汽車燃油泵氣密性檢測及信息管理應(yīng)用設(shè)計

韓偉娜，張偉聰，王龍騰

（1.北華航天工業(yè)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，河北 廊坊 065000；2.中國空間技術(shù)研究院，北京 100094）

1 引言

電動燃油泵是汽車燃油供給系統(tǒng)的重要組成部分，對燃油泵總成的氣密性要求也非常高。組裝好的電動燃油泵，是一個不可拆卸的總成，一般不進(jìn)行維修，因而在燃油泵裝配過程中對其進(jìn)行準(zhǔn)確、快速地檢測顯得尤為重要[1]。

傳統(tǒng)的燃油泵檢測手段存在以下缺陷：耗費(fèi)時間多，測試精度低和測試效率低，難以適應(yīng)現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的需求[2-4]。電動燃油泵出廠檢測時主要采用分項檢測系統(tǒng)，分別測試其密封性、工作流量和功率等，但其沒有專用的檢測設(shè)備[5]。面對這種檢測手段落后現(xiàn)狀，開發(fā)具有我國知識產(chǎn)權(quán)的檢測設(shè)備具有極其重要的實際意義，研究設(shè)計自動、高效、高精度、智能檢測的燃油泵總成測試系統(tǒng)是非常迫切的[6]。結(jié)合某公司的燃油泵裝配生產(chǎn)線在線檢測要求，以汽車燃油泵總成的密封性為檢測對象，對汽車燃油泵總成進(jìn)行在線檢測系統(tǒng)的研究。測試系統(tǒng)利用PLC、工控機(jī)和現(xiàn)代傳感器技術(shù)，對檢測過程進(jìn)行智能化控制，以實現(xiàn)燃油泵生產(chǎn)線上的智能檢測和信息管理，大大提高檢測效率和精度。

2 在線智能檢測系統(tǒng)

吧以PLC 為核心部件，配合機(jī)械單元、氣動單元[7]、Dell 7050工控機(jī)和ATEQ D520 測漏儀構(gòu)成汽車燃油泵總成氣密性的專用檢測系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)組成，如圖1 所示。本檢測系統(tǒng)利用現(xiàn)代測控技術(shù)實現(xiàn)試驗臺檢測過程的自動化、實時化、智能化，集現(xiàn)代傳感技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)于一體。它是以工控機(jī)為基礎(chǔ)，借助測控、軟件工程等技術(shù)手段，利用軟件代替?zhèn)鹘y(tǒng)檢測系統(tǒng)的部分硬件，而開發(fā)出的自動化計算機(jī)測控系統(tǒng)。檢測系統(tǒng)核心部件S7-200 PLC 根據(jù)ATEQ D520 測漏儀的測試壓力、泄漏量、測試狀態(tài)及各種傳感器反饋的信號，控制氣動回路的運(yùn)行及機(jī)械單元的運(yùn)轉(zhuǎn)角度。PLC 將各個工位的檢測情況通信給工控機(jī)，工控機(jī)綜合各個工位的測試狀態(tài)再反饋給PLC 主機(jī)，從而控制第四工位的動作。

在油泵總成裝配后對其進(jìn)行法蘭、油路和油壓氣密性檢測，若測試夠合格，則對油泵總成進(jìn)行打標(biāo)和掃碼的操作；若其中一項不合格，則只執(zhí)行掃碼的操作，并記錄測試結(jié)果。

該系統(tǒng)適用范圍廣，工作方式靈活。設(shè)置有四種工作模式，分別為單步，單周期，自動運(yùn)行和復(fù)位。本設(shè)備設(shè)置四個工位，分別測試法蘭的氣密性、供油回路和回油回路的氣密性，然后根據(jù)檢測結(jié)果對油泵進(jìn)行打標(biāo)和掃碼。自動運(yùn)行模式下可以同時進(jìn)行三個油泵總成的檢測。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成圖Fig.1 Composition Diagram of System Structure

本檢測系統(tǒng)無論是在單周期還是自動運(yùn)行模式中都存在著一個問題，即如何在對油泵總成完成全部檢測動作后用指示燈顯示三項檢測結(jié)果，因為測漏儀輸出檢測結(jié)果信號時間短暫，它只能保持一次循環(huán)結(jié)束到下次循環(huán)的開始，而指示燈的顯示是在法蘭、油路和油壓都檢測完成后才執(zhí)行的，而且一個油泵總成在檢測完法蘭之后，轉(zhuǎn)向檢測油路油壓時，下一個油泵總成的法蘭檢測會覆蓋掉上一個油泵總成的法蘭檢測結(jié)果，對于油路回路檢測也是一樣的。因此，在每個油泵總成檢測完一樣內(nèi)容后都需要把檢測結(jié)果存儲在變量存儲區(qū)里，這樣才不會被覆蓋掉。PLC 變量存儲區(qū)按照字節(jié)存取，共有8197 個字節(jié)，每個工件都分配一個專用的變量存儲區(qū)，不僅檢測工件的個數(shù)有限制，而且對程序的編寫非常不利，會使程序變得復(fù)雜。因此采取解決算法，從第二工位順時針轉(zhuǎn)至第一工位需要轉(zhuǎn)動三次，而在這三次轉(zhuǎn)動過程中，工人需要連續(xù)放入三個油泵，因此以三個油泵為一個循環(huán)分配變量存儲區(qū)，第 N+3（N=-2，1，4，7，……）個油泵分配變量存儲區(qū)中的V10 字節(jié)，第 N+3（N=-1，2，5，8，……）個油泵分配變量存儲區(qū)中的 V11 字節(jié)，第 N+3（N=0，3，6，9，……）個油泵分配變量存儲區(qū)中的V12 字節(jié)。每個字節(jié)中各個位的內(nèi)容，如表1 所示。

表1 變量存儲區(qū)分配Tab.1 Variable Storage Area Allocation

3 信息管理系統(tǒng)

汽車燃油泵氣密性檢測內(nèi)容全面，檢測數(shù)據(jù)繁多，如果采用傳統(tǒng)的手工作業(yè)，存在工作量大、工作效率低、實驗數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確等各種問題?，F(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展迅猛，將信息管理系統(tǒng)應(yīng)用于檢測過程，利用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲技術(shù)對檢測信息進(jìn)行規(guī)范化管理，會使得檢測過程的檢測效率大大提高，檢測運(yùn)行成本降低同時實現(xiàn)快速溯源。應(yīng)用汽車燃油泵氣密性檢測信息管理系統(tǒng)，可以提高檢測效率和檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確率，工作人員可以隨時在管理系統(tǒng)查詢所需的信息。由檢測設(shè)備直接將檢測數(shù)據(jù)通信給信息管理系統(tǒng)，自動匯總生成最終的出廠報告。

汽車燃油泵氣密性檢測信息管理系統(tǒng)能夠在線實時記錄產(chǎn)品的檢測信息，自動生成出廠檢驗報告。信息管理系統(tǒng)分四個模塊：基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模塊、法蘭檢測模塊、油路檢測模塊、油壓檢測模塊。

信息管理系統(tǒng)可以實現(xiàn)參數(shù)數(shù)據(jù)庫、錄入數(shù)據(jù)不合格、異常自動提醒（數(shù)據(jù)標(biāo)紅）、試驗數(shù)據(jù)自動保存、報告查詢和報告修改等功能。

在該系統(tǒng)中，PLC 和測漏儀作為下位機(jī)，工控機(jī)為上位機(jī)。信息管理系統(tǒng)在上位機(jī)中，與下位機(jī)PLC、測漏儀分別通信[8-9]。

3.1 與PLC 的通信數(shù)據(jù)

主要包括各個工位的按鈕、氣缸和指示燈的運(yùn)行狀況。與PLC 的通信是通過RS-232 串口實現(xiàn)。在該軟件中可以實現(xiàn)對PLC 的手動調(diào)試?？刂泼總€工位的氣缸運(yùn)動。

3.2 與測漏儀的數(shù)據(jù)通信

主要包括每個油泵的法蘭、油路、油壓回路的測試數(shù)據(jù)。上位機(jī)與每個測漏儀均采用RS-232 串口進(jìn)行通信[10]，測漏儀通過串口傳輸給上位機(jī)關(guān)于油泵的測試結(jié)果，該測試結(jié)果是以特定字符表示。

在該模塊中可以完成數(shù)據(jù)查詢，具體查詢界面，如圖2 所示。提供三種數(shù)據(jù)查詢方法，分別為日期查詢、條碼查詢、型號查詢。查詢得到的數(shù)據(jù)可以導(dǎo)出為EXCEL 表格文件，供后期查詢檢測數(shù)據(jù)使用。

圖2 數(shù)據(jù)查詢頁面Fig.2 Query Page of Data

3.3 法蘭、油路和油壓檢測模塊

法蘭、油路和油壓檢測模塊的界面處在一個綜合界面上，在該界面上可以觀察到每個油泵的實時檢測數(shù)據(jù)，并且還可以看到生產(chǎn)班次。生產(chǎn)數(shù)量、合格總量、當(dāng)前氣密測試程序代碼等。具體界面，如圖3 所示。

圖3 油泵氣密性測試系統(tǒng)Fig.3 The System of Air Tightness Detection for the Fuel Pump

4 實驗分析

燃油泵裝配生產(chǎn)線密封測試設(shè)備，如圖4 所示。主要有四個工位：第一個工位為安裝工位，進(jìn)行油泵總成的安裝；油泵總成安裝后轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)至第二工位，開始測試法蘭的氣密性；第二工位測試完畢后，轉(zhuǎn)盤自動旋轉(zhuǎn)至第三工位，開始測試供油回路和回油回路；第三工位測試完畢后，轉(zhuǎn)盤自動旋轉(zhuǎn)至第四工位，根據(jù)第二工位和第三工位的測試結(jié)果，執(zhí)行相應(yīng)的操作，第二工位和第三工位測試夠合格，則第四工位對油泵總成進(jìn)行打標(biāo)和掃碼的操作；第二工位和第三工位測試有一項不合格，則第四工位只執(zhí)行掃碼的操作。第四工位操作完成，工件旋轉(zhuǎn)至第一工位后，指示燈顯示各項測試項結(jié)果，卸下工件，指示燈熄滅。以上為單個工件的檢測，在連續(xù)檢測時需要人工在第一工位處連續(xù)放泵。

圖4 實驗設(shè)備Fig.4 Experimental Equipment

信息管理系統(tǒng)能夠很好地實現(xiàn)試驗過程的全面量化管理，依據(jù)所測試的相應(yīng)數(shù)據(jù)和規(guī)定的油泵參數(shù)進(jìn)行對比，對油泵性能進(jìn)行評估，作出合格與否的評價。在數(shù)據(jù)查詢界面，在日期查詢一欄輸入“20180309”，查詢得到的檢測數(shù)據(jù)導(dǎo)出為EXCEL 表格，如圖5 所示。

圖5 變量存儲區(qū)分配Fig.5 Variable Storage Area Allocation

圖5 顯示了CHB021 型號的油泵的生產(chǎn)日期和檢測時間，以及各項檢測數(shù)據(jù)，包括法蘭、油壓和油路的測試壓力、泄漏量和測試狀態(tài)。法蘭的測試壓力為0.5Pa，當(dāng)泄漏量超過0.05L/H 時，測試狀態(tài)為“NO”；油壓的測試壓力為380Pa，泄漏量合格值為低于60L/H；油路的測試壓力為300Pa，泄漏量高于50L/H，測試結(jié)果顯示不合格。其中任意一項的測試狀態(tài)不合格，最終油泵的測試狀態(tài)不合格。整個設(shè)備自動運(yùn)行，一個油泵的測試周期為5 分鐘，可以同時進(jìn)行三個油泵的在線檢測。

5 結(jié)論

該燃油泵總成氣密性在線檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)批量產(chǎn)品的整個測試過程智能化控制，系統(tǒng)能夠長時間運(yùn)行，最高可連續(xù)168h。與手工測試手段相比，可保證測量的實時性，防止人為誤差。測試精度達(dá)到0.001L/H，具有較高的測試精度。該測試系統(tǒng)還具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，一個油泵的所有數(shù)據(jù)連同產(chǎn)品系列號及評價結(jié)果全部儲存，該系統(tǒng)具有良好的人機(jī)交互界面，客戶端可以對油泵的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢和打印輸出。工作人員可以及時了解與產(chǎn)品相關(guān)的全面信息。并且實際應(yīng)用證實了本檢測系統(tǒng)和控制程序的正確性與可靠性，大大地提高了檢測的效率和精度。