基于PLC技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)電控實(shí)訓(xùn)故障設(shè)置裝置的開(kāi)發(fā)

何川 姚本航 張奎 陳玉強(qiáng)

【摘? 要】為避免在發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)中因故障設(shè)置給教學(xué)設(shè)備帶來(lái)的硬傷，論文基于PLC技術(shù)開(kāi)發(fā)了發(fā)動(dòng)機(jī)電控實(shí)訓(xùn)故障設(shè)置裝置。論文主要從該裝置的主要特點(diǎn)、研制工作思路、故障設(shè)置策略、PLC程序設(shè)計(jì)、驗(yàn)證調(diào)試等方面對(duì)研制開(kāi)發(fā)工作思路、控制策略、設(shè)計(jì)原理等進(jìn)行論述。

【Abstract】In order to avoid the hard injury to teaching equipment caused by fault setting in the practical teaching of engine electronic control system， this paper develops the fault setting device of engine electronic control practical training based on PLC technology. This paper mainly discusses the working idea， control strategy and design principle of the research and development from the aspects of main characteristics of the device， development work ideas， fault setting strategies， PLC programming， verification and debugging.

【關(guān)鍵詞】發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng);故障設(shè)置;PLC控制

【Keywords】engine electronic control system; fault setting; PLC control

【中圖分類(lèi)號(hào)】U464? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2020）08-0183-02

1 引言

當(dāng)前，發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)燃油汽車(chē)領(lǐng)域，在大中專(zhuān)院校汽車(chē)類(lèi)專(zhuān)業(yè)的實(shí)踐教學(xué)中，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)的學(xué)習(xí)成為一個(gè)必不可少的重要內(nèi)容。有關(guān)發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和實(shí)訓(xùn)內(nèi)容一般包括系統(tǒng)各組件識(shí)別、各組件的檢測(cè)、系統(tǒng)常見(jiàn)故障檢測(cè)與診斷等項(xiàng)目。而這些實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的開(kāi)展所必需的設(shè)備就是發(fā)動(dòng)機(jī)電控實(shí)訓(xùn)臺(tái)架或整車(chē)。為取得良好的培訓(xùn)效果，在實(shí)踐教學(xué)中，指導(dǎo)教師經(jīng)常會(huì)通過(guò)在發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中設(shè)置一些常見(jiàn)故障（如斷路、短路等），而常用的故障設(shè)置方法有插接器松脫、剪斷線路等，類(lèi)似的故障設(shè)置方法簡(jiǎn)單、粗暴，容易給實(shí)訓(xùn)臺(tái)架帶來(lái)“硬傷”，造成設(shè)備容易損壞、實(shí)踐教學(xué)耗材成本提高、教師課后故障修復(fù)工作量大、后遺故障隱患多等諸多弊端。為克服以上弊端，我們基于PLC技術(shù)開(kāi)發(fā)了發(fā)動(dòng)機(jī)電控實(shí)訓(xùn)故障設(shè)置裝置。

2 項(xiàng)目所研制的發(fā)動(dòng)機(jī)電控實(shí)訓(xùn)故障設(shè)置裝置的主要特點(diǎn)

①具有相應(yīng)的快速接駁接口，可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)的具體控制線路進(jìn)行靈活調(diào)整，具有較廣的適配性。②觸屏式故障設(shè)置操作面板，簡(jiǎn)潔明了，操作簡(jiǎn)單。③通過(guò)設(shè)置線路檢測(cè)點(diǎn)，方便使用萬(wàn)用表、示波器等檢測(cè)工具進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)傳感器、執(zhí)行器信號(hào)的采集及檢測(cè)。④通過(guò)變換的接線及接線端，方便開(kāi)展控制系統(tǒng)原理及控制線路的學(xué)習(xí)。⑤一鍵故障清除和設(shè)備復(fù)位功能。設(shè)置故障一鍵清除功能，教師可以視學(xué)員學(xué)習(xí)情況，一鍵清除所有故障，也可以逐個(gè)清除故障。

3 研制工作路線

為了順利完成該裝置的研制工作，項(xiàng)目組制定了如圖1所示的研制工作路線。

4 發(fā)動(dòng)機(jī)選型

本次開(kāi)發(fā)主要以上汽通用五菱寶駿630（2016款）為參照車(chē)型，該車(chē)型的發(fā)動(dòng)機(jī)（發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)：L2B，Delphi電控系統(tǒng)）廣泛裝配于寶駿1.5L系列車(chē)型上。寶駿汽車(chē)近幾年產(chǎn)銷(xiāo)量全國(guó)領(lǐng)先，市場(chǎng)保有量大，因此，以該發(fā)動(dòng)機(jī)作為參照原型具有典型的代表性。

5 故障設(shè)置策略

5.1 基本策略

本項(xiàng)目所設(shè)計(jì)的故障設(shè)置裝置主要組件有PLC主機(jī)、繼電器、供電電源、連接導(dǎo)線、對(duì)接插頭等，線路連接圖如圖2所示。實(shí)訓(xùn)時(shí)基本操作流程包括：①將該故障設(shè)置裝置通過(guò)對(duì)接插頭接入發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)訓(xùn)臺(tái)架或整車(chē)控制線路，完成硬件的連接;②在PLC觸屏點(diǎn)擊相應(yīng)按鍵即完成故障設(shè)置，PLC根據(jù)設(shè)計(jì)的控制程序控制繼電器線圈通電，從而使繼電器開(kāi)關(guān)斷開(kāi)和閉合，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)ECU相關(guān)線路狀態(tài)的改變，引發(fā)故障;③學(xué)員根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)所表現(xiàn)出來(lái)的故障現(xiàn)象，并通過(guò)裝置所設(shè)計(jì)的線路檢測(cè)端口借助萬(wàn)用表、故障診斷儀、示波器等檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的測(cè)試和數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的診斷，確定故障部件;④當(dāng)學(xué)員準(zhǔn)確確定故障原因與部位，需要進(jìn)行故障排除時(shí)，指導(dǎo)教師可通過(guò)觸屏按鍵操作，通過(guò)PLC指令，使線路恢復(fù)正常，從而實(shí)現(xiàn)故障的快速清除。

5.2 所設(shè)置的故障類(lèi)型及故障設(shè)置機(jī)理

該裝置所用設(shè)置的故障類(lèi)型主要為線路的斷路、短路、接觸不良等故障。

通過(guò)在發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)線路中串聯(lián)受PLC控制的繼電器，由繼電器控制線路的通斷、接地、虛接等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)故障的設(shè)置。

6 PLC主機(jī)及程序設(shè)計(jì)

根據(jù)裝置功能要求選用中控優(yōu)達(dá)PLC一體機(jī)作為控制主機(jī)，采用GX Developer軟件進(jìn)行編程，人機(jī)界面采用YKHMI組態(tài)軟件進(jìn)行編程，其工作流程如圖3所示。

程序控制流程圖如圖4所示。

6.1 控制程序的設(shè)計(jì)

如圖5所示，M0是一個(gè)常開(kāi)繼電器，每一個(gè)M0代表一個(gè)故障，M12是個(gè)常閉繼電器。當(dāng)在屏幕上選擇故障時(shí)，即M0閉合，輸出端Y2得電。與Y2相連的外部電路接通，實(shí)現(xiàn)對(duì)外部電路中繼電器的控制。與另一路當(dāng)Y2得電時(shí)，M0得電，即M0永久得電，Y2也永久得電，完成自鎖。

6.2 計(jì)時(shí)器程序設(shè)計(jì)

計(jì)時(shí)器程序如圖6所示，實(shí)現(xiàn)以1s為單位的計(jì)時(shí)功能和歸零。①計(jì)時(shí)功能的實(shí)現(xiàn)：M8013、M20、M21都是常開(kāi)繼電器，但M8013是以1s的頻率周期震蕩的特殊繼電器。當(dāng)閉合M20時(shí)，M8013每秒閉合1次，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在D5，屏幕通過(guò)監(jiān)控位置D5就可以實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能，該種方式所計(jì)時(shí)間是以秒為單位的。命令MOV是將KO中的數(shù)值傳遞給D5，因?yàn)闆](méi)有用到K0，所以K0中的數(shù)值為0。②計(jì)時(shí)歸零功能的實(shí)現(xiàn)：當(dāng)閉合M21時(shí)，將0傳遞給D5，屏幕程序監(jiān)視到D5為0時(shí)，即顯示為0，完成對(duì)計(jì)時(shí)器的清零，實(shí)現(xiàn)歸零。

6.3 人機(jī)界面顯示設(shè)計(jì)

所設(shè)計(jì)裝置的人機(jī)界面，設(shè)計(jì)了故障設(shè)置、計(jì)時(shí)器、故障詳情三個(gè)觸屏按鍵，其具體功能為：①“故障設(shè)置”按鍵：故障點(diǎn)設(shè)置界面，從“故障一”到“故障十二”，總共設(shè)有12個(gè)二級(jí)觸屏按鍵，分別對(duì)應(yīng)各個(gè)繼電器和各故障，從中選擇某一按鍵點(diǎn)擊，即可完成相應(yīng)故障的設(shè)置。②“計(jì)時(shí)器”按鍵：用于計(jì)時(shí)，在考核時(shí)作為輔助用具。教師在選擇完故障之后，點(diǎn)擊計(jì)時(shí)器，即可自動(dòng)計(jì)時(shí)，作為衡量成績(jī)的一個(gè)參考。③“故障詳情”按鍵：用于教師查詢(xún)故障設(shè)置的具體內(nèi)容。

7 驗(yàn)證調(diào)試

為了確保產(chǎn)品是否可以正常使用，使用期間是否可靠，項(xiàng)目組對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行了調(diào)試。

首先對(duì)PLC的程序進(jìn)行調(diào)試，然后測(cè)試不設(shè)置故障時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)能否正常工作，是否影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能;其次，操作界面進(jìn)行故障設(shè)置，觀察發(fā)動(dòng)機(jī)是否出現(xiàn)相應(yīng)故障，并記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。①PLC程序調(diào)試：將PLC程序與人機(jī)界面程序下載到一體機(jī)，當(dāng)在屏幕上選擇故障時(shí)聽(tīng)到“嗒”的一聲即說(shuō)明程序正常啟動(dòng)。②故障設(shè)置調(diào)試：首先進(jìn)行原機(jī)測(cè)試，確保發(fā)動(dòng)機(jī)自身無(wú)故障;將各部分連接好，接入發(fā)動(dòng)機(jī)，逐個(gè)測(cè)試，觀察發(fā)動(dòng)機(jī)所表現(xiàn)的故障癥狀，同時(shí)通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷儀對(duì)故障碼和數(shù)據(jù)流進(jìn)行監(jiān)測(cè)，各項(xiàng)驗(yàn)證結(jié)果應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。

驗(yàn)證調(diào)試表明，該故障設(shè)置裝置實(shí)現(xiàn)了設(shè)定的功能，工作穩(wěn)定可靠。

【參考文獻(xiàn)】

【1】李春明，劉艷莉，張軍.汽車(chē)故障診斷方法與維修技術(shù)：第3版[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2013.

【2】付百學(xué).汽車(chē)電子控制技術(shù)（上冊(cè)）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

【3】張應(yīng)龍.PLC編程入門(mén)及工程實(shí)例[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2016.