基于歐姆龍CP1H PLC和組態王的射流泵測試系統

呂玲，陳國平，阮德超

（武漢工程大學 電氣信息學院，湖北 武漢 430205）

汽車的制動系統狀況是否良好，直接關系到行車安全和運輸效率。根據大量的運行記錄分析表明，行駛中發生事故的原因很多與制動系統質量密切相關。而真空助力器又是汽車制動系統中極為重要的一個部件，因此開發一套射流泵綜合性能測試系統具有極其重要的現實意義，結合國內外對真空助力器的一些有效測試方法[1]，設計了一套基于歐姆龍CP1H PLC和組態王的射流泵測試系統。

1 射流泵的工作原理

1.1 射流泵的結構

2種典型的射流泵如圖1和圖2所示。圖1為Y形結構的射流泵，圖2為T形結構的射流泵。射流泵由文氏管、相互獨立的兩個膜片式單向閥以及A、B、C 3個接口組成。兩種射流泵的不同之處在于T形射流泵的文氏管部分由分立元件改為一次成型元件，內部組成部件比Y形射流泵要少，整體可靠性有所提高。

1.2 射流泵的原理

圖3為射流泵的結構原理圖。工作時，C端接發動機真空口，B端接真空助力器，A端接空氣濾清器或中冷器。當啟動發動機后，C端真空通過B口將助力器中的空氣吸出，此時單向閥都開啟，助力器內空氣通過上氣室通道與下氣室通道、T型引流管、喉管、擴散段進入發動機。當助力器的真空度同C處相同后，單向閥2關閉，單向閥1由于進氣歧管處的更大真空的作用仍將打開，故助力器中的空氣仍將進入發動機，直至助力器內部的真空度比進氣歧管高。

圖1 Y形射流泵Fig.1 Y jet pump

圖2 T形射流泵Fig.2 T jet pump

圖3 射流泵結構原理圖Fig.3 Structure schematic of jet pum

1.3 射流泵的性能指標

按照實際需要，合格的射流泵必須要具備以下指標：1）空氣流速不大于2.5 kg/h；2）3.5 L的助力器要能在4 s內獲得500 mbar的真空；3）當進氣歧管的真空為 400 mbar時，助力器真空必須要大于600 mbar；4）射流泵在-40~-120℃的環境下可以良好地工作；5）內部壓力泄露值不大于2 mbar/min。圖4為推薦的射流泵性能曲線[2]。

圖4 射流泵性能曲線Fig.4 Performance curves of jet pump

2 系統的測試方式

該測試項目分為合格性測試和性能測試，需要測試射流泵的動態特性、靜態特性和氣密性。

合格性測試：在檢測過程中一旦某項指標不合格，則立即停止測試，并給出結論。

性能測試：測試過程不判斷是否合格，待所有測試內容完成后給出實測數據。

測試方式分為手動和自動

自動操作時，當操作員放好工件，將主操作桿（M01）推到夾緊工件位置后（有兩個微動開關檢測是否到位），系統就自動進入測試階段；

手動時，操作員放好工件，主操作桿（M01）推到夾緊工件位置后，需按下測試按鈕（START），系統才進入測試；

測試結束后，系統保存測試數據，給出測試結論。

操作過程中可以按下急停按鈕（STOP）停止測試。

所有操作參數的設定都通過軌跡球（鼠標）完成。操作臺不設置普通標準鍵盤，操作時顯示屏有軟鍵盤。

3 系統的硬件結構

在測試系統中，上位機采用裝有歐姆龍編程軟件和組態王軟件的研華工控機，可以進行控制算法編程，完成對硬件的驅動與控制、數據顯示、處理與存儲，并為過程控制提供良好的人機界面。下位機采用歐姆龍CP1H PLC，完成對現場各路模擬量的采集。系統的總體設計框圖如圖5所示。

圖5 射流泵測試系統框圖Fig.5 Test system diagram of jet pump

PLC的電氣接線圖如圖6所示。

圖6 PLC的電氣接線圖Fig.6 Electrical wiring diagram of PLC

4 控制方案的實施

4.1 下位機程序設計

該項目中采用歐姆龍CP1H PLC完成對射流泵和單向閥的性能測試，CP1H可編程序控制器是歐姆龍公司為了滿足工業控制領域對設備的高性能、高集成度以及高維護性能的需求，推出的全新的具有高度擴展性的小型一體化可編程控制器[3]。歐姆龍系列PLC在工業控制中的應用非常廣泛[4]。本設計中主要用于測試射流泵的動態特性、靜態特性及氣密性。根據模塊化的程序思想，將PLC分為主程序模塊、射流泵靜態特性模塊、射流泵動態特性模塊、射流泵密閉性模塊、壓力控制模塊、射流泵動態時間測定模塊。設計過程中對各個模塊進行封裝，使各個模塊不會相互干擾。運行時由主程序模塊根據條件調用其他各個模塊，這種模塊化的設計思想使得整個程序結構清晰，運行靈活、可靠、維護方便。動態特性測試軟件流程圖[5]如圖7所示。

圖7 射流泵動態特性測試流程圖Fig.7 Dynamic characteristics test flowchart of the jet pump

4.2 上位機程序設計

上位機程序采用北京亞控組態王6.53軟件進行設計，組態王是一套用于快速構造和生成計算機監控系統的組態軟件，能夠在Windows平臺上運行。它集控制、數據庫、人機界面、網絡和圖形等技術于一身，包含動態顯示、報警、控件、趨勢及網絡通信等組件，提供一個友好的用戶界面[6]。通過對現場數據的采集處理，可實現參數設定、實時控制、數據存儲、實時數據動態顯示、報警記錄、操作日志、歷史報表與實時報表輸出和打印等功能。

打開工程瀏覽器，在設備組態窗口中選擇適當的串口通訊設備，在設備驅動/PLC中選擇歐姆龍CJ1系列HostLink，正確設置其屬性，正確設置組態軟件中數據變量設備通道的連接，即可實現PLC與組態軟件的通訊。將PLC中的串口驅動程序與組態軟件的需求相結合，使計算機對PLC發出的信號有響應。在組態軟件的用戶窗口中制作一個動畫界面，在界面上設置各個屬性，使設置的畫面按照真實的情況動作，從而實現對射流泵特性的實時監控。

圖8 射流泵測試管理系統Fig.8 Test management system of the jet pump

圖9 射流泵測試流程圖Fig.9 Testing flow chart of the jet pump

5 結束語

文中設計的射流泵測試系統具有很高的自動化程度，能夠很好的滿足現場控制的要求，該系統已投入運行，運行效果良好，使用及維護方便，各項指標均達到了設計要求。

[1]胡博，葉綱，吳超海.基于虛擬儀器的真空助力器測試系統軟件設計[J].制造業自動化，2011，33（5）:77-79.HU Bo，YE Gang，WU Chao-hai.Design of the software based on virtual instrument for vacuum booster test system[J].Manufacturing Automation，2011，33（5）:77-79.

[2]於濤，程海波.真空射流泵在汽車制動系統中的應用[C]//中國汽車工程學會年會論文集，2011:490-493.

[3]張進峰.歐姆龍CP1H可編程序控制器實訓平臺的開發及應用[J].蘇州市職業大學學報，2008，19（1）:88-91.ZHANG Jin-feng.The development and application of omron cp1h programmable controller training platform[J].Academic newspaperof Suzhou Vocational University，2008，19（1）:88-91.

[4]欒創業，王冬青，王偉.基于CP1H型PLC的通信監控網絡方案設計[J].機械工程與自動化，2008（5）:49-51.LUAN Chuang-ye，WANG Dong-qing，WANG Wei.Communication monitoring network design based on CP1H PLC[J].Mechanical Engineering and Automation，2008（5）:49-51.

[5]霍罡，樊曉兵.歐姆龍CP1H PLC應用基礎與編程實踐[M].北京:機械工業出版社，2008.

[6]王冰，王世明.組態王相關數據庫研究[J].計算機工程與設計，2008，29（4）:1025-1027.WANG Bing，WANG Shi-ming.Related database research of kingview[J].Computer Engineering and Design，2008，29（4）:1025-1027.