基于欧姆龙CP1H PLC和组态王的射流泵测试系统

吕玲，陈国平，阮德超

（武汉工程大学 电气信息学院，湖北 武汉 430205）

汽车的制动系统状况是否良好，直接关系到行车安全和运输效率。根据大量的运行记录分析表明，行驶中发生事故的原因很多与制动系统质量密切相关。而真空助力器又是汽车制动系统中极为重要的一个部件，因此开发一套射流泵综合性能测试系统具有极其重要的现实意义，结合国内外对真空助力器的一些有效测试方法[1]，设计了一套基于欧姆龙CP1H PLC和组态王的射流泵测试系统。

1 射流泵的工作原理

1.1 射流泵的结构

2种典型的射流泵如图1和图2所示。图1为Y形结构的射流泵，图2为T形结构的射流泵。射流泵由文氏管、相互独立的两个膜片式单向阀以及A、B、C 3个接口组成。两种射流泵的不同之处在于T形射流泵的文氏管部分由分立元件改为一次成型元件，内部组成部件比Y形射流泵要少，整体可靠性有所提高。

1.2 射流泵的原理

图3为射流泵的结构原理图。工作时，C端接发动机真空口，B端接真空助力器，A端接空气滤清器或中冷器。当启动发动机后，C端真空通过B口将助力器中的空气吸出，此时单向阀都开启，助力器内空气通过上气室通道与下气室通道、T型引流管、喉管、扩散段进入发动机。当助力器的真空度同C处相同后，单向阀2关闭，单向阀1由于进气歧管处的更大真空的作用仍将打开，故助力器中的空气仍将进入发动机，直至助力器内部的真空度比进气歧管高。

图1 Y形射流泵Fig.1 Y jet pump

图2 T形射流泵Fig.2 T jet pump

图3 射流泵结构原理图Fig.3 Structure schematic of jet pum

1.3 射流泵的性能指标

按照实际需要，合格的射流泵必须要具备以下指标：1）空气流速不大于2.5 kg/h；2）3.5 L的助力器要能在4 s内获得500 mbar的真空；3）当进气歧管的真空为 400 mbar时，助力器真空必须要大于600 mbar；4）射流泵在-40~-120℃的环境下可以良好地工作；5）内部压力泄露值不大于2 mbar/min。图4为推荐的射流泵性能曲线[2]。

图4 射流泵性能曲线Fig.4 Performance curves of jet pump

2 系统的测试方式

该测试项目分为合格性测试和性能测试，需要测试射流泵的动态特性、静态特性和气密性。

合格性测试：在检测过程中一旦某项指标不合格，则立即停止测试，并给出结论。

性能测试：测试过程不判断是否合格，待所有测试内容完成后给出实测数据。

测试方式分为手动和自动

自动操作时，当操作员放好工件，将主操作杆（M01）推到夹紧工件位置后（有两个微动开关检测是否到位），系统就自动进入测试阶段；

手动时，操作员放好工件，主操作杆（M01）推到夹紧工件位置后，需按下测试按钮（START），系统才进入测试；

测试结束后，系统保存测试数据，给出测试结论。

操作过程中可以按下急停按钮（STOP）停止测试。

所有操作参数的设定都通过轨迹球（鼠标）完成。操作台不设置普通标准键盘，操作时显示屏有软键盘。

3 系统的硬件结构

在测试系统中，上位机采用装有欧姆龙编程软件和组态王软件的研华工控机，可以进行控制算法编程，完成对硬件的驱动与控制、数据显示、处理与存储，并为过程控制提供良好的人机界面。下位机采用欧姆龙CP1H PLC，完成对现场各路模拟量的采集。系统的总体设计框图如图5所示。

图5 射流泵测试系统框图Fig.5 Test system diagram of jet pump

PLC的电气接线图如图6所示。

图6 PLC的电气接线图Fig.6 Electrical wiring diagram of PLC

4 控制方案的实施

4.1 下位机程序设计

该项目中采用欧姆龙CP1H PLC完成对射流泵和单向阀的性能测试，CP1H可编程序控制器是欧姆龙公司为了满足工业控制领域对设备的高性能、高集成度以及高维护性能的需求，推出的全新的具有高度扩展性的小型一体化可编程控制器[3]。欧姆龙系列PLC在工业控制中的应用非常广泛[4]。本设计中主要用于测试射流泵的动态特性、静态特性及气密性。根据模块化的程序思想，将PLC分为主程序模块、射流泵静态特性模块、射流泵动态特性模块、射流泵密闭性模块、压力控制模块、射流泵动态时间测定模块。设计过程中对各个模块进行封装，使各个模块不会相互干扰。运行时由主程序模块根据条件调用其他各个模块，这种模块化的设计思想使得整个程序结构清晰，运行灵活、可靠、维护方便。动态特性测试软件流程图[5]如图7所示。

图7 射流泵动态特性测试流程图Fig.7 Dynamic characteristics test flowchart of the jet pump

4.2 上位机程序设计

上位机程序采用北京亚控组态王6.53软件进行设计，组态王是一套用于快速构造和生成计算机监控系统的组态软件，能够在Windows平台上运行。它集控制、数据库、人机界面、网络和图形等技术于一身，包含动态显示、报警、控件、趋势及网络通信等组件，提供一个友好的用户界面[6]。通过对现场数据的采集处理，可实现参数设定、实时控制、数据存储、实时数据动态显示、报警记录、操作日志、历史报表与实时报表输出和打印等功能。

打开工程浏览器，在设备组态窗口中选择适当的串口通讯设备，在设备驱动/PLC中选择欧姆龙CJ1系列HostLink，正确设置其属性，正确设置组态软件中数据变量设备通道的连接，即可实现PLC与组态软件的通讯。将PLC中的串口驱动程序与组态软件的需求相结合，使计算机对PLC发出的信号有响应。在组态软件的用户窗口中制作一个动画界面，在界面上设置各个属性，使设置的画面按照真实的情况动作，从而实现对射流泵特性的实时监控。

图8 射流泵测试管理系统Fig.8 Test management system of the jet pump

图9 射流泵测试流程图Fig.9 Testing flow chart of the jet pump

5 结束语

文中设计的射流泵测试系统具有很高的自动化程度，能够很好的满足现场控制的要求，该系统已投入运行，运行效果良好，使用及维护方便，各项指标均达到了设计要求。

[1]胡博，叶纲，吴超海.基于虚拟仪器的真空助力器测试系统软件设计[J].制造业自动化，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]於涛，程海波.真空射流泵在汽车制动系统中的应用[C]//中国汽车工程学会年会论文集，2011:490-493.

[3]张进峰.欧姆龙CP1H可编程序控制器实训平台的开发及应用[J].苏州市职业大学学报，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]栾创业，王冬青，王伟.基于CP1H型PLC的通信监控网络方案设计[J].机械工程与自动化，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，樊晓兵.欧姆龙CP1H PLC应用基础与编程实践[M].北京:机械工业出版社，2008.

[6]王冰，王世明.组态王相关数据库研究[J].计算机工程与设计，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.