汽车冷却水泵耐久性自动网络化测试系统设计

摘 要

针对目前汽车冷却水泵出厂后长期高温运行出现的泄漏故障率较高的问题，本文设计了一套基于PLC的汽车水泵耐久性自动网络化测试系统，详细介绍了系统的总体设计、系统的硬件组成和软件设计。现场实际测试表明系统具有可靠性高、操作简单、远程监控管理等优点，并对系统的未来发展方向提出了展望。

【关键词】汽车冷却水泵 耐久性测试 PLC 组态软件

汽车冷却水泵对发动机进行冷却，保障发动机在一定温度范围内正常运行。若水泵存在泄漏，超过一定密封要求，对发动机的性能、功率、寿命及安全等方面将产生严重影响，甚至使汽车不能正常工作。根据QC/T288.2-2001“汽车发动机冷却水泵试验方法”中的密封性试验、汽蚀试验、可靠性试验、性能试验，仅仅是水泵的出厂试验，而对于长期高温使用中的密封性质量隐患并未做出可靠的测试。

针对此问题，本文结合设计了一种基于PLC的汽车水泵耐久性自动网络化测试系统，在汽车水泵按预先定的测试转速在设定水温中连续运行后，检测汽车水泵有无泄漏的情况发生，以此对其耐久性进行测试。该系统已经成功用于某汽车水泵生产企业的产品出厂检验。

1 系统总体设计

水泵耐久性自动网络化测试系统组成如图1所示。整个系统由电机组调速控制子系统、温控子系统和远程监控系统组成。其中PLC为控制核心，通过RS-485协议和变频器、温控器进行通讯，一方面控制电机的运转，模拟出汽车行驶时加减速以及恒速模式；另一方面控制加热器来对冷却水加热，提供汽车水泵运行过程中的热水。

1.1 调速控制子系统

由PLC、变频器、电机、水泵等组成。为了提高工作效率采用一拖六的控制方案，即一台PLC控制6台水泵，PLC 通过RS-485选定工作电机并控制变频器来调节相应编号发动机的转速，用皮带轮带动水泵进行运转，从而模拟出人驾驶汽车加减速以及恒速的模式。

1.2 温控子系统

由热电偶、温控器、固态继电器等构成。当热电偶检测水温低于PLC的设定时，PLC通过RS-485与温控器通讯，控制加热器对水进行加热，相反，当温度高于设定温度时，PLC输出信号通过温控器使加热器停止加热。

1.3 参数设置

由触摸屏和PLC构成，测试人员根据待测水泵参数自行设置水温和转速以及加减速时间。为了使测试效果更为准确，仿真环境更为逼真，变频器提供了15段速的速度设置。RS-232与PLC通讯实现整个测试系统的实时在线测试。

2 系统硬件

2.1 调速系统

PLC选用台达DVP20EH00T型PLC，100-240VAC电源供电、晶体管输出、12路输入、8路输出。变频器选用台达VFD150F43风水及专用型变频器，多段速指令0-15选择。R、S、T接三相电源，U、V、W通过熔断器接三相电机，P/B1与B2之间接刹车电阻，刹车电阻的阻值是根据电机的功率选定的。根据说明书的说明，15KW的电机选用的电阻式1000W，50Ω的电阻。接地端子是以特种方式接地的。AFM、ACM分别是模拟电压输出端、模拟控制信号共同端，AFM输出的信号经过电阻和电流计与ACM相连。SG+与SG-是RS-485通讯口，通过RS-485总线与PLC进行通讯，接收PLC发出的指令，然后完成相应的操作。

通讯参数设置：通讯口用COM2，通讯格式为ASCII模式。在PLC中，D1120是16位的数据寄存器，通过设置PLC中16位数据寄存器D1120数值，将PLC的通讯协议与待通讯的从机保持一致。本系统程序中，D1120=HA6，即通讯频率为38400bps，数据长度为7位，偶校验，1位停止位。M1120置1，即设定好PLC COM2口通讯协议。变频器中通讯设置的参数与PLC一致，通讯地址设为1，通讯传输速度为38400bps，通讯格式为7 bit for ASCII。

2.2 温控系统

温控器采用台达DTA标准功能型温度控制器，温度传感器采用工业用热电阻WZC，其类别为铜热电阻，测温范围-50℃-100℃。固态继电器采用GJ10-W交流过零型。温控器通讯参数设置要与PLC一致，通讯速率：38400bps，通讯格式：7E1协议即7位数据长，偶校验，1位停止位。

系统采用PID控制方式，温控器接入热电阻后可以感应到外界温度，从而使温控器采用相应的操作。当温度没有达到要求的温度时，加热器开始工作，对水进行加热。在温控器工作前，先闭合总开关QK1，后等待PLC控制温控器工作。当PLC的Y0线圈得电，温控器开始工作，通过感应水的温度，采取相应的数据输出。当水温低于设定的温度时，输出的信号通过固态继电器GJ10-W隔离后，驱动电流流过加热器，从而对水进行加热。

2.3 触摸屏

触摸屏采用昆仑通态的TPC7062Hi，该触摸屏以嵌入式低功耗CPU为核心（主频600Hz），采用7寸高亮度TFT液晶显示屏（分辨率800×480）和四线电阻式触摸屏（分辨率1024×1024）。外部接口RS232、RS485、USB2.0、RJ45各一个。

3 系统软件设计

3.1 MCGS软件设计

MCGS软件设计包括上位机子程序和触摸屏子程序两部分。上位机子程序主要包括主控界面、远程监控界面、实时数据查询界面等，如图2所示。

远程监控界面实现可视化的实时在线监控，操作界面如图3所示。

触摸屏子程序实现系统初始化、参数设定、现场运行监控、故障诊断等。其中参数设定界面又分为温度参数设定界面和变频器参数设定界面。

3.2 PLC程序设计

PLC的程序是在WPLSoft_V2.33环境下，用梯形图进行编程。采用模块化程序结构，在不同的模块中分别实现温控、转速控制等任务，方便程序修改与维护。PLC程序流程图如图4所示。

4 结束语

基于PLC的汽车水泵耐久性自动网络化测试系统集多种技术于一体，自动化程度高、抗干扰能力强，操作简单，已经成功用于汽车水泵生产企业的产品出厂检验。随着技术深入，该系统有望利用高性能的水泵振动试验台，更逼真地模拟汽车在不同路面的运行环境，更进一步完善测试系统。

参考文献

[1]欧阳卡，邹登纪.浅议微型汽车用发动机水泵水封密封性的改善[J].装备制造技术，2010（7）：139-140.

[2]吴建港，冷永刚，杨彩云.基于终端服务的水泵机组远程在线监测诊断系统[J].自动化与仪表，2004（2）：38-40.

[3]曹恒，张周岳，董如金，李晓雪，吴昊.实时机泵状态监测与故障诊断系统[J].仪表技术与传感器，2009（7）：90-92.

[4]张忠义.基于C8051F120的水泵全性能测试系统的研究[J].制造业自动化，2011（9）：40-42.

[5]钟绍俊，解建，程永恩.汽车发动机冷却水泵可靠性测试[J].机床与液压，2009，37（1）：120-123.

作者简介

王喜昌（1973-），男，河南省鲁山县人。电子科技大学计算机技术应用专业硕士研究生学位。现为河南省直网管中心高级讲师、主任。研究方向为计算机网络综合管理、网络安全等。

作者单位

河南省直网管中心 河南省郑州市 450001endprint

摘 要

针对目前汽车冷却水泵出厂后长期高温运行出现的泄漏故障率较高的问题，本文设计了一套基于PLC的汽车水泵耐久性自动网络化测试系统，详细介绍了系统的总体设计、系统的硬件组成和软件设计。现场实际测试表明系统具有可靠性高、操作简单、远程监控管理等优点，并对系统的未来发展方向提出了展望。

【关键词】汽车冷却水泵 耐久性测试 PLC 组态软件

汽车冷却水泵对发动机进行冷却，保障发动机在一定温度范围内正常运行。若水泵存在泄漏，超过一定密封要求，对发动机的性能、功率、寿命及安全等方面将产生严重影响，甚至使汽车不能正常工作。根据QC/T288.2-2001“汽车发动机冷却水泵试验方法”中的密封性试验、汽蚀试验、可靠性试验、性能试验，仅仅是水泵的出厂试验，而对于长期高温使用中的密封性质量隐患并未做出可靠的测试。

针对此问题，本文结合设计了一种基于PLC的汽车水泵耐久性自动网络化测试系统，在汽车水泵按预先定的测试转速在设定水温中连续运行后，检测汽车水泵有无泄漏的情况发生，以此对其耐久性进行测试。该系统已经成功用于某汽车水泵生产企业的产品出厂检验。

1 系统总体设计

水泵耐久性自动网络化测试系统组成如图1所示。整个系统由电机组调速控制子系统、温控子系统和远程监控系统组成。其中PLC为控制核心，通过RS-485协议和变频器、温控器进行通讯，一方面控制电机的运转，模拟出汽车行驶时加减速以及恒速模式；另一方面控制加热器来对冷却水加热，提供汽车水泵运行过程中的热水。

1.1 调速控制子系统

由PLC、变频器、电机、水泵等组成。为了提高工作效率采用一拖六的控制方案，即一台PLC控制6台水泵，PLC 通过RS-485选定工作电机并控制变频器来调节相应编号发动机的转速，用皮带轮带动水泵进行运转，从而模拟出人驾驶汽车加减速以及恒速的模式。

1.2 温控子系统

由热电偶、温控器、固态继电器等构成。当热电偶检测水温低于PLC的设定时，PLC通过RS-485与温控器通讯，控制加热器对水进行加热，相反，当温度高于设定温度时，PLC输出信号通过温控器使加热器停止加热。

1.3 参数设置

由触摸屏和PLC构成，测试人员根据待测水泵参数自行设置水温和转速以及加减速时间。为了使测试效果更为准确，仿真环境更为逼真，变频器提供了15段速的速度设置。RS-232与PLC通讯实现整个测试系统的实时在线测试。

2 系统硬件

2.1 调速系统

PLC选用台达DVP20EH00T型PLC，100-240VAC电源供电、晶体管输出、12路输入、8路输出。变频器选用台达VFD150F43风水及专用型变频器，多段速指令0-15选择。R、S、T接三相电源，U、V、W通过熔断器接三相电机，P/B1与B2之间接刹车电阻，刹车电阻的阻值是根据电机的功率选定的。根据说明书的说明，15KW的电机选用的电阻式1000W，50Ω的电阻。接地端子是以特种方式接地的。AFM、ACM分别是模拟电压输出端、模拟控制信号共同端，AFM输出的信号经过电阻和电流计与ACM相连。SG+与SG-是RS-485通讯口，通过RS-485总线与PLC进行通讯，接收PLC发出的指令，然后完成相应的操作。

通讯参数设置：通讯口用COM2，通讯格式为ASCII模式。在PLC中，D1120是16位的数据寄存器，通过设置PLC中16位数据寄存器D1120数值，将PLC的通讯协议与待通讯的从机保持一致。本系统程序中，D1120=HA6，即通讯频率为38400bps，数据长度为7位，偶校验，1位停止位。M1120置1，即设定好PLC COM2口通讯协议。变频器中通讯设置的参数与PLC一致，通讯地址设为1，通讯传输速度为38400bps，通讯格式为7 bit for ASCII。

2.2 温控系统

温控器采用台达DTA标准功能型温度控制器，温度传感器采用工业用热电阻WZC，其类别为铜热电阻，测温范围-50℃-100℃。固态继电器采用GJ10-W交流过零型。温控器通讯参数设置要与PLC一致，通讯速率：38400bps，通讯格式：7E1协议即7位数据长，偶校验，1位停止位。

系统采用PID控制方式，温控器接入热电阻后可以感应到外界温度，从而使温控器采用相应的操作。当温度没有达到要求的温度时，加热器开始工作，对水进行加热。在温控器工作前，先闭合总开关QK1，后等待PLC控制温控器工作。当PLC的Y0线圈得电，温控器开始工作，通过感应水的温度，采取相应的数据输出。当水温低于设定的温度时，输出的信号通过固态继电器GJ10-W隔离后，驱动电流流过加热器，从而对水进行加热。

2.3 触摸屏

触摸屏采用昆仑通态的TPC7062Hi，该触摸屏以嵌入式低功耗CPU为核心（主频600Hz），采用7寸高亮度TFT液晶显示屏（分辨率800×480）和四线电阻式触摸屏（分辨率1024×1024）。外部接口RS232、RS485、USB2.0、RJ45各一个。

3 系统软件设计

3.1 MCGS软件设计

MCGS软件设计包括上位机子程序和触摸屏子程序两部分。上位机子程序主要包括主控界面、远程监控界面、实时数据查询界面等，如图2所示。

远程监控界面实现可视化的实时在线监控，操作界面如图3所示。

触摸屏子程序实现系统初始化、参数设定、现场运行监控、故障诊断等。其中参数设定界面又分为温度参数设定界面和变频器参数设定界面。

3.2 PLC程序设计

PLC的程序是在WPLSoft_V2.33环境下，用梯形图进行编程。采用模块化程序结构，在不同的模块中分别实现温控、转速控制等任务，方便程序修改与维护。PLC程序流程图如图4所示。

4 结束语

基于PLC的汽车水泵耐久性自动网络化测试系统集多种技术于一体，自动化程度高、抗干扰能力强，操作简单，已经成功用于汽车水泵生产企业的产品出厂检验。随着技术深入，该系统有望利用高性能的水泵振动试验台，更逼真地模拟汽车在不同路面的运行环境，更进一步完善测试系统。

参考文献

[1]欧阳卡，邹登纪.浅议微型汽车用发动机水泵水封密封性的改善[J].装备制造技术，2010（7）：139-140.

[2]吴建港，冷永刚，杨彩云.基于终端服务的水泵机组远程在线监测诊断系统[J].自动化与仪表，2004（2）：38-40.

[3]曹恒，张周岳，董如金，李晓雪，吴昊.实时机泵状态监测与故障诊断系统[J].仪表技术与传感器，2009（7）：90-92.

[4]张忠义.基于C8051F120的水泵全性能测试系统的研究[J].制造业自动化，2011（9）：40-42.

[5]钟绍俊，解建，程永恩.汽车发动机冷却水泵可靠性测试[J].机床与液压，2009，37（1）：120-123.

作者简介

王喜昌（1973-），男，河南省鲁山县人。电子科技大学计算机技术应用专业硕士研究生学位。现为河南省直网管中心高级讲师、主任。研究方向为计算机网络综合管理、网络安全等。

作者单位

河南省直网管中心 河南省郑州市 450001endprint

摘 要

针对目前汽车冷却水泵出厂后长期高温运行出现的泄漏故障率较高的问题，本文设计了一套基于PLC的汽车水泵耐久性自动网络化测试系统，详细介绍了系统的总体设计、系统的硬件组成和软件设计。现场实际测试表明系统具有可靠性高、操作简单、远程监控管理等优点，并对系统的未来发展方向提出了展望。

【关键词】汽车冷却水泵 耐久性测试 PLC 组态软件

汽车冷却水泵对发动机进行冷却，保障发动机在一定温度范围内正常运行。若水泵存在泄漏，超过一定密封要求，对发动机的性能、功率、寿命及安全等方面将产生严重影响，甚至使汽车不能正常工作。根据QC/T288.2-2001“汽车发动机冷却水泵试验方法”中的密封性试验、汽蚀试验、可靠性试验、性能试验，仅仅是水泵的出厂试验，而对于长期高温使用中的密封性质量隐患并未做出可靠的测试。

针对此问题，本文结合设计了一种基于PLC的汽车水泵耐久性自动网络化测试系统，在汽车水泵按预先定的测试转速在设定水温中连续运行后，检测汽车水泵有无泄漏的情况发生，以此对其耐久性进行测试。该系统已经成功用于某汽车水泵生产企业的产品出厂检验。

1 系统总体设计

水泵耐久性自动网络化测试系统组成如图1所示。整个系统由电机组调速控制子系统、温控子系统和远程监控系统组成。其中PLC为控制核心，通过RS-485协议和变频器、温控器进行通讯，一方面控制电机的运转，模拟出汽车行驶时加减速以及恒速模式；另一方面控制加热器来对冷却水加热，提供汽车水泵运行过程中的热水。

1.1 调速控制子系统

由PLC、变频器、电机、水泵等组成。为了提高工作效率采用一拖六的控制方案，即一台PLC控制6台水泵，PLC 通过RS-485选定工作电机并控制变频器来调节相应编号发动机的转速，用皮带轮带动水泵进行运转，从而模拟出人驾驶汽车加减速以及恒速的模式。

1.2 温控子系统

由热电偶、温控器、固态继电器等构成。当热电偶检测水温低于PLC的设定时，PLC通过RS-485与温控器通讯，控制加热器对水进行加热，相反，当温度高于设定温度时，PLC输出信号通过温控器使加热器停止加热。

1.3 参数设置

由触摸屏和PLC构成，测试人员根据待测水泵参数自行设置水温和转速以及加减速时间。为了使测试效果更为准确，仿真环境更为逼真，变频器提供了15段速的速度设置。RS-232与PLC通讯实现整个测试系统的实时在线测试。

2 系统硬件

2.1 调速系统

PLC选用台达DVP20EH00T型PLC，100-240VAC电源供电、晶体管输出、12路输入、8路输出。变频器选用台达VFD150F43风水及专用型变频器，多段速指令0-15选择。R、S、T接三相电源，U、V、W通过熔断器接三相电机，P/B1与B2之间接刹车电阻，刹车电阻的阻值是根据电机的功率选定的。根据说明书的说明，15KW的电机选用的电阻式1000W，50Ω的电阻。接地端子是以特种方式接地的。AFM、ACM分别是模拟电压输出端、模拟控制信号共同端，AFM输出的信号经过电阻和电流计与ACM相连。SG+与SG-是RS-485通讯口，通过RS-485总线与PLC进行通讯，接收PLC发出的指令，然后完成相应的操作。

通讯参数设置：通讯口用COM2，通讯格式为ASCII模式。在PLC中，D1120是16位的数据寄存器，通过设置PLC中16位数据寄存器D1120数值，将PLC的通讯协议与待通讯的从机保持一致。本系统程序中，D1120=HA6，即通讯频率为38400bps，数据长度为7位，偶校验，1位停止位。M1120置1，即设定好PLC COM2口通讯协议。变频器中通讯设置的参数与PLC一致，通讯地址设为1，通讯传输速度为38400bps，通讯格式为7 bit for ASCII。

2.2 温控系统

温控器采用台达DTA标准功能型温度控制器，温度传感器采用工业用热电阻WZC，其类别为铜热电阻，测温范围-50℃-100℃。固态继电器采用GJ10-W交流过零型。温控器通讯参数设置要与PLC一致，通讯速率：38400bps，通讯格式：7E1协议即7位数据长，偶校验，1位停止位。

系统采用PID控制方式，温控器接入热电阻后可以感应到外界温度，从而使温控器采用相应的操作。当温度没有达到要求的温度时，加热器开始工作，对水进行加热。在温控器工作前，先闭合总开关QK1，后等待PLC控制温控器工作。当PLC的Y0线圈得电，温控器开始工作，通过感应水的温度，采取相应的数据输出。当水温低于设定的温度时，输出的信号通过固态继电器GJ10-W隔离后，驱动电流流过加热器，从而对水进行加热。

2.3 触摸屏

触摸屏采用昆仑通态的TPC7062Hi，该触摸屏以嵌入式低功耗CPU为核心（主频600Hz），采用7寸高亮度TFT液晶显示屏（分辨率800×480）和四线电阻式触摸屏（分辨率1024×1024）。外部接口RS232、RS485、USB2.0、RJ45各一个。

3 系统软件设计

3.1 MCGS软件设计

MCGS软件设计包括上位机子程序和触摸屏子程序两部分。上位机子程序主要包括主控界面、远程监控界面、实时数据查询界面等，如图2所示。

远程监控界面实现可视化的实时在线监控，操作界面如图3所示。

触摸屏子程序实现系统初始化、参数设定、现场运行监控、故障诊断等。其中参数设定界面又分为温度参数设定界面和变频器参数设定界面。

3.2 PLC程序设计

PLC的程序是在WPLSoft_V2.33环境下，用梯形图进行编程。采用模块化程序结构，在不同的模块中分别实现温控、转速控制等任务，方便程序修改与维护。PLC程序流程图如图4所示。

4 结束语

基于PLC的汽车水泵耐久性自动网络化测试系统集多种技术于一体，自动化程度高、抗干扰能力强，操作简单，已经成功用于汽车水泵生产企业的产品出厂检验。随着技术深入，该系统有望利用高性能的水泵振动试验台，更逼真地模拟汽车在不同路面的运行环境，更进一步完善测试系统。

参考文献

[1]欧阳卡，邹登纪.浅议微型汽车用发动机水泵水封密封性的改善[J].装备制造技术，2010（7）：139-140.

[2]吴建港，冷永刚，杨彩云.基于终端服务的水泵机组远程在线监测诊断系统[J].自动化与仪表，2004（2）：38-40.

[3]曹恒，张周岳，董如金，李晓雪，吴昊.实时机泵状态监测与故障诊断系统[J].仪表技术与传感器，2009（7）：90-92.

[4]张忠义.基于C8051F120的水泵全性能测试系统的研究[J].制造业自动化，2011（9）：40-42.

[5]钟绍俊，解建，程永恩.汽车发动机冷却水泵可靠性测试[J].机床与液压，2009，37（1）：120-123.

作者简介

王喜昌（1973-），男，河南省鲁山县人。电子科技大学计算机技术应用专业硕士研究生学位。现为河南省直网管中心高级讲师、主任。研究方向为计算机网络综合管理、网络安全等。

作者单位

河南省直网管中心 河南省郑州市 450001endprint