電控硅油風扇離合器性能測試范文

本站小編為你精心準備了電控硅油風扇離合器性能測試參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

《中國測試雜志》2014年第三期

1性能測試系統設計

1.1系統總體設計電控硅油風扇離合器性能自動測試系統的總體設計方案如圖1所示，系統分為機械和測控兩部分。機械結構模擬發動機的運行過程，其原理是采用變頻器控制電機運行，通過軸承箱給離合器的主動軸提供動力源，使其以一定的速度運轉[4]。測控部分包括上位機和下位機。上位機采用工業控制計算機，集成單元組合儀器及微處理器的優點，對測控系統進行集中管理，分散控制；下位機通過XC886CLM8位單片微控制器實現對風扇轉速的實時控制。

1.2測控部分硬件設計上位機的硬件設計包括基礎硬件和外圍硬件。基礎硬件以工業控制計算機為核心，完成對整個機械結構的控制和監視，測試數據的顯示、分析，報表生成。外圍硬件主要實現信號的采集和處理功能，包括多功能數據采集卡、信號轉接板和傳感器[5]。多功能數據采集卡是本測試系統外圍硬件的關鍵。考慮通道數、采樣頻率、分辨率、量程和精度等技術指標，采用PCI9111-DG數據采集卡。其包括16路模擬輸入和1路模擬輸出，A/D分辨率為12位，16路數字輸入/輸出，采樣頻率為100kHz。模擬輸入采集主軸轉速、風扇轉速等信號；利用數字端口和信號轉接板控制機械設備的運行，并檢測設備的位置狀態。為了實現多功能數據采集卡與外部設備信號之間的轉換引人了信號轉接板，它主要由信號調整電路（整形、濾波）、觸發電路和電壓控制放大電路組成。放大電路的設計思想是利用發光二極管和光電耦合的原理實現信號電壓在0~24V和0~5V之間相互轉換，如圖2所示[6]。下位機通過轉速傳感器實時監測風扇的實際轉速，并與目標風扇轉速比較得到當前風扇轉速的偏差。再將偏差作為增量式數字PID控制器的輸入，計算得到PWM信號的占空比。由于上位機輸出信號為RS232總線方式，而下位機輸入信號為RS485總線方式，因此需要通過一個RS232~RS485轉接器實現上位機和下位機之間的通信。

1.3測控部分軟件設計上位機的軟件設計包括主控模塊和測試模塊。主控模塊實現用戶登錄、硅油風扇離合器的選型、數據庫維護、參數設置和測試報表生成等功能。測試模塊為測試系統的主界面，功能包括實現模擬數據的輸入/輸出，數字信號的輸入/輸出，電機功耗參數的讀取，數據顯示、分析、處理和故障報警。測試模塊需要實時進行數據的發送和接收，為了減少數據在傳輸過程中對資源的消耗，根據測試系統的各個功能采用多線程技術實現多任務的并行處理。這樣各個功能所對應的線程之間可以相互協調運行，相互之間可實現數據的傳遞和狀態的切換[7]。測試模塊要完成的最主要任務是數據的分析處理，通過信號采集線程不斷地讀取風扇轉速、主軸轉速、風扇進到位和緊急停止等信號，并將這些信號以變體的形式添加到隊列中。同時不斷地從隊列中取出數據，并對其進行拆分、標量轉換、實時顯示、波形圖繪制和數據的存儲[8]。為實現上位機與下位機之間進行數據通信，測試模塊中采用LabVIEW自帶的VISA子模塊完成上位機與下位機之間的鏈接。通過“VISA配置串口”子VI分配端口、設置波特率、設置數據的位數和奇偶校驗位，由于串行通信采用十六進制的字符串，在發送數據時須對其進行格式轉換后方可輸入到“VISA寫入”子VI。為使兩者之間進行有效地通信，建立一個由指令字節、狀態字節和兩個數據字節組成串行通信協議。該通信協議的校驗位放置于指令字節中，分別對數據字節1和數據字節2采用奇偶校驗，4個字節頭組成特定代碼1000來確定一個完整的幀[9]。為了增強程序的可控性，引入了狀態機程序模式，一個狀態機由3部分組成，分別是狀態、事件和行為。LabVIEW中的狀態機由一個while循環和case結構組成，并利用移位寄存器實現狀態之間的跳轉。將整個測試過程分為測試空閑、系統初始化、機械設備狀態檢測、電機啟動、測試過程、參數計算和數據存儲等狀態。這些狀態可以根據相互之間的事件關系確定每一個狀態的執行步驟以及進入下一個狀態的切換代碼，這樣省去了人機交互的動作，使程序的處理速度得到提高，并且有利于程序代碼的升級[10]。測試系統需要即時存儲、管理和查詢大量的測量數據，如電控硅油風扇離合器的測試信息、測試結果、測試臺信息、客戶代號和用戶權限等，故本系統采用支持多線程和多用戶在線操作且功能強大的MySQL數據庫，它以其運行速度快、穩定可靠為眾多用戶使用。通過NI公司開發的專用于數據庫連接的工具包和ODBC數據庫連接標準，實現測試系統與遠程MySQL數據庫服務器之間的通信。在該數據庫的支持下，測試系統可以對測試數據進行查詢回放、質量統計，報表生成等操作[11]。下位機采用模塊化設計思想，將整個程序分為4大模塊。（1）串行通信模塊：下位機上電后即進入接收數據狀態，先通過單幀中4個字節頭組成的1000來確定是否為一個完整的幀，再核對奇偶校驗位、狀態字節和指令指節來確定當前串行通信發送的數據類型，然后將數據字節中的數據提取出來賦給對應的變量。（2）實際風扇轉速計算模塊：當下位機接收到傳感器發送過來的脈沖信號后，將產生內部中斷。通過計算單位時間內的中斷個數并對其進行優化得到當前的實際風扇轉速。（3）增量式數字PID控制算法模塊：PID控制即比例、積分、微分控制，由于具有穩定性能好、可靠性高等優點而成為過程控制中應用最廣泛的一種方法。增量式數字PID控制規律如。將偏差作為增量式數字PID控制器的輸入即可得到PWM信號的占空比。（4）PWM信號的輸出模塊：將前面得到的PWM信號的占空比和頻率發送給CCU6單元，通過其獨立定時器T12產生PWM信號，進而調節電控硅油風扇離合器的閥片去控制風扇轉速。

2應用實例

用戶首先進入性能測試系統的主控模塊，通過系統登錄界面進入系統主界面，在主界面中選擇所要測試的風扇離合器類型，然后進行參數設置和數據庫維護等操作，最后點擊自動測試按鈕選擇閉環測試進入測試模塊。測控開始前，離合器工作腔中的硅油產生粘性剪切力使裝在后蓋上的風扇跟隨主軸加速轉動，這時調節PWM信號的占空比使電控硅油風扇離合器處于全分離狀態；當工作腔中的全部硅油都流到儲油腔后，風扇轉速急速下降，測試系統判斷當前的風扇轉速達到全分離的最低風扇轉速時調用增量式數字PID控制算法模塊，調節實際風扇轉速逼近目標風扇轉速；經過給定的一段時間后，上位機將另一個目標風扇轉速發送到下位機，采用同樣的控制方法實現對當前目標風扇轉速的測控，依次類推：直到目標轉速為1800r/min測試完成后停止測試；最后測試系統通過風扇轉速的穩態和動態性能判斷該電控硅油風扇離合器是否合格。現場測控結果表明該電控硅油風扇離合器在多個目標風扇轉速下能夠穩定運行，實際風扇轉速與目標風扇轉速的差值在±20r/min之內，達到產品合格的要求。

3結束語

電控硅油風扇離合器性能自動測試系統，綜合利用了虛擬儀器技術和傳感器技術，并在LabVIEW平臺下開發了測試軟件。測試過程能實現全自動化：如機械設備的自動啟停，測試數據的自動采集、分析處理，測試參數的自動計算，測試結果的自動判斷、自動存儲、自動報表，測試循環的自動返回等。該測試軟件完全能夠滿足數據傳輸過程中的穩定性、可靠性和準確性要求。本文設計的測試系統已應用于某公司的產品生產過程中，實踐證明本系統能夠正常運行，軟件操作方便，測試結果準確，測試現場安全可靠，可大大提高生產效率。

作者：譚江榮王見尹愛軍單位：重慶大學機械學院