工业设计论文电子扇测试台控制系统设计

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发布时间：2014-02-26 15:13:58  更新时间：2014-02-26 15:33:57

　　新型PWM电子扇与普通双速冷却风扇相比更加智能化，它集成了电机控制器接受发动机ECU输出的PWM信号调节转速，也可以与ECU进行双向通讯实现堵转保护、反压保护、软启动、过电压/欠电压保护、故障自诊断等保护功能；新型PWM电子扇根据整车运行状态下发动机ECU输出的PWM信号调节转速，节约电能换算为百公里油耗比普通电子扇节约0.3L；新型PWM电子扇还具有无级变速、寿命长、低噪声、低振动、高品质等性能特点。随着车载电子技术的不断完善和发展，新型PWM电子扇将成为新一代车载冷却风扇发展的必然趋势。

　　摘要：本文阐述了用于新型PWM电子扇耐久及性能试验验证的一种模拟车辆工况的测试试验台及其电控系统组成、控制流程及硬件配置，重点介绍了其不同时段不同速度循环控制的实现。

　　关键词：新型PWM电子扇,PLC,控制方式,循环运行

　　0前言

　　目前，国外新型PWM电子扇应用已经成熟，国内正处于研发阶段。国外配置新型PWM电子扇的整车厂有宝马、奥迪等知名厂商；国内配置新型PWM电子扇的整车厂有上海大众、一汽大众、长安福特等整车厂；国内自主车企配置新型PWM电子扇的高档车型有长城、比亚迪等整车厂。今后新型PWM电子扇会进行大量的性能及耐久性试验验证工作，故有必要制作一种用于新型PWM电子扇验证的试验设备。

　　针对以上现状，我们进行了新型PWM电子扇测试试验台的电控系统设计研究。

　　1项目介绍

　　新型PWM电子扇试验测试台控制系统要求能模拟车辆工况，以实现对新型PWM电子扇耐久性及其性能的相关试验验证，包括四个试验项目和相关数据信息的显示。

　　寿命/循环试验：新型PWM电子扇在不同时段循环运行，并监测其运行电流、转速和温升情况。

　　风量/噪声测试试验：电子扇在不同转速下运转时，测试其风量/噪声，并监测其电流大小。

　　占空比与转速关系测试试验：验证电子扇PWM信号占空比改变与转速变化对应关系。

　　振动试验：在各振动点运行一定时间并停止一小段时间切至下一段振动点，重复循环试验，测试完成后所有零件功能损坏和松动情况。

　　2设备结构

　　2.1新型PWM电子扇控制要求

　　从以上项目要求得出，通过PLC编程，以采用PWM技术构成的无级调速系统，调节频率值并改变一个周期内接通和断开的占空比和一定占空比的时间，来控制新型PWM电子扇在所要求的情况下运行，以模拟车辆工况，验证设备各项性能指标。

　　2.2设备的控制结构

　　触摸屏通过设备驱动程序与外部PLC进行实时的数据交换，包括PLC外部数据采集、显示和发送给PLC控制指令。PLC作为信号处理中心，对传感器采集的信号经EM231A/D转化后的数字信号进行逻辑处理，并通过内部程序产生可控PWM波形，实现对PWM电子扇的实时控制和监控。控制结构如图一所示：

　　3系统硬件设计

　　根据系统控制及人机对话要求，系统的硬件配置及I/O分配如图二所示：

　　4电控系统软件设计

　　系统的软件设计包括人机交互界面TPC7062K触摸屏控制设计和系统的主控程序PLC程序设计。

　　4.1人机界面控制设计

　　为实现电子扇各测试项目人机对话要求，需对PWM信号控制输出及电流、转速和温度信号显示。人机对话测试窗口分为：寿命/循环测试参数设置和运行窗口、风量/噪声测试参数设置和运行窗口、占空比与转速关系测试窗口、间歇控制参数设置和运行窗口。寿命/循环测试参数设置窗口如图三所示：

　　4.2主控程序设计

　　主控程序流程图如图四所示：

　　需要说明的是：（1）线路保护主要通EM231的A/D模块采集电流、温度信号进行故障检测；（2）转速测量是将光电传感器输出的高低电平进行检测，输入到PLC并用内部高速计数器应用M/T法进行计算；（3）在耐久性验证中，需要在不同时段不同速度下长时间循环运行，是程序设计的难点。

　　5结束语

　　目前此装置运行稳定。此项目的开发有效解决了新型PWM电子扇耐久性和性能品质亟待验证的问题，其控制策略还可广泛应用于带变频技术的风机、水泵、油泵等的各项性能试验验证中。

　　参考文献：

　　[1]西门子公司SIMATICS7-200中文系统手册[M].北京：西门子公司，2000.

　　[2]TPC7062K/KS初级教程.北京昆仑通态自动化软件科技有限公司，2009.

　　[3]TPC7062K/KS中级教程.北京昆仑通态自动化软件科技有限公司，2009.