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(中認(rèn)(沈陽(yáng))北方實(shí)驗(yàn)室有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110141)

1 引言

隨著全球經(jīng)濟(jì)和科技的高速發(fā)展，人們對(duì)汽油煤炭等傳統(tǒng)能源的需求日益增加，導(dǎo)致傳統(tǒng)能源的損耗速度過(guò)快，對(duì)環(huán)境的影響日趨嚴(yán)重，其中最受人們關(guān)注的問(wèn)題之一就是二氧化碳的排放。出于對(duì)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等多方面的因素，各國(guó)開(kāi)始大力發(fā)展新能源汽車。隨著汽車工業(yè)的高速發(fā)展，汽車電子零部件的可靠性問(wèn)題就顯得舉足輕重，這影響汽車行駛的安全性能。

汽車上的供電系統(tǒng)由汽車發(fā)電機(jī)和蓄電池構(gòu)成，同時(shí)汽車起動(dòng)機(jī)作為汽車發(fā)動(dòng)的主要部件也是與供電系統(tǒng)直接相連接的，因此汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、蓄電池、汽車起動(dòng)機(jī)構(gòu)成了汽車供電系統(tǒng)的三個(gè)重要組成部分。由于各個(gè)組成部分受自身?xiàng)l件的影響，必然會(huì)在供電線路上產(chǎn)生電壓變化，從而影響以此并聯(lián)的汽車電子設(shè)備。

為了更好地考查汽車電子設(shè)備在常見(jiàn)的或可預(yù)見(jiàn)的非正常條件下工作的能力，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 16750-2及世界各個(gè)車廠對(duì)此都做出了相應(yīng)的要求，我國(guó)發(fā)布的GB/T 28046.2也對(duì)此做出了規(guī)定[1]。

由于現(xiàn)在的測(cè)試設(shè)備中沒(méi)有專門的測(cè)試設(shè)備，并且現(xiàn)有的相關(guān)測(cè)試設(shè)備價(jià)格昂貴，少則幾萬(wàn)，多則幾十萬(wàn)。而且這些設(shè)備無(wú)法完全滿足標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)要求，僅能實(shí)現(xiàn)一個(gè)或幾個(gè)試驗(yàn)。因此需要即能滿足相關(guān)測(cè)試要求，又具有性能穩(wěn)定、可靠性高、價(jià)格便宜等特點(diǎn)的相關(guān)設(shè)備。本文采用PLC作為控制器，并使用觸摸屏實(shí)現(xiàn)可視化，設(shè)計(jì)了滿足標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)要求的電氣負(fù)荷試驗(yàn)裝置。

2 測(cè)試需求分析[3]

2.1 直流供電電壓

本試驗(yàn)的目的是在最小供電電壓和最大供電電壓范圍內(nèi)證實(shí)設(shè)備功能。按照表1或表2對(duì)受試設(shè)備(DUT)的有效輸入端供電，所有DUT的功能應(yīng)正常。

表1 UN=12V系統(tǒng)供電

表2 UN=24V系統(tǒng)供電

2.2 過(guò)電壓

本試驗(yàn)的目的是模擬發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)器失效引起發(fā)電機(jī)輸出電壓上升到高于常規(guī)供電電壓。對(duì)于12V系統(tǒng)，試驗(yàn)方法為在加熱箱中將DUT加熱到T=(Tmax-20℃)。向DUT有效端施加18V的電壓持續(xù)60min。對(duì)于24V系統(tǒng)，試驗(yàn)方法為在加熱箱中將DUT加熱到T=(Tmax-20℃)。向DUT有效端施加36V的電壓持續(xù)60min。

2.3 反向電壓

本試驗(yàn)的目的是當(dāng)使用輔助起動(dòng)裝置時(shí)DUT對(duì)蓄電池反向連接的抵御能力。本試驗(yàn)不適用于交流發(fā)電機(jī)或帶有鉗位二極管而沒(méi)有外部反向極性保護(hù)的裝置。如果DUT用于未接熔斷器的交流電路，且整流二極管能耐受反向電壓60s，則對(duì)UN=12V系統(tǒng)用4V的反向試驗(yàn)電壓同時(shí)施加到DUT有效輸入端子上持續(xù)60s±6s，本試驗(yàn)不適用于24V系統(tǒng)；除上述情況外，用試驗(yàn)電壓UA(見(jiàn)表3)反向同時(shí)施加到DUT有效輸入端子上持續(xù)60s±6s。

表3 反向電壓

2.4 參考接地和供電偏移

所有輸入和輸出應(yīng)模擬實(shí)車連接到典型負(fù)荷或網(wǎng)絡(luò)，對(duì)DUT供給電壓UA使其正常工作。接地/供電偏移試驗(yàn)適用于接地/供電線路，供電偏移分別按次序應(yīng)用于每條接地/供電線路以及各個(gè)接地/供電線路之間。所有DUT偏移電壓為1.0V。

(1)對(duì)DUT提供電壓UA；

(2)對(duì)DUT的接地/供電線路進(jìn)行接地/供電線路電壓偏離；

(3)在該條件下進(jìn)行功能試驗(yàn)；

(4)按不同接地/供電組合重復(fù)測(cè)試(3)的內(nèi)容。

反向偏移電壓重復(fù)上述試驗(yàn)。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 控制方案設(shè)計(jì)

整個(gè)電氣負(fù)荷試驗(yàn)裝置采用PLC加觸摸屏的模式。PLC主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)控制邏輯關(guān)系的實(shí)現(xiàn)，觸摸屏主要用于人機(jī)交互。整個(gè)測(cè)試裝置由PLC、觸摸屏、接觸器、指示燈、報(bào)警蜂鳴器等元器件組成(見(jiàn)圖1)。

圖1 控制系統(tǒng)組成圖

根據(jù)系統(tǒng)控制信號(hào)的數(shù)量，本系統(tǒng)選用西門子公司的S7-200型PLC作為控制系統(tǒng)的核心?？梢越Y(jié)合實(shí)際的測(cè)試要求進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整控制程序，增加測(cè)試能力和項(xiàng)目。

觸摸屏采用威綸通TK6051iP，使用EasyBuilder Pro組態(tài)軟件，適用于高標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)雜機(jī)器的可視化。顯示屏擁有RS-232/RS-485和micro USB接口，可以方便的與PLC、計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，交換數(shù)據(jù)。

整個(gè)控制系統(tǒng)根據(jù)不同的測(cè)試項(xiàng)目，不同的測(cè)試參品，連接相應(yīng)的負(fù)載，修改相關(guān)測(cè)試參數(shù)。系統(tǒng)的輸入信號(hào)有直流電源電壓信號(hào)，按鈕開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)信號(hào)和報(bào)警信號(hào)。直流電源電壓信號(hào)用來(lái)判斷電源電壓是否正常的；按鈕開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)信號(hào)用于開(kāi)始和結(jié)束測(cè)試；當(dāng)有報(bào)警信號(hào)時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)切斷電源，以保證系統(tǒng)安全系統(tǒng)的輸出信號(hào)有直流電源電壓信號(hào)、接觸器信號(hào)、運(yùn)行指示燈和報(bào)警蜂鳴器信號(hào)。直流電源電壓信號(hào)用以顯示測(cè)試的電壓值，接觸器信號(hào)用于控制接觸器動(dòng)作。運(yùn)行指示燈限號(hào)用以顯示是否處測(cè)試過(guò)程中，以及測(cè)試是否結(jié)束。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)誤操作，測(cè)試電源未正常接入時(shí)，蜂鳴器報(bào)警以保證系統(tǒng)運(yùn)行正常，并保證測(cè)試參數(shù)正確。

3.2 程序開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)

(1)PLC軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)的輸入輸出信號(hào)的要求，確定PLC的I/O地址分配，這里包括開(kāi)關(guān)量地址和模擬量地址。輸入信號(hào)不僅來(lái)自于物理元器件，還有來(lái)自觸摸屏的軟元件信號(hào)。程序設(shè)計(jì)采用模塊化的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)每個(gè)測(cè)試項(xiàng)目程序模塊，并統(tǒng)一設(shè)計(jì)初始化模塊和報(bào)警模塊，以及觸摸屏的通信模塊。根據(jù)不同測(cè)試項(xiàng)目的要求和使用的地址，分析整個(gè)系統(tǒng)的邏輯關(guān)系，編寫控制程序。在程序的編寫過(guò)程中需要識(shí)別干擾信號(hào)，以避免系統(tǒng)產(chǎn)生誤動(dòng)作和誤報(bào)警。在每一步中，以該動(dòng)作完成的產(chǎn)生的相應(yīng)傳感器信號(hào)常閉觸點(diǎn)作為互鎖條件。最后，通過(guò)仿真模塊對(duì)程序進(jìn)行仿真，以驗(yàn)證程序的不完善部分，并加以改進(jìn)。

(2)觸摸屏軟件簡(jiǎn)介

觸摸屏使用EasyBuilder Pro組態(tài)軟件，軟件支持windows 平臺(tái)所有矢量字體；支持歷史數(shù)據(jù)、故障報(bào)警等，可以保存到 U 盤或者 SD 卡里面；支持三組串口同時(shí)連接不同協(xié)議的設(shè)備，應(yīng)用更加靈活方便。軟件還具有離線模擬和在線模擬功能，在調(diào)試過(guò)程中使用在線模擬功能可以節(jié)省大量程序重復(fù)下載的時(shí)間。

圖2 觸摸屏主菜單

(3)觸摸屏程序設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互設(shè)備與PLC的通訊，必須在人機(jī)交互設(shè)備與PLC兩者之間建立連接。根據(jù)PLC設(shè)備的通訊參數(shù)，將觸摸屏軟件的通訊參數(shù)設(shè)置一致。根據(jù)所需測(cè)試項(xiàng)目，并根據(jù)所確定的PLC的I/O地址分配，分別編寫各個(gè)測(cè)試項(xiàng)目的程序和界面(圖2為觸摸屏主菜單)。編寫故障報(bào)警界面，記錄系統(tǒng)故障問(wèn)題及發(fā)生時(shí)間，便于管理維護(hù)人員發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并及時(shí)處理。利用軟件自帶的離線模擬功能對(duì)程序進(jìn)行模擬，對(duì)不完善的地方進(jìn)行改進(jìn)。最后與硬件相連，進(jìn)行實(shí)際測(cè)試，對(duì)程序進(jìn)一步完善。

4 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的試驗(yàn)裝置以PLC為控制器，并采用觸摸屏來(lái)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備運(yùn)行的可視化操作。不僅滿足了標(biāo)準(zhǔn)中各個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目的測(cè)試需要，并且具有性能穩(wěn)定、可靠性高、價(jià)格便宜等特點(diǎn)。并且可以根據(jù)不同標(biāo)準(zhǔn)、不同車廠的特殊需求，隨時(shí)增減測(cè)試項(xiàng)目、改變測(cè)試響應(yīng)參數(shù)以及拓展被測(cè)通道數(shù)量，完全實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)目的。隨著服務(wù)對(duì)象的不斷增加，該裝置擴(kuò)展成模塊化管理，為企業(yè)提供諸如國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、不同車廠要求的全面測(cè)試解決方案。