发动机热试线乙二醇循环控制系统

冯学胜， 宋成波

（山东同圆设计集团有限公司，山东 济南 250101）

0 引 言

燃油是非可再生资源，现已成为全球性的重要资源，世界上许多矛盾都是由燃油引起的，其重要性不言而喻，一旦没有燃油后果可想而知，这就要求合理利用燃油。

汽车是人类主要的交通工具之一，发动机是汽车的心脏，发动机技术历来是汽车制造商的主攻目标［1－3］。为了确认出厂前发动机的质量与性能，启动发动机在不同的转速下加上一定的负荷，检验发动机的性能，此试验称为热试。既然是热试就需要能量，而能量的来源就是燃料的燃烧。最初采用的燃料是贵重的燃油，但由于燃油成本高，所以迫切需要一种替代品。

随着人们的不断探索和努力，乙二醇可以用来代替燃油作为热试燃料进行发动机的性能检验。乙二醇与燃油相比，具有可再生性、易生产、易获得、成本低等特点，因此，用乙二醇来代替燃油设计发动机热试线乙二醇循环控制系统具有相当重要的意义［4－5］。

1 循环系统工艺过程

循环系统主要由混合过程、加热过程、循环过程、沉淀过程和净化过程5个过程组成。其工作顺序如图1所示。

图1 循环系统工艺过程

混合过程是将乙二醇液体与自来水以一定的比例进行混合，使混合后的乙二醇液能够满足发动机热试所要求的燃料要求。加热过程是通过夹套对混合槽内的混合液进行加热，使混合液具有一定的温度以便进行发动机热试。循环过程是将配比好的乙二醇混合液以一定的压力送到发动机的热试线上，供热试使用。该过程使用了3个循环泵，根据实际压力的需要，以恒定的压力给热试线提供乙二醇混合液。

由热试线循环回来的乙二醇混合液作为回流液流回沉淀槽进行沉淀处理，此过程为沉淀过程。沉淀处理后的乙二醇混合液通过加压泵加压，然后通过过滤器进行两级净化，净化后的乙二醇混合液流回混合槽，至此完成净化过程。

2 循环控制系统硬件设计

控制系统采用S7－300PLC作为系统的控制器，主要控制混合过程和循环过程。

2.1 混合过程控制器设计

混合过程中要求乙二醇溶液与自来水按一定的比例进行混合，其结构如图2所示。

图中：Gc1，Ga1，Gp1，Gs1——分别为乙二醇溶液流量回路的控制器、执行器、被控对象和检测环节的传递函数；

Gc2，Ga2，Gp2，Gs2——分别为自来水流量回路的控制器、执行器、被控对象和检测环节的传递函数；

K——比例系数。

图2 混合过程控制系统结构

对于乙二醇溶液来说，流量闭环的设定值由触摸屏（r1）设定，流量控制器Gc1根据设定值与检测仪表所检测到的反馈值Gs1进行比较，通过PID算法计算出相应的控制量来控制流量调节阀Ga1的开度，从而控制乙二醇溶液的流量；自来水流量闭环与乙二醇流量闭环类似，所不同的是自来水流量的设定值是根据乙二醇流量的设定值与比例系数相乘所得到的（r2）。

2.2 循环过程控制方案

为了提高产品的检验效率，整个系统不间断工作，故循环过程中的3个循环泵采用循环软启工作方式。当变频泵运行到工频50Hz时，此时的实际压力还没有达到设定压力，不是直接启动另外一台水泵，而是将当前以变频运行的水泵直接切换到工频方式运行，以变频方式启动另外一台水泵，以达到维持系统压力恒定的目的。在切出水泵时，按照先启先停的方式进行，这样的好处是机组中的每一台水泵在工作中都被使用到，是按照大循环的方式进行转换的。水泵机组的电机在启动时都是以变频的方式进行的，因此，启动无冲击，可有效防止水泵机组长期闲置而锈死的现象发生。

3 循环控制系统软件设计

系统软件有PLC的编程软件STEP 7V5.4，主要实现现场泵和阀的运行；触摸屏组态软件MCGS主要是对现场的工作状态进行实时监控［6］。

3.1 循环过程程序设计

根据循环软启的工作原理，3个循环泵的工作流程如图3所示。

图3 循环泵工作流程

3.2 触摸屏组态软件设计

触摸屏组态主要针对混合过程与沉淀过程中的液位、温度、压力和一些泵、阀的开关状态进行实时监控［7－8］。具体组态画面分别如图4和图5所示。

图4 混合过程组态画面

图5 沉淀过程组态画面

4 结 语

通过对发动机热试线乙二醇循环控制系统的设计，该控制系统能够根据现场的工况自动控制生产设备运行，达到节能降耗和提高生产率的目的，在实际应用中具有一定的实用价值和推广价值。

［1］Angelov P，Giglio V，Guardiola C，et al.An approach to model－based fault detection in industrial measurement systems with application to engine test benches［J］.Measurement Science ＆ Technology，2006，17（7）：10.

［2］Alex Alvey，Gabriella Cerrato Jay.Application of NVH techniques to engine production line test［A］.2005SAE Noise and Vibration Conference and Exhibition［C］.2005：6.

［3］Anon.Advanced hot test cells for end－of－line engine testing［J］.Diesel Progress North American，2000，66（7）：2.

［4］Jian Jun，Wu Hong，Wei Tang.On－line test technology of engine technology state［J］.3rd.International Symposium on Test and Measurement，1999，1（1）：456－478.

［5］Yuru Yang.Engine and automotive theory［M］.［s.n.］：People’s Communications Press，1993：5.

［6］廖常初.S7－300／400PLC应用技术［M］.3版.北京：机械工业出版社，2012：14.

［7］和宏亮.变频恒压供水集散控制系统［J］.中国西部科技，2010（4）：15－17.

［8］尤文，赵志洋，刘洋.变频调速定压供水系统［J］.长春工业大学学报：自然科学版，2007，28（S1）：212.