基于PLC技術的發動機電控實訓故障設置裝置的開發

何川 姚本航 張奎 陳玉強

【摘? 要】為避免在發動機電子控制系統實踐教學中因故障設置給教學設備帶來的硬傷，論文基于PLC技術開發了發動機電控實訓故障設置裝置。論文主要從該裝置的主要特點、研制工作思路、故障設置策略、PLC程序設計、驗證調試等方面對研制開發工作思路、控制策略、設計原理等進行論述。

【Abstract】In order to avoid the hard injury to teaching equipment caused by fault setting in the practical teaching of engine electronic control system， this paper develops the fault setting device of engine electronic control practical training based on PLC technology. This paper mainly discusses the working idea， control strategy and design principle of the research and development from the aspects of main characteristics of the device， development work ideas， fault setting strategies， PLC programming， verification and debugging.

【關鍵詞】發動機電子控制系統;故障設置;PLC控制

【Keywords】engine electronic control system; fault setting; PLC control

【中圖分類號】U464? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2020）08-0183-02

1 引言

當前，發動機電子控制系統已廣泛應用于傳統燃油汽車領域，在大中專院校汽車類專業的實踐教學中，對發動機電子控制系統的學習成為一個必不可少的重要內容。有關發動機電子控制系統的學習和實訓內容一般包括系統各組件識別、各組件的檢測、系統常見故障檢測與診斷等項目。而這些實訓項目的開展所必需的設備就是發動機電控實訓臺架或整車。為取得良好的培訓效果，在實踐教學中，指導教師經常會通過在發動機控制系統中設置一些常見故障（如斷路、短路等），而常用的故障設置方法有插接器松脫、剪斷線路等，類似的故障設置方法簡單、粗暴，容易給實訓臺架帶來“硬傷”，造成設備容易損壞、實踐教學耗材成本提高、教師課后故障修復工作量大、后遺故障隱患多等諸多弊端。為克服以上弊端，我們基于PLC技術開發了發動機電控實訓故障設置裝置。

2 項目所研制的發動機電控實訓故障設置裝置的主要特點

①具有相應的快速接駁接口，可以根據發動機電子控制系統的具體控制線路進行靈活調整，具有較廣的適配性。②觸屏式故障設置操作面板，簡潔明了，操作簡單。③通過設置線路檢測點，方便使用萬用表、示波器等檢測工具進行發動機電子控制系統傳感器、執行器信號的采集及檢測。④通過變換的接線及接線端，方便開展控制系統原理及控制線路的學習。⑤一鍵故障清除和設備復位功能。設置故障一鍵清除功能，教師可以視學員學習情況，一鍵清除所有故障，也可以逐個清除故障。

3 研制工作路線

為了順利完成該裝置的研制工作，項目組制定了如圖1所示的研制工作路線。

4 發動機選型

本次開發主要以上汽通用五菱寶駿630（2016款）為參照車型，該車型的發動機（發動機型號：L2B，Delphi電控系統）廣泛裝配于寶駿1.5L系列車型上。寶駿汽車近幾年產銷量全國領先，市場保有量大，因此，以該發動機作為參照原型具有典型的代表性。

5 故障設置策略

5.1 基本策略

本項目所設計的故障設置裝置主要組件有PLC主機、繼電器、供電電源、連接導線、對接插頭等，線路連接圖如圖2所示。實訓時基本操作流程包括：①將該故障設置裝置通過對接插頭接入發動機實訓臺架或整車控制線路，完成硬件的連接;②在PLC觸屏點擊相應按鍵即完成故障設置，PLC根據設計的控制程序控制繼電器線圈通電，從而使繼電器開關斷開和閉合，從而實現發動機ECU相關線路狀態的改變，引發故障;③學員根據發動機所表現出來的故障現象，并通過裝置所設計的線路檢測端口借助萬用表、故障診斷儀、示波器等檢測設備進行相關參數的測試和數據分析，實現對故障的診斷，確定故障部件;④當學員準確確定故障原因與部位，需要進行故障排除時，指導教師可通過觸屏按鍵操作，通過PLC指令，使線路恢復正常，從而實現故障的快速清除。

5.2 所設置的故障類型及故障設置機理

該裝置所用設置的故障類型主要為線路的斷路、短路、接觸不良等故障。

通過在發動機控制系統線路中串聯受PLC控制的繼電器，由繼電器控制線路的通斷、接地、虛接等方式來實現故障的設置。

6 PLC主機及程序設計

根據裝置功能要求選用中控優達PLC一體機作為控制主機，采用GX Developer軟件進行編程，人機界面采用YKHMI組態軟件進行編程，其工作流程如圖3所示。

程序控制流程圖如圖4所示。

6.1 控制程序的設計

如圖5所示，M0是一個常開繼電器，每一個M0代表一個故障，M12是個常閉繼電器。當在屏幕上選擇故障時，即M0閉合，輸出端Y2得電。與Y2相連的外部電路接通，實現對外部電路中繼電器的控制。與另一路當Y2得電時，M0得電，即M0永久得電，Y2也永久得電，完成自鎖。

6.2 計時器程序設計

計時器程序如圖6所示，實現以1s為單位的計時功能和歸零。①計時功能的實現：M8013、M20、M21都是常開繼電器，但M8013是以1s的頻率周期震蕩的特殊繼電器。當閉合M20時，M8013每秒閉合1次，將數據存儲在D5，屏幕通過監控位置D5就可以實現計時功能，該種方式所計時間是以秒為單位的。命令MOV是將KO中的數值傳遞給D5，因為沒有用到K0，所以K0中的數值為0。②計時歸零功能的實現：當閉合M21時，將0傳遞給D5，屏幕程序監視到D5為0時，即顯示為0，完成對計時器的清零，實現歸零。

6.3 人機界面顯示設計

所設計裝置的人機界面，設計了故障設置、計時器、故障詳情三個觸屏按鍵，其具體功能為：①“故障設置”按鍵：故障點設置界面，從“故障一”到“故障十二”，總共設有12個二級觸屏按鍵，分別對應各個繼電器和各故障，從中選擇某一按鍵點擊，即可完成相應故障的設置。②“計時器”按鍵：用于計時，在考核時作為輔助用具。教師在選擇完故障之后，點擊計時器，即可自動計時，作為衡量成績的一個參考。③“故障詳情”按鍵：用于教師查詢故障設置的具體內容。

7 驗證調試

為了確保產品是否可以正常使用，使用期間是否可靠，項目組對產品進行了調試。

首先對PLC的程序進行調試，然后測試不設置故障時發動機能否正常工作，是否影響發動機性能;其次，操作界面進行故障設置，觀察發動機是否出現相應故障，并記錄實驗現象，實驗數據。①PLC程序調試：將PLC程序與人機界面程序下載到一體機，當在屏幕上選擇故障時聽到“嗒”的一聲即說明程序正常啟動。②故障設置調試：首先進行原機測試，確保發動機自身無故障;將各部分連接好，接入發動機，逐個測試，觀察發動機所表現的故障癥狀，同時通過發動機故障診斷儀對故障碼和數據流進行監測，各項驗證結果應符合設計要求。

驗證調試表明，該故障設置裝置實現了設定的功能，工作穩定可靠。

【參考文獻】

【1】李春明，劉艷莉，張軍.汽車故障診斷方法與維修技術：第3版[M].北京：北京理工大學出版社，2013.

【2】付百學.汽車電子控制技術（上冊）[M].北京：機械工業出版社，2010.

【3】張應龍.PLC編程入門及工程實例[M].北京：化學工業出版社，2016.