基于歐姆龍CP1H PLC和組態(tài)王的射流泵測(cè)試系統(tǒng)

呂玲，陳國(guó)平，阮德超

（武漢工程大學(xué) 電氣信息學(xué)院，湖北 武漢 430205）

汽車(chē)的制動(dòng)系統(tǒng)狀況是否良好，直接關(guān)系到行車(chē)安全和運(yùn)輸效率。根據(jù)大量的運(yùn)行記錄分析表明，行駛中發(fā)生事故的原因很多與制動(dòng)系統(tǒng)質(zhì)量密切相關(guān)。而真空助力器又是汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)中極為重要的一個(gè)部件，因此開(kāi)發(fā)一套射流泵綜合性能測(cè)試系統(tǒng)具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義，結(jié)合國(guó)內(nèi)外對(duì)真空助力器的一些有效測(cè)試方法[1]，設(shè)計(jì)了一套基于歐姆龍CP1H PLC和組態(tài)王的射流泵測(cè)試系統(tǒng)。

1 射流泵的工作原理

1.1 射流泵的結(jié)構(gòu)

2種典型的射流泵如圖1和圖2所示。圖1為Y形結(jié)構(gòu)的射流泵，圖2為T(mén)形結(jié)構(gòu)的射流泵。射流泵由文氏管、相互獨(dú)立的兩個(gè)膜片式單向閥以及A、B、C 3個(gè)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(nèi)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(jié)構(gòu)原理圖。工作時(shí)，C端接發(fā)動(dòng)機(jī)真空口，B端接真空助力器，A端接空氣濾清器或中冷器。當(dāng)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)后，C端真空通過(guò)B口將助力器中的空氣吸出，此時(shí)單向閥都開(kāi)啟，助力器內(nèi)空氣通過(guò)上氣室通道與下氣室通道、T型引流管、喉管、擴(kuò)散段進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)。當(dāng)助力器的真空度同C處相同后，單向閥2關(guān)閉，單向閥1由于進(jìn)氣歧管處的更大真空的作用仍將打開(kāi)，故助力器中的空氣仍將進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)，直至助力器內(nèi)部的真空度比進(jìn)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(jié)構(gòu)原理圖Fig.3 Structure schematic of jet pum

1.3 射流泵的性能指標(biāo)

按照實(shí)際需要，合格的射流泵必須要具備以下指標(biāo)：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(nèi)獲得500 mbar的真空；3）當(dāng)進(jìn)氣歧管的真空為 400 mbar時(shí)，助力器真空必須要大于600 mbar；4）射流泵在-40~-120℃的環(huán)境下可以良好地工作；5）內(nèi)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(tǒng)的測(cè)試方式

該測(cè)試項(xiàng)目分為合格性測(cè)試和性能測(cè)試，需要測(cè)試射流泵的動(dòng)態(tài)特性、靜態(tài)特性和氣密性。

合格性測(cè)試：在檢測(cè)過(guò)程中一旦某項(xiàng)指標(biāo)不合格，則立即停止測(cè)試，并給出結(jié)論。

性能測(cè)試：測(cè)試過(guò)程不判斷是否合格，待所有測(cè)試內(nèi)容完成后給出實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。

測(cè)試方式分為手動(dòng)和自動(dòng)

自動(dòng)操作時(shí)，當(dāng)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(gè)微動(dòng)開(kāi)關(guān)檢測(cè)是否到位），系統(tǒng)就自動(dòng)進(jìn)入測(cè)試階段；

手動(dòng)時(shí)，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(cè)試按鈕（START），系統(tǒng)才進(jìn)入測(cè)試；

測(cè)試結(jié)束后，系統(tǒng)保存測(cè)試數(shù)據(jù)，給出測(cè)試結(jié)論。

操作過(guò)程中可以按下急停按鈕（STOP）停止測(cè)試。

所有操作參數(shù)的設(shè)定都通過(guò)軌跡球（鼠標(biāo)）完成。操作臺(tái)不設(shè)置普通標(biāo)準(zhǔn)鍵盤(pán)，操作時(shí)顯示屏有軟鍵盤(pán)。

3 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

在測(cè)試系統(tǒng)中，上位機(jī)采用裝有歐姆龍編程軟件和組態(tài)王軟件的研華工控機(jī)，可以進(jìn)行控制算法編程，完成對(duì)硬件的驅(qū)動(dòng)與控制、數(shù)據(jù)顯示、處理與存儲(chǔ)，并為過(guò)程控制提供良好的人機(jī)界面。下位機(jī)采用歐姆龍CP1H PLC，完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各路模擬量的采集。系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框圖如圖5所示。

圖5 射流泵測(cè)試系統(tǒng)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(shí)施

4.1 下位機(jī)程序設(shè)計(jì)

該項(xiàng)目中采用歐姆龍CP1H PLC完成對(duì)射流泵和單向閥的性能測(cè)試，CP1H可編程序控制器是歐姆龍公司為了滿足工業(yè)控制領(lǐng)域?qū)υO(shè)備的高性能、高集成度以及高維護(hù)性能的需求，推出的全新的具有高度擴(kuò)展性的小型一體化可編程控制器[3]。歐姆龍系列PLC在工業(yè)控制中的應(yīng)用非常廣泛[4]。本設(shè)計(jì)中主要用于測(cè)試射流泵的動(dòng)態(tài)特性、靜態(tài)特性及氣密性。根據(jù)模塊化的程序思想，將PLC分為主程序模塊、射流泵靜態(tài)特性模塊、射流泵動(dòng)態(tài)特性模塊、射流泵密閉性模塊、壓力控制模塊、射流泵動(dòng)態(tài)時(shí)間測(cè)定模塊。設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行封裝，使各個(gè)模塊不會(huì)相互干擾。運(yùn)行時(shí)由主程序模塊根據(jù)條件調(diào)用其他各個(gè)模塊，這種模塊化的設(shè)計(jì)思想使得整個(gè)程序結(jié)構(gòu)清晰，運(yùn)行靈活、可靠、維護(hù)方便。動(dòng)態(tài)特性測(cè)試軟件流程圖[5]如圖7所示。

圖7 射流泵動(dòng)態(tài)特性測(cè)試流程圖Fig.7 Dynamic characteristics test flowchart of the jet pump

4.2 上位機(jī)程序設(shè)計(jì)

上位機(jī)程序采用北京亞控組態(tài)王6.53軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，組態(tài)王是一套用于快速構(gòu)造和生成計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件，能夠在Windows平臺(tái)上運(yùn)行。它集控制、數(shù)據(jù)庫(kù)、人機(jī)界面、網(wǎng)絡(luò)和圖形等技術(shù)于一身，包含動(dòng)態(tài)顯示、報(bào)警、控件、趨勢(shì)及網(wǎng)絡(luò)通信等組件，提供一個(gè)友好的用戶界面[6]。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集處理，可實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)定、實(shí)時(shí)控制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)顯示、報(bào)警記錄、操作日志、歷史報(bào)表與實(shí)時(shí)報(bào)表輸出和打印等功能。

打開(kāi)工程瀏覽器，在設(shè)備組態(tài)窗口中選擇適當(dāng)?shù)拇谕ㄓ嵲O(shè)備，在設(shè)備驅(qū)動(dòng)/PLC中選擇歐姆龍CJ1系列HostLink，正確設(shè)置其屬性，正確設(shè)置組態(tài)軟件中數(shù)據(jù)變量設(shè)備通道的連接，即可實(shí)現(xiàn)PLC與組態(tài)軟件的通訊。將PLC中的串口驅(qū)動(dòng)程序與組態(tài)軟件的需求相結(jié)合，使計(jì)算機(jī)對(duì)PLC發(fā)出的信號(hào)有響應(yīng)。在組態(tài)軟件的用戶窗口中制作一個(gè)動(dòng)畫(huà)界面，在界面上設(shè)置各個(gè)屬性，使設(shè)置的畫(huà)面按照真實(shí)的情況動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)射流泵特性的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

圖8 射流泵測(cè)試管理系統(tǒng)Fig.8 Test management system of the jet pump

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

5 結(jié)束語(yǔ)

文中設(shè)計(jì)的射流泵測(cè)試系統(tǒng)具有很高的自動(dòng)化程度，能夠很好的滿足現(xiàn)場(chǎng)控制的要求，該系統(tǒng)已投入運(yùn)行，運(yùn)行效果良好，使用及維護(hù)方便，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

[1]胡博，葉綱，吳超海.基于虛擬儀器的真空助力器測(cè)試系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)[J].制造業(yè)自動(dòng)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(chē)制動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用[C]//中國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì)年會(huì)論文集，2011:490-493.

[3]張進(jìn)峰.歐姆龍CP1H可編程序控制器實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用[J].蘇州市職業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，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(chuàng)業(yè)，王冬青，王偉.基于CP1H型PLC的通信監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)方案設(shè)計(jì)[J].機(jī)械工程與自動(dòng)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(yīng)用基礎(chǔ)與編程實(shí)踐[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[6]王冰，王世明.組態(tài)王相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)研究[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，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.