易俊，李妮妮

(廣州機(jī)械科學(xué)研究院有限公司，廣東廣州 510700)

汽車空調(diào)系統(tǒng)電機(jī)耐久試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)

易俊，李妮妮

(廣州機(jī)械科學(xué)研究院有限公司，廣東廣州 510700)

設(shè)計(jì)一種用于空調(diào)系統(tǒng)電機(jī)耐久試驗(yàn)的裝置，該裝置主要由研華USB-4711A數(shù)據(jù)采集卡及繼電器(電磁繼電器及固態(tài)繼電器)組成。采集卡采集與執(zhí)行電機(jī)相連的滑動(dòng)變阻器的電壓，確定電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)位置，實(shí)現(xiàn)電機(jī)自動(dòng)換向，避免電機(jī)到極限位置后繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)、碰到限位裝置而被卡住、電流突然增加而燒毀電機(jī)的危險(xiǎn)。此試驗(yàn)裝置通過數(shù)據(jù)采集卡控制固態(tài)繼電器，間接控制電磁繼電器通斷。通過合理設(shè)置電磁繼電器的接線方式，實(shí)現(xiàn)一個(gè)電磁繼電器通斷電就可以控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)的功能。

電機(jī)耐久試驗(yàn)；數(shù)據(jù)采集卡；電機(jī)自動(dòng)換向；固態(tài)繼電器

0 引言

汽車空調(diào)包括內(nèi)外循環(huán)執(zhí)行器、溫度循環(huán)執(zhí)行器、模式執(zhí)行器，它們通過各自的電機(jī)控制實(shí)現(xiàn)空調(diào)內(nèi)、外循環(huán)，制冷、制熱及吹臉、吹腳或者除霜等功能。這些功能幾乎在每次開車的時(shí)候都會(huì)用到，因此對(duì)其耐久性進(jìn)行驗(yàn)證非常必要。

內(nèi)外循環(huán)執(zhí)行器的電機(jī)一個(gè)工作循環(huán)為：從內(nèi)循環(huán)到外循環(huán)，再反轉(zhuǎn)到內(nèi)循環(huán)為一個(gè)工作循環(huán)，溫度循環(huán)執(zhí)行器及模式執(zhí)行器工作方式基本一致。

1 技術(shù)實(shí)現(xiàn)

1.1 原理及難點(diǎn)分析

此耐久試驗(yàn)的難點(diǎn)在于：(1)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)需要切換電機(jī)接線端電壓的極性，如圖1中電機(jī)接線端子A6和A22、A4和A20、A5和A21；(2)試驗(yàn)中需要檢測(cè)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的位置，使電機(jī)旋轉(zhuǎn)到規(guī)定的位置(內(nèi)、外循環(huán)等)時(shí)進(jìn)行換向，電機(jī)旋轉(zhuǎn)過度(極限位置時(shí))就會(huì)被限位裝置卡住，電機(jī)電流會(huì)驟然增加，存在燒毀電機(jī)的危險(xiǎn)；(3)耐久試驗(yàn)裝置應(yīng)能記錄當(dāng)前電機(jī)循環(huán)耐久的次數(shù)，一旦電機(jī)出現(xiàn)故障應(yīng)能記錄電機(jī)發(fā)生故障時(shí)已經(jīng)完成的循環(huán)數(shù)量；(4)達(dá)到規(guī)定的耐久試驗(yàn)次數(shù)后，裝置能自動(dòng)斷電；(5)應(yīng)客戶要求，當(dāng)電機(jī)運(yùn)行到兩個(gè)極限位置時(shí)應(yīng)暫停給定的時(shí)間之后，再反向運(yùn)轉(zhuǎn)。

對(duì)廠家提供的電機(jī)參數(shù)及其控制部件(見圖1)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)：(1)此電機(jī)有一個(gè)滑動(dòng)變阻器與之相連，圖中最大5 kΩ的滑動(dòng)變阻器，如果在其兩端(A8和A7端口)加載5 V的電壓，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中信號(hào)端電壓變化如圖2所示，當(dāng)滑動(dòng)變阻器一部分(A8和A14、A8和A25、A8和A9)之間電壓為0.3 V和4.7 V時(shí)，電機(jī)正好處于兩個(gè)極限位置。通過以上分析，決定采用研華USB-4711A數(shù)據(jù)采集卡對(duì)電機(jī)運(yùn)動(dòng)位置進(jìn)行檢測(cè)、對(duì)電機(jī)運(yùn)動(dòng)方式進(jìn)行控制。它具有16個(gè)模擬量輸入通道，可使用這些通道采集滑動(dòng)變阻器一部分的電壓，確定電機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置；12 b分辨率保證了高采樣精度的要求；采樣率高達(dá)150 kS/s，保證了采樣頻率的要求，防止電機(jī)旋轉(zhuǎn)到極限位置而被卡住的情況；8路DO通道可以輸出0或者5 V電壓，用以控制低壓固態(tài)繼電器的通斷電，從而控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)。

圖1 電機(jī)接線端子定義

圖2 電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中信號(hào)端電壓變化

1.2 電機(jī)自動(dòng)正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)

繼電器接線示意圖如圖3所示。此次耐久試驗(yàn)由于需要同時(shí)測(cè)試2個(gè)樣品，每個(gè)樣品需要控制3個(gè)執(zhí)行電機(jī)，共計(jì)6個(gè)執(zhí)行電機(jī)均需單獨(dú)控制其正反轉(zhuǎn)。為減少繼電器使用量及接線的簡(jiǎn)便性，采用單一繼電器通斷電控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)。其接線方式為：如圖3所示，公共端5、6分別接入電機(jī)需要的電壓12 V，觸點(diǎn)1、4連接后接電機(jī)電源的一端，觸點(diǎn)2、3連接后接電機(jī)電源的另一端。當(dāng)數(shù)據(jù)采集卡控制固態(tài)繼電器為低電平時(shí)，繼電器斷電，觸點(diǎn)1、5和2、6為常閉觸點(diǎn)，此時(shí)電機(jī)右端為正極。當(dāng)數(shù)據(jù)采集卡控制固態(tài)繼電器為高電平時(shí)，繼電器得電，觸點(diǎn)3、5和4、6吸合，此時(shí)電機(jī)左端為正極。這樣就實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制。

圖3 繼電器接線示意圖

接線示意圖如圖4所示。其工作原理為：電機(jī)旋轉(zhuǎn)過程中，與之相連的滑動(dòng)變阻器阻值隨之改變，其信號(hào)端口A14、A25、A9與接地端口A7之間的電壓也隨之改變；通過研華USB-4711A數(shù)據(jù)采集卡的AI0、AI1、AI2端口分別采集這3個(gè)執(zhí)行器信號(hào)端電壓，確定電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)位置。當(dāng)檢測(cè)到任一信號(hào)端電壓小于0.3 V時(shí)，數(shù)據(jù)采集卡會(huì)控制其對(duì)應(yīng)的輸出端口DO0、DO2、DO4輸出高電平(5 V)，固態(tài)繼電器得電，從而與之對(duì)應(yīng)的電磁繼電器KM0、KM2、KM4也得電，控制電機(jī)反轉(zhuǎn)。此時(shí)信號(hào)端與接地端電阻增大，電壓增大。當(dāng)數(shù)據(jù)采集卡檢測(cè)到電壓大于4.7 V時(shí)，說明電機(jī)已經(jīng)旋轉(zhuǎn)到極限位置，此時(shí)數(shù)據(jù)采集卡控制其對(duì)應(yīng)的輸出端口DO0、DO2、DO4輸出低電平(0 V)，固態(tài)繼電器斷電，從而與之對(duì)應(yīng)的電磁繼電器KM0、KM2、KM4也斷電，控制電機(jī)正轉(zhuǎn)。此時(shí)信號(hào)端電壓會(huì)隨著電機(jī)的旋轉(zhuǎn)而變小，小于0.3 V時(shí)重復(fù)上述步驟。

1.3 電機(jī)運(yùn)行到兩個(gè)極限啟停功能實(shí)現(xiàn)

電機(jī)運(yùn)行到兩個(gè)極限位置時(shí)應(yīng)暫停，這就需要在電機(jī)運(yùn)行到極限位置時(shí)給電機(jī)斷電。具體實(shí)施方法為：當(dāng)采集卡采集到的電壓為0.3 V或者4.7 V時(shí)控制研華USB-4711A數(shù)據(jù)采集卡DO1、DO3、DO5端口輸出低電平(電壓在0.3～4.7 V之間時(shí)輸入高電平)，同樣DO1、DO3、DO5端口只控制固態(tài)繼電器，再控制電磁繼電器。電機(jī)的電源線接在電磁繼電器的常開觸點(diǎn)上。DO1、DO3、DO5輸出高電平，固態(tài)繼電器導(dǎo)通，與之對(duì)應(yīng)的電磁繼電器KM1、KM2、KM3吸合，常開觸點(diǎn)接觸，電路導(dǎo)通，電機(jī)得電運(yùn)行。DO1、DO3、DO5輸出低電平，固態(tài)繼電器斷開，與之對(duì)應(yīng)的電磁繼電器KM1、KM2、KM3也斷開，常開觸點(diǎn)斷開，電路斷開，電機(jī)斷電停止運(yùn)行。當(dāng)達(dá)到規(guī)定的暫停時(shí)間后，DO1、DO3、DO5輸出高電平，電機(jī)得電運(yùn)行。以此反復(fù)，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的結(jié)果。

另一個(gè)樣品接線方式同此，信號(hào)線分別接數(shù)據(jù)采集卡輸入端AI3、AI4、AI5端口，固態(tài)繼電器接數(shù)據(jù)采集卡輸出端DO6、DO7端口，由于USB-4711A數(shù)據(jù)采集卡只有8路DO口，故采用第二塊USB-4711A數(shù)據(jù)采集卡的DO0、DO1、DO2、DO3端口，接線及控制方式同前。

由于數(shù)據(jù)采集卡輸出端DO最大只能輸出5 V直流電壓，而電磁繼電器一般需要直流12 V、24 V或者交流220 V才可以驅(qū)動(dòng)；而固態(tài)繼電器輸入功率小，靈敏度高，控制功率小，最低只需要3 V的直流電壓即可，電磁兼容性好，噪聲低和工作頻率高等，故此處在數(shù)據(jù)采集卡及電磁繼電器中間采用固態(tài)繼電器作為中繼繼電器，以控制電磁繼電器的吸合與斷開。

達(dá)到規(guī)定的循環(huán)次數(shù)裝置自動(dòng)斷電。當(dāng)數(shù)據(jù)采集卡DO1、DO3、DO5、DO7及第二塊數(shù)據(jù)采集卡的DO1、DO3端口一直輸出低電平，電機(jī)就會(huì)一直處于斷路狀態(tài)，試驗(yàn)自動(dòng)停止。

1.4 軟件實(shí)現(xiàn)

按以上所述完成硬件接線工作(見圖5)，軟件控制界面如圖6所示。接通電源可控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)，達(dá)到試驗(yàn)要求，證明了此檢測(cè)方法的正確性。

圖5 硬件接線圖

圖6 軟件運(yùn)行界面

2 結(jié)束語(yǔ)

采用 Visual Studio等開發(fā)平臺(tái)，使用 C#程序開發(fā)語(yǔ)言編寫程序。此類平臺(tái)運(yùn)行效率較高，功能豐富，可以隨心所欲地添加需要的功能及模塊。此軟件就添加了端口高低電平的顯示模塊，用以監(jiān)控電機(jī)的正反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及位置狀態(tài)。詳細(xì)介紹了基于研華USB-4711A數(shù)據(jù)采集卡控制電機(jī)耐久試驗(yàn)的接線方式及控制原理，以期為其他工程技術(shù)人員開發(fā)類似功能系統(tǒng)提供參考。

【1】魏長(zhǎng)軍，吳青，陳興寶，等.基于工具包的研華PCI_1680通訊卡OPC服務(wù)器軟件的實(shí)現(xiàn)[J].河南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2008，27(4):437-439. WEI C J,WU Q,CHEN X B,et al.The Realization of OPC Server for Yanhua PCI_1680 Communication Card Based on the Toolkit[J].Journal of Henan Polytechnic University(Natural Science),2008，27(4):437-439.

【2】研華科技.User’s Manual of PCI-1713 Analog Input Card[M].

【3】研華科技.USB-4711_user_manual(CH)[M].

【4】研華科技.USB4711A_User_Interface[M].

【5】陳元琰，鄧宗明，張睿哲，等.Visual C++6.0編程[M].北京:清華大學(xué)出版社,2001.

【6】JOHNSONBUGH R,KALIN M.Object-orinented Programming in C++[M].2nd Ed.

【7】曹毅，陳漫.探討研華32位DLL驅(qū)動(dòng)程序[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用,2002,21(6):57-59. CAO Y,CHEN M.About the Advantech 32-Bit DLL Driver[J].Techniques of Automation and Applications,2002,21(6):57-59.

【8】李紅霞,曹順安.利用PCL-818HG卡快速開發(fā)數(shù)據(jù)采集軟件的方法[J].工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置,2003(3):51-53.

Design of Automotive Air Conditioning System Motor Endurance Test Device

YI Jun, LI Nini

(Guangzhou Mechanical Engineering Research Institute Co., Ltd., Guangzhou Guangdong 510700,China)

A device was designed for air-conditioning system motor durability test. The device consisted of an Advantech USB-4711A data acquisition card and relays (electromagnetic relays and solid state relays). By detecting the voltage of the sliding rheostat which was connected with the motor, the motor reversing was controlled, to avoid the risk that motor continued to rotate after the limit position, hit the caging device, the current increased suddenly to burn the motor.In the test device, a data acquisition card was used to control the solid state relay,then to control the electromagnetic relay off indirectly. By setting reasonable electromagnetic relay wiring,the function that controlling an electromagnetic relay power can control motor reversing.

Motor durability test; Data acquisition cards; Motor automatic reversing; Solid state relays

2016-05-29

易俊(1988—)，男，碩士，工程師，從事汽車零件檢測(cè)、設(shè)備開發(fā)等工作。E-mail:779066802@qq.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.02.007

U463.85+1

B

1674-1986(2017)02-028-04