汽車冷卻水泵耐久性自動網絡化測試系統設計
2014-11-05 14:10:18王喜昌
電子技術與軟件工程 2014年18期
摘 要
針對目前汽車冷卻水泵出廠后長期高溫運行出現的泄漏故障率較高的問題，本文設計了一套基于PLC的汽車水泵耐久性自動網絡化測試系統，詳細介紹了系統的總體設計、系統的硬件組成和軟件設計。現場實際測試表明系統具有可靠性高、操作簡單、遠程監控管理等優點，并對系統的未來發展方向提出了展望。
【關鍵詞】汽車冷卻水泵 耐久性測試 PLC 組態軟件
汽車冷卻水泵對發動機進行冷卻，保障發動機在一定溫度范圍內正常運行。若水泵存在泄漏，超過一定密封要求，對發動機的性能、功率、壽命及安全等方面將產生嚴重影響，甚至使汽車不能正常工作。根據QC/T288.2-2001“汽車發動機冷卻水泵試驗方法”中的密封性試驗、汽蝕試驗、可靠性試驗、性能試驗，僅僅是水泵的出廠試驗，而對于長期高溫使用中的密封性質量隱患并未做出可靠的測試。
針對此問題，本文結合設計了一種基于PLC的汽車水泵耐久性自動網絡化測試系統，在汽車水泵按預先定的測試轉速在設定水溫中連續運行后，檢測汽車水泵有無泄漏的情況發生，以此對其耐久性進行測試。該系統已經成功用于某汽車水泵生產企業的產品出廠檢驗。
1 系統總體設計
水泵耐久性自動網絡化測試系統組成如圖1所示。整個系統由電機組調速控制子系統、溫控子系統和遠程監控系統組成。其中PLC為控制核心，通過RS-485協議和變頻器、溫控器進行通訊，一方面控制電機的運轉，模擬出汽車行駛時加減速以及恒速模式；另一方面控制加熱器來對冷卻水加熱，提供汽車水泵運行過程中的熱水。
1.1 調速控制子系統
由PLC、變頻器、電機、水泵等組成。為了提高工作效率采用一拖六的控制方案，即一臺PLC控制6臺水泵，PLC 通過RS-485選定工作電機并控制變頻器來調節相應編號發動機的轉速，用皮帶輪帶動水泵進行運轉，從而模擬出人駕駛汽車加減速以及恒速的模式。
1.2 溫控子系統
由熱電偶、溫控器、固態繼電器等構成。當熱電偶檢測水溫低于PLC的設定時，PLC通過RS-485與溫控器通訊，控制加熱器對水進行加熱，相反，當溫度高于設定溫度時，PLC輸出信號通過溫控器使加熱器停止加熱。
1.3 參數設置
由觸摸屏和PLC構成，測試人員根據待測水泵參數自行設置水溫和轉速以及加減速時間。為了使測試效果更為準確，仿真環境更為逼真，變頻器提供了15段速的速度設置。RS-232與PLC通訊實現整個測試系統的實時在線測試。
2 系統硬件
2.1 調速系統
PLC選用臺達DVP20EH00T型PLC，100-240VAC電源供電、晶體管輸出、12路輸入、8路輸出。變頻器選用臺達VFD150F43風水及專用型變頻器，多段速指令0-15選擇。R、S、T接三相電源，U、V、W通過熔斷器接三相電機，P/B1與B2之間接剎車電阻，剎車電阻的阻值是根據電機的功率選定的。根據說明書的說明，15KW的電機選用的電阻式1000W，50Ω的電阻。接地端子是以特種方式接地的。AFM、ACM分別是模擬電壓輸出端、模擬控制信號共同端，AFM輸出的信號經過電阻和電流計與ACM相連。SG+與SG-是RS-485通訊口，通過RS-485總線與PLC進行通訊，接收PLC發出的指令，然后完成相應的操作。
通訊參數設置：通訊口用COM2，通訊格式為ASCII模式。在PLC中，D1120是16位的數據寄存器，通過設置PLC中16位數據寄存器D1120數值，將PLC的通訊協議與待通訊的從機保持一致。本系統程序中，D1120=HA6，即通訊頻率為38400bps，數據長度為7位，偶校驗，1位停止位。M1120置1，即設定好PLC COM2口通訊協議。變頻器中通訊設置的參數與PLC一致，通訊地址設為1，通訊傳輸速度為38400bps，通訊格式為7 bit for ASCII。
2.2 溫控系統
溫控器采用臺達DTA標準功能型溫度控制器，溫度傳感器采用工業用熱電阻WZC，其類別為銅熱電阻，測溫范圍-50℃-100℃。固態繼電器采用GJ10-W交流過零型。溫控器通訊參數設置要與PLC一致，通訊速率：38400bps，通訊格式：7E1協議即7位數據長，偶校驗，1位停止位。
系統采用PID控制方式，溫控器接入熱電阻后可以感應到外界溫度，從而使溫控器采用相應的操作。當溫度沒有達到要求的溫度時，加熱器開始工作，對水進行加熱。在溫控器工作前，先閉合總開關QK1，后等待PLC控制溫控器工作。當PLC的Y0線圈得電，溫控器開始工作，通過感應水的溫度，采取相應的數據輸出。當水溫低于設定的溫度時，輸出的信號通過固態繼電器GJ10-W隔離后，驅動電流流過加熱器，從而對水進行加熱。
2.3 觸摸屏
觸摸屏采用昆侖通態的TPC7062Hi，該觸摸屏以嵌入式低功耗CPU為核心（主頻600Hz），采用7寸高亮度TFT液晶顯示屏（分辨率800×480）和四線電阻式觸摸屏（分辨率1024×1024）。外部接口RS232、RS485、USB2.0、RJ45各一個。
3 系統軟件設計
3.1 MCGS軟件設計
MCGS軟件設計包括上位機子程序和觸摸屏子程序兩部分。上位機子程序主要包括主控界面、遠程監控界面、實時數據查詢界面等，如圖2所示。
遠程監控界面實現可視化的實時在線監控，操作界面如圖3所示。
觸摸屏子程序實現系統初始化、參數設定、現場運行監控、故障診斷等。其中參數設定界面又分為溫度參數設定界面和變頻器參數設定界面。
3.2 PLC程序設計
PLC的程序是在WPLSoft_V2.33環境下，用梯形圖進行編程。采用模塊化程序結構，在不同的模塊中分別實現溫控、轉速控制等任務，方便程序修改與維護。PLC程序流程圖如圖4所示。
4 結束語
基于PLC的汽車水泵耐久性自動網絡化測試系統集多種技術于一體，自動化程度高、抗干擾能力強，操作簡單，已經成功用于汽車水泵生產企業的產品出廠檢驗。隨著技術深入，該系統有望利用高性能的水泵振動試驗臺，更逼真地模擬汽車在不同路面的運行環境，更進一步完善測試系統。
參考文獻
[1]歐陽卡，鄒登紀.淺議微型汽車用發動機水泵水封密封性的改善[J].裝備制造技術，2010（7）：139-140.
[2]吳建港，冷永剛，楊彩云.基于終端服務的水泵機組遠程在線監測診斷系統[J].自動化與儀表，2004（2）：38-40.
[3]曹恒，張周岳，董如金，李曉雪，吳昊.實時機泵狀態監測與故障診斷系統[J].儀表技術與傳感器，2009（7）：90-92.
[4]張忠義.基于C8051F120的水泵全性能測試系統的研究[J].制造業自動化，2011（9）：40-42.
[5]鐘紹俊，解建，程永恩.汽車發動機冷卻水泵可靠性測試[J].機床與液壓，2009，37（1）：120-123.
作者簡介
王喜昌（1973-），男，河南省魯山縣人。電子科技大學計算機技術應用專業碩士研究生學位。現為河南省直網管中心高級講師、主任。研究方向為計算機網絡綜合管理、網絡安全等。
作者單位
河南省直網管中心 河南省鄭州市 450001endprint
摘 要
針對目前汽車冷卻水泵出廠后長期高溫運行出現的泄漏故障率較高的問題，本文設計了一套基于PLC的汽車水泵耐久性自動網絡化測試系統，詳細介紹了系統的總體設計、系統的硬件組成和軟件設計。現場實際測試表明系統具有可靠性高、操作簡單、遠程監控管理等優點，并對系統的未來發展方向提出了展望。
【關鍵詞】汽車冷卻水泵 耐久性測試 PLC 組態軟件
汽車冷卻水泵對發動機進行冷卻，保障發動機在一定溫度范圍內正常運行。若水泵存在泄漏，超過一定密封要求，對發動機的性能、功率、壽命及安全等方面將產生嚴重影響，甚至使汽車不能正常工作。根據QC/T288.2-2001“汽車發動機冷卻水泵試驗方法”中的密封性試驗、汽蝕試驗、可靠性試驗、性能試驗，僅僅是水泵的出廠試驗，而對于長期高溫使用中的密封性質量隱患并未做出可靠的測試。
針對此問題，本文結合設計了一種基于PLC的汽車水泵耐久性自動網絡化測試系統，在汽車水泵按預先定的測試轉速在設定水溫中連續運行后，檢測汽車水泵有無泄漏的情況發生，以此對其耐久性進行測試。該系統已經成功用于某汽車水泵生產企業的產品出廠檢驗。
1 系統總體設計
水泵耐久性自動網絡化測試系統組成如圖1所示。整個系統由電機組調速控制子系統、溫控子系統和遠程監控系統組成。其中PLC為控制核心，通過RS-485協議和變頻器、溫控器進行通訊，一方面控制電機的運轉，模擬出汽車行駛時加減速以及恒速模式；另一方面控制加熱器來對冷卻水加熱，提供汽車水泵運行過程中的熱水。
1.1 調速控制子系統
由PLC、變頻器、電機、水泵等組成。為了提高工作效率采用一拖六的控制方案，即一臺PLC控制6臺水泵，PLC 通過RS-485選定工作電機并控制變頻器來調節相應編號發動機的轉速，用皮帶輪帶動水泵進行運轉，從而模擬出人駕駛汽車加減速以及恒速的模式。
1.2 溫控子系統
由熱電偶、溫控器、固態繼電器等構成。當熱電偶檢測水溫低于PLC的設定時，PLC通過RS-485與溫控器通訊，控制加熱器對水進行加熱，相反，當溫度高于設定溫度時，PLC輸出信號通過溫控器使加熱器停止加熱。
1.3 參數設置
由觸摸屏和PLC構成，測試人員根據待測水泵參數自行設置水溫和轉速以及加減速時間。為了使測試效果更為準確，仿真環境更為逼真，變頻器提供了15段速的速度設置。RS-232與PLC通訊實現整個測試系統的實時在線測試。
2 系統硬件
2.1 調速系統
PLC選用臺達DVP20EH00T型PLC，100-240VAC電源供電、晶體管輸出、12路輸入、8路輸出。變頻器選用臺達VFD150F43風水及專用型變頻器，多段速指令0-15選擇。R、S、T接三相電源，U、V、W通過熔斷器接三相電機，P/B1與B2之間接剎車電阻，剎車電阻的阻值是根據電機的功率選定的。根據說明書的說明，15KW的電機選用的電阻式1000W，50Ω的電阻。接地端子是以特種方式接地的。AFM、ACM分別是模擬電壓輸出端、模擬控制信號共同端，AFM輸出的信號經過電阻和電流計與ACM相連。SG+與SG-是RS-485通訊口，通過RS-485總線與PLC進行通訊，接收PLC發出的指令，然后完成相應的操作。
通訊參數設置：通訊口用COM2，通訊格式為ASCII模式。在PLC中，D1120是16位的數據寄存器，通過設置PLC中16位數據寄存器D1120數值，將PLC的通訊協議與待通訊的從機保持一致。本系統程序中，D1120=HA6，即通訊頻率為38400bps，數據長度為7位，偶校驗，1位停止位。M1120置1，即設定好PLC COM2口通訊協議。變頻器中通訊設置的參數與PLC一致，通訊地址設為1，通訊傳輸速度為38400bps，通訊格式為7 bit for ASCII。
2.2 溫控系統
溫控器采用臺達DTA標準功能型溫度控制器，溫度傳感器采用工業用熱電阻WZC，其類別為銅熱電阻，測溫范圍-50℃-100℃。固態繼電器采用GJ10-W交流過零型。溫控器通訊參數設置要與PLC一致，通訊速率：38400bps，通訊格式：7E1協議即7位數據長，偶校驗，1位停止位。
系統采用PID控制方式，溫控器接入熱電阻后可以感應到外界溫度，從而使溫控器采用相應的操作。當溫度沒有達到要求的溫度時，加熱器開始工作，對水進行加熱。在溫控器工作前，先閉合總開關QK1，后等待PLC控制溫控器工作。當PLC的Y0線圈得電，溫控器開始工作，通過感應水的溫度，采取相應的數據輸出。當水溫低于設定的溫度時，輸出的信號通過固態繼電器GJ10-W隔離后，驅動電流流過加熱器，從而對水進行加熱。
2.3 觸摸屏
觸摸屏采用昆侖通態的TPC7062Hi，該觸摸屏以嵌入式低功耗CPU為核心（主頻600Hz），采用7寸高亮度TFT液晶顯示屏（分辨率800×480）和四線電阻式觸摸屏（分辨率1024×1024）。外部接口RS232、RS485、USB2.0、RJ45各一個。
3 系統軟件設計
3.1 MCGS軟件設計
MCGS軟件設計包括上位機子程序和觸摸屏子程序兩部分。上位機子程序主要包括主控界面、遠程監控界面、實時數據查詢界面等，如圖2所示。
遠程監控界面實現可視化的實時在線監控，操作界面如圖3所示。
觸摸屏子程序實現系統初始化、參數設定、現場運行監控、故障診斷等。其中參數設定界面又分為溫度參數設定界面和變頻器參數設定界面。
3.2 PLC程序設計
PLC的程序是在WPLSoft_V2.33環境下，用梯形圖進行編程。采用模塊化程序結構，在不同的模塊中分別實現溫控、轉速控制等任務，方便程序修改與維護。PLC程序流程圖如圖4所示。
4 結束語
基于PLC的汽車水泵耐久性自動網絡化測試系統集多種技術于一體，自動化程度高、抗干擾能力強，操作簡單，已經成功用于汽車水泵生產企業的產品出廠檢驗。隨著技術深入，該系統有望利用高性能的水泵振動試驗臺，更逼真地模擬汽車在不同路面的運行環境，更進一步完善測試系統。
參考文獻
[1]歐陽卡，鄒登紀.淺議微型汽車用發動機水泵水封密封性的改善[J].裝備制造技術，2010（7）：139-140.
[2]吳建港，冷永剛，楊彩云.基于終端服務的水泵機組遠程在線監測診斷系統[J].自動化與儀表，2004（2）：38-40.
[3]曹恒，張周岳，董如金，李曉雪，吳昊.實時機泵狀態監測與故障診斷系統[J].儀表技術與傳感器，2009（7）：90-92.
[4]張忠義.基于C8051F120的水泵全性能測試系統的研究[J].制造業自動化，2011（9）：40-42.
[5]鐘紹俊，解建，程永恩.汽車發動機冷卻水泵可靠性測試[J].機床與液壓，2009，37（1）：120-123.
作者簡介
王喜昌（1973-），男，河南省魯山縣人。電子科技大學計算機技術應用專業碩士研究生學位。現為河南省直網管中心高級講師、主任。研究方向為計算機網絡綜合管理、網絡安全等。
作者單位
河南省直網管中心 河南省鄭州市 450001endprint
摘 要
針對目前汽車冷卻水泵出廠后長期高溫運行出現的泄漏故障率較高的問題，本文設計了一套基于PLC的汽車水泵耐久性自動網絡化測試系統，詳細介紹了系統的總體設計、系統的硬件組成和軟件設計。現場實際測試表明系統具有可靠性高、操作簡單、遠程監控管理等優點，并對系統的未來發展方向提出了展望。
【關鍵詞】汽車冷卻水泵 耐久性測試 PLC 組態軟件
汽車冷卻水泵對發動機進行冷卻，保障發動機在一定溫度范圍內正常運行。若水泵存在泄漏，超過一定密封要求，對發動機的性能、功率、壽命及安全等方面將產生嚴重影響，甚至使汽車不能正常工作。根據QC/T288.2-2001“汽車發動機冷卻水泵試驗方法”中的密封性試驗、汽蝕試驗、可靠性試驗、性能試驗，僅僅是水泵的出廠試驗，而對于長期高溫使用中的密封性質量隱患并未做出可靠的測試。
針對此問題，本文結合設計了一種基于PLC的汽車水泵耐久性自動網絡化測試系統，在汽車水泵按預先定的測試轉速在設定水溫中連續運行后，檢測汽車水泵有無泄漏的情況發生，以此對其耐久性進行測試。該系統已經成功用于某汽車水泵生產企業的產品出廠檢驗。
1 系統總體設計
水泵耐久性自動網絡化測試系統組成如圖1所示。整個系統由電機組調速控制子系統、溫控子系統和遠程監控系統組成。其中PLC為控制核心，通過RS-485協議和變頻器、溫控器進行通訊，一方面控制電機的運轉，模擬出汽車行駛時加減速以及恒速模式；另一方面控制加熱器來對冷卻水加熱，提供汽車水泵運行過程中的熱水。
1.1 調速控制子系統
由PLC、變頻器、電機、水泵等組成。為了提高工作效率采用一拖六的控制方案，即一臺PLC控制6臺水泵，PLC 通過RS-485選定工作電機并控制變頻器來調節相應編號發動機的轉速，用皮帶輪帶動水泵進行運轉，從而模擬出人駕駛汽車加減速以及恒速的模式。
1.2 溫控子系統
由熱電偶、溫控器、固態繼電器等構成。當熱電偶檢測水溫低于PLC的設定時，PLC通過RS-485與溫控器通訊，控制加熱器對水進行加熱，相反，當溫度高于設定溫度時，PLC輸出信號通過溫控器使加熱器停止加熱。
1.3 參數設置
由觸摸屏和PLC構成，測試人員根據待測水泵參數自行設置水溫和轉速以及加減速時間。為了使測試效果更為準確，仿真環境更為逼真，變頻器提供了15段速的速度設置。RS-232與PLC通訊實現整個測試系統的實時在線測試。
2 系統硬件
2.1 調速系統
PLC選用臺達DVP20EH00T型PLC，100-240VAC電源供電、晶體管輸出、12路輸入、8路輸出。變頻器選用臺達VFD150F43風水及專用型變頻器，多段速指令0-15選擇。R、S、T接三相電源，U、V、W通過熔斷器接三相電機，P/B1與B2之間接剎車電阻，剎車電阻的阻值是根據電機的功率選定的。根據說明書的說明，15KW的電機選用的電阻式1000W，50Ω的電阻。接地端子是以特種方式接地的。AFM、ACM分別是模擬電壓輸出端、模擬控制信號共同端，AFM輸出的信號經過電阻和電流計與ACM相連。SG+與SG-是RS-485通訊口，通過RS-485總線與PLC進行通訊，接收PLC發出的指令，然后完成相應的操作。
通訊參數設置：通訊口用COM2，通訊格式為ASCII模式。在PLC中，D1120是16位的數據寄存器，通過設置PLC中16位數據寄存器D1120數值，將PLC的通訊協議與待通訊的從機保持一致。本系統程序中，D1120=HA6，即通訊頻率為38400bps，數據長度為7位，偶校驗，1位停止位。M1120置1，即設定好PLC COM2口通訊協議。變頻器中通訊設置的參數與PLC一致，通訊地址設為1，通訊傳輸速度為38400bps，通訊格式為7 bit for ASCII。
2.2 溫控系統
溫控器采用臺達DTA標準功能型溫度控制器，溫度傳感器采用工業用熱電阻WZC，其類別為銅熱電阻，測溫范圍-50℃-100℃。固態繼電器采用GJ10-W交流過零型。溫控器通訊參數設置要與PLC一致，通訊速率：38400bps，通訊格式：7E1協議即7位數據長，偶校驗，1位停止位。
系統采用PID控制方式，溫控器接入熱電阻后可以感應到外界溫度，從而使溫控器采用相應的操作。當溫度沒有達到要求的溫度時，加熱器開始工作，對水進行加熱。在溫控器工作前，先閉合總開關QK1，后等待PLC控制溫控器工作。當PLC的Y0線圈得電，溫控器開始工作，通過感應水的溫度，采取相應的數據輸出。當水溫低于設定的溫度時，輸出的信號通過固態繼電器GJ10-W隔離后，驅動電流流過加熱器，從而對水進行加熱。
2.3 觸摸屏
觸摸屏采用昆侖通態的TPC7062Hi，該觸摸屏以嵌入式低功耗CPU為核心（主頻600Hz），采用7寸高亮度TFT液晶顯示屏（分辨率800×480）和四線電阻式觸摸屏（分辨率1024×1024）。外部接口RS232、RS485、USB2.0、RJ45各一個。
3 系統軟件設計
3.1 MCGS軟件設計
MCGS軟件設計包括上位機子程序和觸摸屏子程序兩部分。上位機子程序主要包括主控界面、遠程監控界面、實時數據查詢界面等，如圖2所示。
遠程監控界面實現可視化的實時在線監控，操作界面如圖3所示。
觸摸屏子程序實現系統初始化、參數設定、現場運行監控、故障診斷等。其中參數設定界面又分為溫度參數設定界面和變頻器參數設定界面。
3.2 PLC程序設計
PLC的程序是在WPLSoft_V2.33環境下，用梯形圖進行編程。采用模塊化程序結構，在不同的模塊中分別實現溫控、轉速控制等任務，方便程序修改與維護。PLC程序流程圖如圖4所示。
4 結束語
基于PLC的汽車水泵耐久性自動網絡化測試系統集多種技術于一體，自動化程度高、抗干擾能力強，操作簡單，已經成功用于汽車水泵生產企業的產品出廠檢驗。隨著技術深入，該系統有望利用高性能的水泵振動試驗臺，更逼真地模擬汽車在不同路面的運行環境，更進一步完善測試系統。
參考文獻
[1]歐陽卡，鄒登紀.淺議微型汽車用發動機水泵水封密封性的改善[J].裝備制造技術，2010（7）：139-140.
[2]吳建港，冷永剛，楊彩云.基于終端服務的水泵機組遠程在線監測診斷系統[J].自動化與儀表，2004（2）：38-40.
[3]曹恒，張周岳，董如金，李曉雪，吳昊.實時機泵狀態監測與故障診斷系統[J].儀表技術與傳感器，2009（7）：90-92.
[4]張忠義.基于C8051F120的水泵全性能測試系統的研究[J].制造業自動化，2011（9）：40-42.
[5]鐘紹俊，解建，程永恩.汽車發動機冷卻水泵可靠性測試[J].機床與液壓，2009，37（1）：120-123.
作者簡介
王喜昌（1973-），男，河南省魯山縣人。電子科技大學計算機技術應用專業碩士研究生學位。現為河南省直網管中心高級講師、主任。研究方向為計算機網絡綜合管理、網絡安全等。
作者單位
河南省直網管中心 河南省鄭州市 450001endprint
