新能源汽車關(guān)鍵零部件電磁兼容測試中的獨(dú)立循環(huán)水恒溫控制系統(tǒng)研究與應(yīng)用

龔思沛

關(guān)鍵詞：新能源汽車;電磁兼容;關(guān)鍵零部件;恒溫控制

0 引言

隨著新能源汽車的迅猛發(fā)展，新能源關(guān)鍵零部件的研發(fā)測試需求日益增多，其中有關(guān)電磁兼容測試項(xiàng)目有著舉足輕重的地位。按照CISPR 25、GB 18655、ISO 11452 和GB/T 17619 等國際標(biāo)準(zhǔn)以及行業(yè)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)，為保證測試的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性，樣品在測試過程中必須盡可能接近實(shí)際工作狀態(tài)。因此，需要對樣品進(jìn)行準(zhǔn)確恒溫控制。然而，目前業(yè)內(nèi)并沒有專門針對新能源關(guān)鍵零部件測試的恒溫控制輔助設(shè)備可供直接采購。

針對上述情況，有必要對新能源汽車關(guān)鍵零部件在電磁兼容測試中的恒溫控制進(jìn)行研究，研究開發(fā)一套獨(dú)立循環(huán)水恒溫控制系統(tǒng)，以方便日常試驗(yàn)項(xiàng)目的開展。

1 總體方案設(shè)計(jì)

我司開發(fā)了一套獨(dú)立循環(huán)恒溫控制系統(tǒng)，由PLC 可編程控制器實(shí)時讀取溫度、壓力和流量傳感器測量值，對該系統(tǒng)循環(huán)水各狀態(tài)與期望值進(jìn)行比較，控制水泵、散熱裝置、加熱裝置及管路閥門，完成對循環(huán)水的閉環(huán)控制[1]。操作人員通過觸摸屏輸入要求的控制參數(shù)，觸摸屏與PLC 進(jìn)行實(shí)時通訊，實(shí)現(xiàn)對PLC 各控制參數(shù)的調(diào)整。并通過觸摸屏實(shí)時了解的系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)和狀態(tài)。

在測試過程中，出現(xiàn)水箱出口壓力迅速上升或水箱入口壓力迅速下降，說明管路有嚴(yán)重泄漏;長時間水箱輸入輸出流量有較大差異，說明管路中有緩慢泄漏。遇到上述情況，系統(tǒng)將發(fā)出聲光報(bào)警，并關(guān)閉加熱與冷卻裝置，關(guān)閉輸入輸出閥門。

系統(tǒng)方案框圖如圖1 所示，其中包括：冷卻裝置、溫度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器、加熱裝置、閥門開關(guān)以及液位計(jì)等。

2 獨(dú)立循環(huán)水恒溫控制系統(tǒng)硬件組成

獨(dú)立循環(huán)水恒溫控制系統(tǒng)主要由三菱PLC 可編程控制器、觸摸屏、溫度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器、液位傳感器、散熱風(fēng)扇及加熱設(shè)備等構(gòu)成[2]。

2.1 三菱PLC 可編程控制器

三菱PLC 廣泛引用于工業(yè)控制領(lǐng)域，具有功能強(qiáng)、性價(jià)比高、可靠性高和維修方便等特點(diǎn)。該系統(tǒng)選取三菱FX3U-16M型PLC 作為系統(tǒng)主控制器，屬于第三代微型可編程控制器，內(nèi)存高達(dá)64 K 大容量RAM 存儲器;內(nèi)置高速處理核心，處理速度快;最多可擴(kuò)充至384 觸點(diǎn)。

2.2 觸摸屏

系統(tǒng)采用觸摸屏作為人機(jī)交互界面。操作人員通過觸摸屏將期望的溫度、壓力或流量數(shù)據(jù)輸入PLC。同時PLC 與觸摸屏通訊，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各參數(shù)的實(shí)時反饋，并顯示在相應(yīng)界面上。選用威綸MT8121iE 型12.1 寸觸摸屏，具有1024×768 高清分辨率，支持USB、RS-232 和RS-485 通信方式。

2.3 溫度傳感器

為了都能夠精確控制循環(huán)水的溫度，需要利用溫度傳感器對循環(huán)水進(jìn)行實(shí)時溫度監(jiān)測。PLC 以溫度傳感器測量得到的數(shù)據(jù)為依據(jù)，對獨(dú)水溫進(jìn)行精確的閉環(huán)控制。系統(tǒng)選用了PT100 型熱敏電阻溫度傳感器，測量通過熱敏電阻的電流值，經(jīng)映射關(guān)系換算，最終獲得所需溫度值。

2.4 壓力傳感器

PLC 實(shí)時獲取壓力傳感器的測量數(shù)據(jù)，監(jiān)控系統(tǒng)管路中的壓力變化，防止過壓造成危險(xiǎn)。PLC 也可通過壓力的瞬間降低來判斷系統(tǒng)管路中是否出現(xiàn)管道借口脫落，控制管路電子閥門及時采取措施。獨(dú)立循環(huán)水恒溫控制系統(tǒng)選用MIK-P300G 型壓力傳感器，壓力測量范圍為0 ～ 0.6 MPa，信號輸出范圍4 ～ 20 mA?？梢灾苯优c計(jì)算機(jī)接口卡、控制儀表、智能儀表或PLC 等方便相連，可遠(yuǎn)距離傳輸信號。該傳感器體積小、重量輕，全不銹鋼密封結(jié)構(gòu)，保證其能夠在多種環(huán)境中工作[3]。

2.5 流量傳感器

PLC 通過流量傳感器實(shí)時監(jiān)測循環(huán)水流量，根據(jù)當(dāng)前循環(huán)水流量控制水泵輸出轉(zhuǎn)速，并控制水泵輸出轉(zhuǎn)速，調(diào)整流量大小。并對水箱進(jìn)出流量數(shù)據(jù)進(jìn)行積分，判斷管路中是否存在緩慢漏液，盡早發(fā)現(xiàn)并降低危險(xiǎn)隱患。采用MIK-LDG-DN20 型流量傳感器，測量范圍1.2 ～ 5.0 m3/h，輸出信號范圍4 ～ 20 mA。

3 獨(dú)立循環(huán)水恒溫控制系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)

獨(dú)立循環(huán)水恒溫控制系統(tǒng)界面主要分為4 部分：開機(jī)界面、主界面、參數(shù)設(shè)置界面及報(bào)警記錄查詢界面。

3.1 開機(jī)界面

開機(jī)界面的背景設(shè)為我司主樓，右下方為主界面的進(jìn)入按鈕，主界面僅在開機(jī)后首次待機(jī)時出現(xiàn)。在該界面顯示時，系統(tǒng)均處于上電待機(jī)狀態(tài)，此時，操作人員可以檢查系統(tǒng)與測試樣品之間的管路是否連接妥善。

3.2 主界面

獨(dú)立循環(huán)水恒溫控制系統(tǒng)主界面如圖2 所示。該界面主要通過簡易的系統(tǒng)框圖展示系統(tǒng)各開關(guān)部件的狀態(tài)，由數(shù)字顯示模塊實(shí)時顯示系統(tǒng)關(guān)鍵位置的循環(huán)水參數(shù)。主界面最上方為時間日期顯示及報(bào)警滾動指示牌。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)報(bào)警時，該指示牌將會顯示報(bào)警內(nèi)容、時間及次數(shù)，便于操作人員第一時間了解并分析故障。操作人員排除報(bào)警危險(xiǎn)后，可以通過“消除聲光報(bào)警”按鈕為復(fù)位聲光報(bào)警。

3.3 參數(shù)設(shè)置界面

參數(shù)設(shè)置界面如圖3 所示。該界面不僅同主界面一樣能夠進(jìn)入其他界面，關(guān)閉報(bào)警音及顯示報(bào)警信息外，主要有2 個用途。

一是進(jìn)行參數(shù)設(shè)置及控制模式選擇。通過數(shù)字輸入模塊輸入測試要求的溫度、壓力及流量期望值，操作人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或客戶要求設(shè)置參數(shù)報(bào)警的上下限值，選擇壓力控制或者流量控制。

二是系統(tǒng)正式工作前或排查系統(tǒng)故障時對系統(tǒng)進(jìn)行點(diǎn)控操作。按下“點(diǎn)控按鈕”進(jìn)入點(diǎn)控模式，該模式下操作人員可以單獨(dú)控制各電磁閥通斷，啟動冷卻風(fēng)機(jī)、水泵及加熱設(shè)備。操作人員也可以利用點(diǎn)控模式對水箱進(jìn)行防水和補(bǔ)液，減輕人員體力勞動[4]。

3.4 報(bào)警記錄查詢界面

該界面主要任務(wù)是記錄系統(tǒng)啟動后的歷史報(bào)警信息，操作人員可以查詢以往的報(bào)警信息，判斷報(bào)警內(nèi)容是否涉及安全問題。如有多次誤報(bào)警，可以根據(jù)報(bào)警信息記錄分析系統(tǒng)存在安全故障。

4 結(jié)束語

開發(fā)獨(dú)立循環(huán)水恒溫控制系統(tǒng)（圖4），在不改變實(shí)驗(yàn)室已有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，增加了對新能源汽車關(guān)鍵零部件及負(fù)載的恒溫輔助功能，不僅提高了測試的準(zhǔn)確性，而且能夠長時間的保證測試樣品或負(fù)載處于期望溫度，滿足不同被測樣品的溫度控制需求。