劉洪緯， 任勃帆， 張 鵬， 翟貴飛

（中汽研汽車(chē)檢驗(yàn)中心 （天津）有限公司， 天津 300300）

1 需求分析

本雨霧模擬系統(tǒng)是為智能網(wǎng)聯(lián)封閉測(cè)試場(chǎng)內(nèi)模擬雨霧天氣的實(shí)現(xiàn)而設(shè)計(jì)。車(chē)輛在封閉測(cè)試場(chǎng)內(nèi)南北段測(cè)試時(shí)，共有4種工況有待選擇，為測(cè)試車(chē)輛帶來(lái)了更全面的天氣因素測(cè)試。4種雨霧工況分別為：小雨、中雨、大雨和大霧，控制員可以通過(guò)對(duì)雨霧系統(tǒng)的控制，來(lái)實(shí)現(xiàn)封閉測(cè)試場(chǎng)內(nèi)南北路段降雨或大霧的控制。南北路段可模擬不同的雨霧工況，如南段小雨、北段大霧、南段中雨、北段中雨等，共有16種雨霧工況可供選擇。豐富了模擬雨霧工況的選擇，使其具有可操作性和多樣性，為智能網(wǎng)聯(lián)封閉道路測(cè)試場(chǎng)景搭建保駕護(hù)航。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路

根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際需求，在封閉測(cè)試場(chǎng)內(nèi)設(shè)計(jì)了長(zhǎng)100m的雨霧工況模擬，隨著智能網(wǎng)聯(lián)的不斷發(fā)展，模擬雨霧系統(tǒng)也不斷被應(yīng)用于智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)測(cè)試場(chǎng)。本次設(shè)計(jì)是把100m的測(cè)試路段分為南北2個(gè)路段，南北2個(gè)路段各50m分別控制雨霧工況。如圖1所示。

圖1 雨霧工況模擬

雨霧模擬系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路如下。

1）通過(guò)在測(cè)試路段的道路兩側(cè)安置間隔4m的龍門(mén)架，樹(shù)立起雨霧模擬系統(tǒng)的基本框架。

2）在測(cè)試路段的中段，通過(guò)靠近路邊的位置處配備一個(gè)蓄水池及沉淀池，實(shí)現(xiàn)給設(shè)備供水及水質(zhì)的過(guò)濾。在測(cè)試路段附近靠近水池邊上安置南北路段雨霧機(jī)組及PLC總控柜。

3）現(xiàn)場(chǎng)管線(xiàn)布置沿馬路及依附龍門(mén)架設(shè)計(jì)。在測(cè)試路段的兩端安裝地面感應(yīng)系統(tǒng)。

2.2 系統(tǒng)組成

雨霧模擬系統(tǒng)主要可以分為以下幾個(gè)模塊：雨機(jī)組系統(tǒng)、霧機(jī)組系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)、水池系統(tǒng)、龍門(mén)架模塊。

1）雨機(jī)組系統(tǒng)主要由變頻器、臥式離心泵組成。變頻器是雨機(jī)組的核心組成部分，變頻器的作用是通過(guò)改變供電頻率，從而調(diào)節(jié)負(fù)載，起到降低功耗、減小損耗、延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命等作用。臥式離心泵是輸送液體或使液體增壓的機(jī)械，它將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能或其他外部能量傳送給液體，使液體能量增加，實(shí)現(xiàn)雨系統(tǒng)正常運(yùn)作。

2）霧機(jī)組系統(tǒng)主要部件為柱塞泵，其工作原理是：裝配在一個(gè)長(zhǎng)型的缸體中，可作前后 （推拉）運(yùn)動(dòng)，有2個(gè)分別裝有閥門(mén)的進(jìn)出管道與缸體相通，柱塞與缸體之間的間隙配有合適的密封，當(dāng)柱塞后拉運(yùn)動(dòng)時(shí)，出口管道閥門(mén)關(guān)閉而進(jìn)口管道閥門(mén)打開(kāi)，流體便從進(jìn)口管道被吸進(jìn)缸體中；當(dāng)柱塞前推運(yùn)動(dòng)時(shí)，進(jìn)口管道閥門(mén)關(guān)閉而出口管道閥門(mén)打開(kāi)，缸體中的流體被壓便從出口管道送出，柱塞在缸體中不停地往復(fù)運(yùn)動(dòng)，流體就不斷地輸送到目標(biāo)機(jī)構(gòu)中，這就是柱塞的作用。我們可以通過(guò)改變柱塞泵壓力的大小來(lái)改變霧濃度的大小。

3）PLC控制系統(tǒng)主要部件為PLC遠(yuǎn)程通信模塊，通過(guò)編程可以實(shí)現(xiàn)在人機(jī)界面上控制雨霧機(jī)組的自動(dòng)控制，用于整套設(shè)備的運(yùn)行。PLC的工作原理為：當(dāng)PLC控制器投入運(yùn)行后，其工作過(guò)程一般分為3個(gè)階段，即輸入采樣、用戶(hù)程序執(zhí)行和輸出刷新3個(gè)階段。完成上述3個(gè)階段稱(chēng)作一個(gè)掃描周期。

4）水池系統(tǒng)主要部件為排污泵、過(guò)濾網(wǎng)。排污泵的作用是實(shí)時(shí)清理水池，過(guò)濾網(wǎng)的作用是過(guò)濾水中含有的雜質(zhì)。

5）龍門(mén)架模塊主要起支撐的作用，雨霧管道沿著龍門(mén)架布置在其上方。

3 設(shè)備選型

3.1 變頻器

設(shè)備主要規(guī)格參數(shù)如下：正泰NVF2G-22/TS4，長(zhǎng)300mm，高527mm，側(cè)高230mm，26.5kg，功率：3.7kW，額定輸入：3P AC 380V 50Hz/60Hz，額定輸出：3P（0-380）V 9A（0-400）Hz。

正泰NVF2G-22/TS4變頻器內(nèi)含F(xiàn)A組-多段速控制組。在FA組內(nèi)我們可以設(shè)定降雨模式來(lái)實(shí)現(xiàn)不同雨量對(duì)應(yīng)的頻率，進(jìn)行小雨、中雨、大雨的設(shè)定。

3.2 臥式離心泵

設(shè)備主要規(guī)格參數(shù)：寧速KSW系列，臥式離心泵額定功率22kW，揚(yáng)程50m，流量100T。

臥式離心泵的運(yùn)作能給水、霧帶來(lái)極大的壓力，將水、霧快速地“輸送”到測(cè)試路段的兩端，給模擬雨霧天氣帶來(lái)一定的保障。

3.3 柱塞泵

設(shè)備主要規(guī)格參數(shù)：博拓里尼CM19-C28.BOTUO，柱塞泵的額定功率為3kW。

柱塞泵是液壓系統(tǒng)的一個(gè)重要裝置，它依靠柱塞在缸體中往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使密封工作容腔的容積發(fā)生變化來(lái)實(shí)現(xiàn)吸油、壓油。柱塞泵具有額定壓力高、結(jié)構(gòu)緊湊、效率高和流量調(diào)節(jié)方便等優(yōu)點(diǎn)。我們選用的柱塞泵主要是起造霧的作用。

3.4 排污泵

設(shè)備主要規(guī)格參數(shù)：凱仕QW系列，污水泵額定功率11kW，揚(yáng)程40m，流量50T。

污水泵特點(diǎn)：①采用先進(jìn)技術(shù)，排污能力強(qiáng)，無(wú)堵塞，能有效地通過(guò)直徑φ30～φ80mm的固體顆粒；②設(shè)計(jì)合理，配套電機(jī)功率小，節(jié)能效果顯著；③能夠在全揚(yáng)程范圍內(nèi)使用一段時(shí)間，而保證電機(jī)不會(huì)過(guò)載；④設(shè)備對(duì)漏電、漏水以及過(guò)載等進(jìn)行了有效保護(hù)，提高了產(chǎn)品的安全性與可靠性。

3.5 PLC

設(shè)備主要規(guī)格參數(shù)：三菱FX5U-32MR-001；額定電壓：AC電源類(lèi)型：AC100-240V 50/60Hz，DC電源類(lèi)型：DC24V；沖擊電流：AC電源類(lèi)型：32M，最大25A 5ms以下/AC100V，最大50A 5ms以下/AC200V，DC電源類(lèi)型：最大50A 0.5ms以下/DC24V；輸入規(guī)格：5.3mA/DC24 （X020以后：4.0mA/DC24V）；輸出規(guī)格：繼電器輸出類(lèi)型：2A/1點(diǎn)、8A/4點(diǎn)共極、8A以下/8點(diǎn)共極；輸入輸出擴(kuò)展：可連接FX5用的擴(kuò)展設(shè)備。

FX5U內(nèi)置了模擬量、通信、高速輸入輸出，通過(guò)擴(kuò)展板和擴(kuò)展適配器可輕松擴(kuò)展系統(tǒng)。另外通過(guò)采用高速系統(tǒng)總線(xiàn)，在使用智能功能模塊時(shí)也可最大限度發(fā)揮擴(kuò)展設(shè)備的能力。

MELSEC-IQ-F系列搭載了指令運(yùn)算速度 （LD指令）高達(dá)34ns的高速處理CPU。此外，還可支持結(jié)構(gòu)化程度及多程序的執(zhí)行、ST語(yǔ)言、FB等。

CPU模塊中標(biāo)準(zhǔn)搭載了Ethernet端口、RS-485端口、SD存儲(chǔ)卡槽。Ethernet端口可支持CCLink E現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)Basic，因此能連接多種多樣的設(shè)備。

FX5U中內(nèi)置了12BIT的2CH的模擬量輸入和1CH的模擬量輸出。遠(yuǎn)程通信協(xié)議將采用MODBUS。

3.6 觸摸屏

威綸通mt8071ie的特點(diǎn)：①具有3組獨(dú)立串口，支持與3種不同協(xié)議的控制器同時(shí)通信，一屏多機(jī)；②搭載Cortex A8 600MHz CPU和128MB內(nèi)存，運(yùn)行快速；③內(nèi)置電源隔離，有效抑制電源浪涌和異常搭鐵電流，增強(qiáng)HMI現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性；④工程文件、安裝開(kāi)孔、通信連接可完好兼容舊有機(jī)型，升級(jí)無(wú)憂(yōu)；⑤適用EasyBuilder Pro組態(tài)軟件，擁有流動(dòng)塊、分期付款、操作記錄、配方數(shù)據(jù)庫(kù)等新功能，簡(jiǎn)單易用等特點(diǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)的發(fā)展完善離不開(kāi)各種道路場(chǎng)景的測(cè)試，其中雨霧天氣是交通模擬場(chǎng)景中的一項(xiàng)重要環(huán)境場(chǎng)景，雨霧天氣能大大降低道路的能見(jiàn)度，每年都存在因大霧、團(tuán)霧等天氣而發(fā)生的交通事故，給汽車(chē)、行人的出行帶來(lái)較大的安全隱患。本雨霧模擬系統(tǒng)由高壓管道、高壓噴頭、高壓泵和電源開(kāi)關(guān)組成，通過(guò)高壓噴頭進(jìn)行噴水或噴霧，以實(shí)現(xiàn)模擬雨霧環(huán)境的目的。通過(guò)在南北兩端分別設(shè)置小雨、中雨、大雨、大霧等不同工況，可以實(shí)現(xiàn)16種雨霧場(chǎng)景的模擬，從而充分測(cè)試智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)的智能性、穩(wěn)定性和安全性，為智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展保駕護(hù)航。