位有摄氏、K氏(绝对温度)和华氏温度等不同的表示方式。中国习惯用摄氏温度温度和绝对温度,美国喜欢用华氏温度。华氏温度:F=9/5C+32,绝对温度:K=C+273

摄氏和华氏温度通常用小写t表示,绝对温度用大写T表示。

压力

压力是液体或气体内部分子运动对周围壁面单位面积上的作用力,是物理学中压强在工程上的简称。

表示液体和蒸汽的压力,常用较大的计量单位:兆帕(MPa)、巴(bar)、公斤/厘米2(kg/cm2)、大气压等。

表示气体的压力,常用较小的计量单位:千帕(kPa)、毫巴(mbar)、毫米水柱(mmH2O或mmwg)或 公斤/米2(kg/m2)等。

1MPa=1000kPa=1000000Pa, 1bar=1000mbar,1kg/cm2=10000kg/m2。

kg/cm2也叫大气压,kg/m2也叫mmH2O。

1MPa=10.2kg/cm2, 1bar=1.02kg/cm2, 1mbar=10.2 mmH2O。

1kPa=100mmH2O。

英美等国常用作PSI压力单位,1PSI =0.0703 kg/cm2。

压力的叫法

通常,我们都处在大气压的环境中,压力表所测得的压力只是高出大气压的部分,叫表计压力或表压;从0算起的压力叫绝对大气压。显然,绝对大气压=表大气压+1低于大气压的环境称为负压或真空,负压越大或真空度越大,表示比大气压低得越多,也就是绝对压力越低。任何液体和气体的流动,总是从较高压力处流向较低压力处。在液体和气体流动的流程中,任意取两个点,测量它们的压力,流程上游点的压力减下流点的压力叫流动压差,也称压降或流动阻力。

热量和功率

热量是物质分子运动表现出的一种能量,热量的单位就是能量单位:千焦尔(kJ),千卡或大卡(kcal),千瓦时(kwh)等。

功率是机器单位时间产出的能量,功率单位是单位时间的能量:千焦尔/小时(kJ/h),千卡/小时(kcal/h),千瓦(kw)等。

1kJ = 0.239kcal, 1kwh = 860kcal, 1kw = 860kcal/h。

英美国家喜欢用Btu(英热单位)。1英热单位(Btu)=1055.06焦耳(J)= 0.25216 kcal

热值(发热量)

燃料的热值是指每公斤液体燃料或每标准立方米气体燃料完全燃烧产生的热量。燃料热值分为高热值和低热值,高热值包含了燃烧生成烟气中的水蒸汽凝结为水所放出的热量,低热值则不包含这部份热量。在热工计算中,除特殊注明外,都是用低热值。

液体燃料热值单位是kJ/kg或kcal/kg或kwh/kg。

气体燃料热值单位是kJ/Nm3或kcal/Nm3或kwh/Nm3。

燃烧器的功率

燃烧器的功率(或出力)是指燃烧器每小时燃烧的燃料所具有的热量,也就是:

燃烧器的功率 = 每小时燃料消耗量 燃料热值。

燃烧器功率一般用kw、kcal/h表示,也可以用每小时燃料消耗量kg/h或Nm3/h表示。

如果用每小时燃料消耗量表示燃烧器功率,一定要注明所述燃料的热值。例如:轻油燃烧器功率100kg/h, 轻油的热值为10200kcal/kg,表明该燃烧器功率为1,000,000kcal/h;某重油燃烧器功率100kg/h,重油的热值为9600kcal/kg,表明该重油燃烧器功率为96万kcal/h。

锅炉的功率

锅炉的功率(或出力)也就是锅炉每小时产生的热量。热水锅炉功率用MW(1MW=1000kW)或万大卡/小时(万kcal/h)表示。

蒸汽锅炉的功率又称蒸发量,就是每小时把水变成蒸汽的量:吨/小时(T/h)或公斤/小时(kg/h)。当然也可以用MW或kW表示。

在我国,蒸发量与功率的对应关系是:

1T/h=1000kg/h=0.7MW=700kW=60万cal/h=600Mcal/h。

功率的单位还有马力(Hp)和锅炉马力(BHp)。

1Hp = 0.745kw, 1BHp = 9.81kw。

燃烧器基本介绍

燃烧器作为一种自动化程度较高的机电一体化设备,从其实现的功能可分为五大系统:送风系统、点火系统、监测系统、燃料系统、电控系统。

一、送风系统

送风系统的功能在于向燃烧室里送入一定风速和风量的空气,其主要部件有:壳体、风机马达、风机叶轮、风q火管、风门控制器、风门档板、扩散盘。

1.壳体:是燃烧器各部件的安装支架和新鲜空气进风通道的主要组成部分。从外形来看可以分为箱式和q式两种,大功率燃烧器多数采用分体式壳体,一般为q式。壳体的组成材料一般为高强度轻质合金铸件。(如图1-1)顶盖上的观火孔有观察火焰作用

(图1-1)

2.风机马达:主要为风机叶轮和高压油泵的运转提供动力,也有一些燃烧器采用单独电机提供油泵动力。某些小功率燃烧器采用单相电机,功率相对较小,大部分燃烧器采用三相电机,电机只有按照确定的方向旋转才能使燃烧器正常工作。有带动油泵及风叶作用,电机一般是2800转(如图1-2)

(图1-2)

3.风机叶轮:通过高速旋转产生足够的风压以克服炉膛阻力和烟囱阻力,并向燃烧室吹入足够的空气以满足燃烧的需要。它由装有一定倾斜角度的叶片的圆柱状轮子组成,其组成材料一般为高强度轻质合金钢,所有合格的风机叶轮均具有良好的动平衡性能。(如图1-3)

(图1-3)

4.风q火管:起到引导气流和稳定风压的作用,也是进风通道的组成部分,一般有一个外套式法兰与炉口联接。其组成材料一般为高强度和耐高温的合金钢。有风速调节作用。(如图1-4)

(图1-4)

5.风门控制器:是一种驱动装置,通过机械连杆控制风门档板的转动。一般有手动调节、液压驱动控制器和伺服马达驱动控制器三种,前者工作稳定,不易产生故障,后者控制精确,风量变化平滑。 (如图1-5)

(图1-5)

6.风门档板:主要作用是调节进风通道的大小以控制进风量的大小。其组成材料有合金,合金档板有单片、双片、三片等多种组合形式。(如图1-6)

(图1-6)

7.扩散盘:又称稳焰盘,其特殊的结构能够产生旋转气流,有助于空气与燃料的充分混合,同时还有调节二次风量的作用。(如图1-7)

(图1-7)

二、点火系统

点火系统的功能在于点燃空气与燃料的混合物,其主要部件有:点火变压器、点火电极、电火高压电缆。

8.点火变压器:分电子式和机械(电感)式两种,是一种产生高压输出的转换元件,其输出电压一般为:2 5KV、2 6KV、2 7KV,输出电流一般为15~30mA。有EDI、丹佛斯、国产丹佛斯、飞达这几种。油机跟气机的区别是:油机一般两个头气机一般一个头。分电子式和机械式两种(如图1-8)

(图1-8)

9.点火电极:将高压电能通过电弧放电的形式转换成光能和热能,以引燃燃料。一般有单体式和分体式两种。一般点火针是用不锈钢材料耐800度高温,而我们用的是镍铬丝能耐1500度高温。注意点火棒不能与金属接触(如图1-9)

(图1-9)

10.电火高压电缆:其作用是传送电能。可以耐150万伏电压。(如图1-10)

(图1-10)

三、监测系统

监测系统的功能在于保证燃烧器安全的运行,其主要部件有火焰监测器、压力监测器、外接监测温度器等。

11.火焰监测器:其主要作用是监视火焰的形成状况,并产生信号报告程控器。火焰检测器主要有三种:光敏电阻、紫外线UV电眼和电离电极。(如图1-11)

(图1-11)

A、光敏电阻:多用于轻油、重油燃烧器上,其功能和工作原理为:光敏电阻和一个有三个触点的火焰继电器相连, 光敏电阻的阻值随器接收到的光的亮度而变化,接收到的光越亮,阻值就越低,当加在光敏电阻两端的电压一定时,电路中的电流就越高,当电流达到一定值时,火焰继电器被激活,从而使燃烧器继续向下工作。当光敏电阻没有感受到足够的光线时,火焰继电器不工作,燃烧器将停止工作。光敏电阻不适用于气体燃烧器。

B、电离电极:多用于燃气燃烧器上。程控器给电离电极供电,如果没有火焰,电极上的供电将停止,如果有火焰,燃气被其自身的高温电离,离子电流在电极、火焰和燃烧头之间流动,离子电流被整流成直流,并通过接地的燃烧器外壳到达火焰继电器使之工作,以保证燃烧器后序工作顺利进行。如果电离电极发生接地现象,那么产生的电流是交流而非直流的,火焰继电器将不工作,程控器锁定。另外,电离区火焰不稳定也会引起火焰还存在时燃烧器断路,可能是因为空气燃气比不合适,可以通过调节空气量或燃气量来解决,也可能是燃烧头上空气燃气分布不均匀,可以通过调节燃烧头的位置来解决。

C、紫外线UV电眼:一般用于油气两用燃烧器上,该电眼只能感受到火焰中的紫外线(光谱范围190~270纳米),UV管不会对炉膛内闪烁的耐火材料日光、普通光线或炉内辉光物质作出反应,UV管的寿命在不超过50℃的环境温度下约为10000小时,环境温度过高对其寿命有很大影响。如果它接受到足够量的紫外线,它就能产生电流,并经过适当放大,机或火焰继电器,使它闭合。如果的UV管电量耗尽了,即使不存在紫外线,它仍会表现出接收到了紫外线,为了克服这一缺陷,每次开启之前,程控器都会在其两端加上一个适当的电压,这样即使电量耗尽了,它的信号就只会表示没有火焰,这样程控器也就随即停止工作。为检测UV电眼的效果,点火之后把它从原位上抽出至少一分钟,UV电眼被抽出后,就检测不到火焰发出的紫外线,相关的继电器断开,燃烧器停止工作。即使很少的一点油污都会挡住紫外线进入光电管的通道而导致内部的感应元件接收不到足够量的紫外线而无法工作。因此光电管必须彻底清洗干净。UV管感受不到太阳光或普通灯具的光线,可以用火焰或普通点火变压器两电极间的点火花来检测它的灵敏度。为确保燃烧器正常工作,它的电流必须稳定,不能低于程控器所需的电流。该电流可用微安计来检测,其值不能低于

压力监测器:一般用于气体燃烧器,主要有燃气高压、低压监测,以及风压监测,若燃烧器用于蒸汽锅炉,还有蒸汽压力监测。

四、燃料系统

燃料系统的功能在于保证燃烧器燃烧所需的燃料。燃油燃烧器的燃料系统主要有:油管及接头、油泵、电磁阀、喷嘴、重油预热器。燃气燃烧器主要有过滤器、调压器、电磁阀组、点火电磁阀组。

12.油管及接头:用于传输燃油。

13.油泵:产生压力油的机构,输出油压一般在10bar以上,以满足雾化和喷油量的要求,分为单管输出和双管输出两种。有些燃烧器油泵与风机马达同轴连接,有些有单独的油泵电机驱动。常见油泵有J型、E型和TA型,适用于单管和双管油系统,油泵内有过滤器、压力调节阀和截止阀。过滤器主要是保护传动机构,E型泵过滤器的网目较大,当过滤器堵塞时,会导致真空过度,过滤器要定期清洗,清洗或更换过滤器后,必须确保泵盖紧密密封。油泵在运行前,必须在吸从侧油管灌注油料到泵溢流,否则,泵会由于干运转而损坏。油泵吸入口的抽吸阻力不能超过0.4bar,输出口的压力一般在10~24bar。J型泵的最大供油压力为20bar,E型和TA型泵的最大供油压力为40bar,最大供油温度为90℃。寿命5000小时左右,有丹佛斯,桑泰克,国产仿桑泰克(如图1-12)

(图1-12)

14.电磁阀:用于控制油路的通断,多为二通阀和三通阀。(如图1-13)

(图1-13)

15.喷嘴:主要作用是雾化油滴。油嘴的主要参数有喷射角(30 、45 、60 、80 )、喷射方式(实心、空心、半空心)和喷油量。同等压力下,较小喷油量的喷嘴,雾化效果较好。常用的油嘴有简单机械雾化喷嘴和回油式机械雾化喷嘴,前者结构简单,系统简单,也比较可靠,一般用于较小负荷的燃烧器,后者结构和系统都要复杂些,但调节特性好,适用于锅炉负荷经常有较大范围调节时用。简单机械雾化喷嘴有切向槽式和切向孔式,前者雾化角较大且雾化颗粒较小。(如图1-14)

(图1-14)

16.重油预热器:重油燃烧器的特有设备,用于加热重油至一定温度,减小粘度,以增加重油雾化效果,其温度控制装置与燃烧器控制电路联锁。

17.过滤器:其作用是防止杂质进入电磁阀组和燃烧器内。

18.空气压力开关:主要作用是降压稳压,一般用于高压供气系统中,其入口压力不能低于1bar。

19.电磁阀组:一般由安全电磁阀和主电磁阀组成,有分体式和一体式,一体式电磁阀组内一般还组合有稳压阀和过滤网。安全电磁阀一般为快开快闭式。主电磁阀一般为一级二级之分,并有快开快闭式和慢开快闭式之分。

20.电磁阀泄漏检测器:其作用是检测电磁阀组的关闭是否严密。一般用在功率大于1400kw的燃烧器上。

21.点火电磁阀组:一般有手动球阀、稳压器、电磁阀组成。主要用于功率较大的燃烧器。

五、电控系统

电控系统是以上各系统的指挥中心和联络中心,主要控制元件为程控器,针对不同的燃烧器配有不同的程控器,常见的程控器有:LFL系列、LAL系列、LOA系列、LGB系列,其主要区别为各个程序步骤的时间不同。机械式:反应慢有丹佛斯,西门子等品牌;电子式:反应快,国产。(如图1-15)

(图1-15)

燃烧器工作过程介绍

以比例式燃气燃烧器为例,其工作过程有四个阶段:准备阶段、预吹扫阶段、点火阶段和正常燃烧阶段。

准备阶段:程控器得电后,开始内部程序自检,同时,伺服马达驱动风门到关闭状态,程序自检完毕后,处于待机状态,当恒温器、过高过低燃气压力开关、蒸汽锅炉蒸汽压力开关等限制开关允许时,程控器开始启动,进入预吹扫阶段。如果电磁阀组带有泄漏检测系统,该系统在上述限制开关允许时先进行阀门泄漏检测,检测通过后,才进入预吹扫阶段。

预吹扫阶段:伺服马达驱动风门到大火开度状态,同时风机马达启动,开始13秒送风,以吹入空气进行预吹扫,根据程控器的不同,约吹扫20~40秒后,伺服马达驱动风门到点火开度状态,准备点火。整个预吹扫阶段,空气压力开关测量空气压力,只有空气压力保持在一个足够高的水平上,预吹扫过程才能持续进行。

点火阶段:伺服马达驱动风门到点火开度状态后,点火变压器切入,并输出高电压给点火电极,以产生点火电火花,约3秒后,程控器送电给安全电磁阀和比例式电磁阀,阀打开后,燃气到达燃烧头,与风机提供的空气混合,然后被点燃。在阀打开后2秒内,电离电极应检测到火焰的存在,只有这样,程控器才继续后面的程序,否则,程控器锁定并断开电磁阀停止供气,同时报警。(在电机启动时间内点火)

正常燃烧阶段:点火正常并稳定燃烧几秒后 ,伺服马达驱动风门到大火开度状态,(燃油机的油泵打开开始喷油)同时,比例式燃气调节阀菜的伺服电机切入,并根据空气压力和炉膛背压来调节燃气阀后的燃气压力以调节燃气量,达到稳定、高效燃烧的目的。此后,燃烧器根据各个限制开关的要求自动实现大小火转换和停机。此外,整个燃烧过程中,电离电极和空气压力开关对燃烧器实行监控。


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