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(中認(沈陽)北方實驗室有限公司，遼寧 沈陽 110141)

1 引言

隨著全球經(jīng)濟和科技的高速發(fā)展，人們對汽油煤炭等傳統(tǒng)能源的需求日益增加，導致傳統(tǒng)能源的損耗速度過快，對環(huán)境的影響日趨嚴重，其中最受人們關注的問題之一就是二氧化碳的排放。出于對經(jīng)濟、環(huán)境等多方面的因素，各國開始大力發(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)電機和蓄電池構(gòu)成，同時汽車起動機作為汽車發(fā)動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)動機、蓄電池、汽車起動機構(gòu)成了汽車供電系統(tǒng)的三個重要組成部分。由于各個組成部分受自身條件的影響，必然會在供電線路上產(chǎn)生電壓變化，從而影響以此并聯(lián)的汽車電子設備。

為了更好地考查汽車電子設備在常見的或可預見的非正常條件下工作的能力，國際標準ISO 16750-2及世界各個車廠對此都做出了相應的要求，我國發(fā)布的GB/T 28046.2也對此做出了規(guī)定[1]。

由于現(xiàn)在的測試設備中沒有專門的測試設備，并且現(xiàn)有的相關測試設備價格昂貴，少則幾萬，多則幾十萬。而且這些設備無法完全滿足標準的試驗要求，僅能實現(xiàn)一個或幾個試驗。因此需要即能滿足相關測試要求，又具有性能穩(wěn)定、可靠性高、價格便宜等特點的相關設備。本文采用PLC作為控制器，并使用觸摸屏實現(xiàn)可視化，設計了滿足標準試驗要求的電氣負荷試驗裝置。

2 測試需求分析[3]

2.1 直流供電電壓

本試驗的目的是在最小供電電壓和最大供電電壓范圍內(nèi)證實設備功能。按照表1或表2對受試設備(DUT)的有效輸入端供電，所有DUT的功能應正常。

表1 UN=12V系統(tǒng)供電

表2 UN=24V系統(tǒng)供電

2.2 過電壓

本試驗的目的是模擬發(fā)電機調(diào)節(jié)器失效引起發(fā)電機輸出電壓上升到高于常規(guī)供電電壓。對于12V系統(tǒng)，試驗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。對于24V系統(tǒng)，試驗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

本試驗的目的是當使用輔助起動裝置時DUT對蓄電池反向連接的抵御能力。本試驗不適用于交流發(fā)電機或帶有鉗位二極管而沒有外部反向極性保護的裝置。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UN=12V系統(tǒng)用4V的反向試驗電壓同時施加到DUT有效輸入端子上持續(xù)60s±6s，本試驗不適用于24V系統(tǒng)；除上述情況外，用試驗電壓UA(見表3)反向同時施加到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

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

(1)對DUT提供電壓UA；

(2)對DUT的接地/供電線路進行接地/供電線路電壓偏離；

(3)在該條件下進行功能試驗；

(4)按不同接地/供電組合重復測試(3)的內(nèi)容。

反向偏移電壓重復上述試驗。

3 系統(tǒng)設計

3.1 控制方案設計

整個電氣負荷試驗裝置采用PLC加觸摸屏的模式。PLC主要負責系統(tǒng)控制邏輯關系的實現(xiàn)，觸摸屏主要用于人機交互。整個測試裝置由PLC、觸摸屏、接觸器、指示燈、報警蜂鳴器等元器件組成(見圖1)。

圖1 控制系統(tǒng)組成圖

根據(jù)系統(tǒng)控制信號的數(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)合實際的測試要求進行現(xiàn)場調(diào)整控制程序，增加測試能力和項目。

觸摸屏采用威綸通TK6051iP，使用EasyBuilder Pro組態(tài)軟件，適用于高標準的復雜機器的可視化。顯示屏擁有RS-232/RS-485和micro USB接口，可以方便的與PLC、計算機進行通信，交換數(shù)據(jù)。

整個控制系統(tǒng)根據(jù)不同的測試項目，不同的測試參品，連接相應的負載，修改相關測試參數(shù)。系統(tǒng)的輸入信號有直流電源電壓信號，按鈕開關的開關信號和報警信號。直流電源電壓信號用來判斷電源電壓是否正常的；按鈕開關的開關信號用于開始和結(jié)束測試；當有報警信號時，整個系統(tǒng)切斷電源，以保證系統(tǒng)安全系統(tǒng)的輸出信號有直流電源電壓信號、接觸器信號、運行指示燈和報警蜂鳴器信號。直流電源電壓信號用以顯示測試的電壓值，接觸器信號用于控制接觸器動作。運行指示燈限號用以顯示是否處測試過程中，以及測試是否結(jié)束。當系統(tǒng)出現(xiàn)誤操作，測試電源未正常接入時，蜂鳴器報警以保證系統(tǒng)運行正常，并保證測試參數(shù)正確。

3.2 程序開發(fā)設計

(1)PLC軟件設計

根據(jù)系統(tǒng)的輸入輸出信號的要求，確定PLC的I/O地址分配，這里包括開關量地址和模擬量地址。輸入信號不僅來自于物理元器件，還有來自觸摸屏的軟元件信號。程序設計采用模塊化的設計方法，設計每個測試項目程序模塊，并統(tǒng)一設計初始化模塊和報警模塊，以及觸摸屏的通信模塊。根據(jù)不同測試項目的要求和使用的地址，分析整個系統(tǒng)的邏輯關系，編寫控制程序。在程序的編寫過程中需要識別干擾信號，以避免系統(tǒng)產(chǎn)生誤動作和誤報警。在每一步中，以該動作完成的產(chǎn)生的相應傳感器信號常閉觸點作為互鎖條件。最后，通過仿真模塊對程序進行仿真，以驗證程序的不完善部分，并加以改進。

(2)觸摸屏軟件簡介

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

圖2 觸摸屏主菜單

(3)觸摸屏程序設計

為了實現(xiàn)人機交互設備與PLC的通訊，必須在人機交互設備與PLC兩者之間建立連接。根據(jù)PLC設備的通訊參數(shù)，將觸摸屏軟件的通訊參數(shù)設置一致。根據(jù)所需測試項目，并根據(jù)所確定的PLC的I/O地址分配，分別編寫各個測試項目的程序和界面(圖2為觸摸屏主菜單)。編寫故障報警界面，記錄系統(tǒng)故障問題及發(fā)生時間，便于管理維護人員發(fā)現(xiàn)問題并及時處理。利用軟件自帶的離線模擬功能對程序進行模擬，對不完善的地方進行改進。最后與硬件相連，進行實際測試，對程序進一步完善。

4 結(jié)論

本文設計的試驗裝置以PLC為控制器，并采用觸摸屏來實現(xiàn)人機交互，實現(xiàn)了設備運行的可視化操作。不僅滿足了標準中各個試驗項目的測試需要，并且具有性能穩(wěn)定、可靠性高、價格便宜等特點。并且可以根據(jù)不同標準、不同車廠的特殊需求，隨時增減測試項目、改變測試響應參數(shù)以及拓展被測通道數(shù)量，完全實現(xiàn)了設計目的。隨著服務對象的不斷增加，該裝置擴展成模塊化管理，為企業(yè)提供諸如國際標準、國家標準、不同車廠要求的全面測試解決方案。