1、 上海電視大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計題目： 汽車空調(diào)檢驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計 分校（站、點(diǎn)）： 嘉定分校 年級、專業(yè)： 09春機(jī)電一體化 教育層次： 大專 學(xué)生姓名： 許泓 學(xué) 號： 098120667 指導(dǎo)教師： 高放 完成日期： 2013-6-14 目 錄內(nèi)容摘要3一、前言41.1 汽車空調(diào)41.2、汽車空調(diào)的特點(diǎn)51.3、汽車空調(diào)的性能評價指標(biāo)6二、設(shè)計汽車空調(diào)壓縮機(jī)的檢測62.1 工藝設(shè)計72.2 控制流程7三 系統(tǒng)配置831 元部件選型832 輸人輸出配置8四、 軟件編程941 PLC編程942 OP組態(tài)編程11總結(jié)12參考文獻(xiàn)12內(nèi)容摘要摘要：隨著汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展和人民生活水平的日益提高汽車開始

2、走進(jìn)千家萬戶。人們在一貫追求汽車的安全性、可靠性的同時如今也更加注重對舒適性的要求。因而空調(diào)系統(tǒng)作為現(xiàn)代轎車基本配備也就成為了必然。 近年來,環(huán)保和能源問題成為世界關(guān)注的焦點(diǎn),也成為影響汽車業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素,各種替代能源動力車的出現(xiàn),為汽車空調(diào)業(yè)提出了新的課題與挑戰(zhàn)。 自本世紀(jì)20年代汽車空調(diào)誕生以來伴隨汽車空調(diào)系統(tǒng)的普及與發(fā)展汽車空調(diào)的發(fā)展大體上經(jīng)歷了五個階段單一取暖階段、單一冷氣階段、冷暖一體化階段、自動控制階段、計算機(jī)控制階段。空調(diào)的控制方法也經(jīng)歷了由簡單到復(fù)雜再由復(fù)雜到簡單的過程。作為汽車空調(diào)系統(tǒng)的電路控制方面也再不段的更新改進(jìn)同時我國汽車空調(diào)的安裝隨著汽車業(yè)的發(fā)展以達(dá)到100%的普及

3、性空調(diào)已成為現(xiàn)代汽車的一向基本配備。給汽車空調(diào)的使用與維修問題帶來新的挑戰(zhàn)。論文最后以汽車空調(diào)故障檢修的方法對汽車空調(diào)系統(tǒng)的再深入探討以達(dá)到對汽車空調(diào)系統(tǒng)的了解并運(yùn)用在實(shí)際工作中。針對汽車空調(diào)壓縮機(jī)測試中存在的測試項目不連續(xù)、測試周期長、人為影響大等缺點(diǎn)，設(shè)計了一套汽車空調(diào)壓縮機(jī)自動測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于西門子SIMATIC S7-300PLC和OP170B，能夠自動完成各項性能測試。介紹了該系統(tǒng)的工藝設(shè)計、控制流程、硬件配置和軟件編程。實(shí)踐證明，該系統(tǒng)提高了測試速度，保證了測試精度，滿足設(shè)計要求。關(guān)鍵詞：特點(diǎn)、性能指標(biāo)、工藝設(shè)計、PLC汽車空調(diào)檢測系統(tǒng)一、 前言1.1 汽車空調(diào)汽車空

4、調(diào)是指對汽車座廂內(nèi)的空氣質(zhì)量進(jìn)行調(diào)節(jié)的裝置。不管車外天氣狀況如何變化,它都能把車內(nèi)的濕度、溫度、流速、潔度保持在駕駛?cè)藛T感覺舒適的范圍內(nèi)。 最原始的汽車空調(diào)僅是開窗換氣式。最早的汽車空調(diào)裝置始于1927年,它僅由加熱器、通風(fēng)裝置和空氣過濾器三者組成,且只能對車室供暖。準(zhǔn)確地講,汽車空調(diào)的歷史,應(yīng)該從制冷技術(shù)應(yīng)用在車上開始。20世紀(jì)30年代末期美國的幾部公共汽車上裝上了應(yīng)用制冷技術(shù)的冷氣裝置。直到20世紀(jì)60年代,應(yīng)用制冷技術(shù)的汽車空調(diào)才開始逐步地普及起來。以后,人們對汽車空調(diào)的興趣逐年增加,汽車空調(diào)技術(shù)日趨完善,功能也越來越全面。它的發(fā)展大體上可以分為如下幾個階段： 單一供暖空調(diào)裝置階段始于1

5、927年，目前在寒冷的北歐，亞洲北部地區(qū)，汽車空調(diào)仍使用單一供暖系統(tǒng)。 單一供冷空調(diào)裝置階段 ，始于1939年，美國帕克汽車公司率先在轎車裝上機(jī)械制冷降溫空調(diào)器。目前單一降溫的汽車空調(diào)仍在熱帶、亞熱帶部分地區(qū)使用。 冷暖型汽車空調(diào)階段始于1954年，原美國汽車公司，首先在轎車安裝于冷暖一體化空調(diào)器這樣汽車空調(diào)才具備了降溫、除濕、通風(fēng)、過濾、除霜等空氣的調(diào)節(jié)功能。該方式目前仍然大量的使用在低檔車上，是目前使用量最大的一種方式。 自控汽車空調(diào)裝置階段 由于前述的冷暖型汽車空調(diào)需依靠人工調(diào)節(jié)，這既增加上司機(jī)的工作量，還使控制不理想。通用汽車公司1964年率先在轎車上應(yīng)用自控汽車空調(diào)。自控空調(diào)只需預(yù)先

6、設(shè)定溫度裝置，便能自動地在設(shè)定的溫度范圍內(nèi)運(yùn)行。裝置根據(jù)傳感器隨時檢測車外溫度，自動地調(diào)制裝置各部件工作，達(dá)到控制車外溫度和行駛其他功能的目的。目前，大部分的中高級轎車，高級大客車都裝備自控空調(diào) 電腦控制汽車空調(diào)階段 自1977年美國通用汽車公司、日本五十鈴汽車公司，同時將自行研制的電腦控制汽車空調(diào)系統(tǒng)裝上各自的轎車上后，即預(yù)示著汽車空調(diào)技術(shù)已發(fā)展到一個新階段。電腦控制的汽車空調(diào)功能增加，顯示數(shù)字化冷、暖、通風(fēng)調(diào)控三位一體化。電腦按照車內(nèi)外的環(huán)境所需，實(shí)現(xiàn)了調(diào)節(jié)的精細(xì)化。通過電腦控制實(shí)現(xiàn)了空調(diào)運(yùn)行與汽車運(yùn)行的協(xié)調(diào)，極大地提高了制冷效果，節(jié)約了燃料，從而提高了汽車的整體性能和舒適程度。目前電腦控

7、制的空調(diào)都裝上豪華型轎車上?，F(xiàn)在市面上的汽車空調(diào)存在著在不同環(huán)境下的制冷量不足，耗油大等問題。現(xiàn)根據(jù)（GB/T5773-2004）容積式制冷劑壓縮機(jī)性能試驗(yàn)方法（制冷劑液體流量計法）的規(guī)范要求進(jìn)行設(shè)計制造，不同環(huán)境溫度下都可進(jìn)行試驗(yàn)，并能控制壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，環(huán)境溫度，進(jìn)排氣壓力，離合器工作時間，進(jìn)排氣溫度等不同工況，也可以作壓縮機(jī)其他零部件的壽命試驗(yàn)。1.2、汽車空調(diào)的特點(diǎn)汽車空調(diào)是以采用發(fā)動機(jī)的動力為代價來完成調(diào)節(jié)車廂內(nèi)空氣環(huán)境的。了解汽車空調(diào)的特點(diǎn)，有利于進(jìn)行汽車空調(diào)的使用和維修。與室內(nèi)空調(diào)相比，汽車空調(diào)主要有如下特點(diǎn)： 1.汽車空調(diào)安裝在行駛的車輛上，承受著劇烈頻繁的振動和沖擊，因此，各部件

8、應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和抗振能力，接頭應(yīng)牢固并防漏。不然將會造成汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)的泄露，結(jié)果破壞了整個空調(diào)系統(tǒng)的工作條件，嚴(yán)重的會損壞制冷系統(tǒng)的壓縮機(jī)等部件。使用中要經(jīng)常檢查系統(tǒng)內(nèi)制冷劑的多少，據(jù)統(tǒng)計，由于制冷劑的泄露而引起的空調(diào)故障約占全部故障的80%。 2.汽車空調(diào)所需的動力均來自發(fā)動機(jī)。其中轎車、輕型汽車、中小型客車及工程機(jī)械，空調(diào)所需的動力和驅(qū)動汽車的動力均來自一臺發(fā)動機(jī)。這空調(diào)稱非獨(dú)立空調(diào)系統(tǒng)。大型客車和豪華型大、中客車，由于所需制冷量和暖氣量大，一般采用專用發(fā)動機(jī)驅(qū)動制冷壓縮機(jī)和設(shè)立獨(dú)立的取暖設(shè)備，故稱之為獨(dú)立式空調(diào)系統(tǒng)。雖然非獨(dú)立空調(diào)系統(tǒng)會影響汽車的動了性，但它相對于獨(dú)立空調(diào)，在設(shè)備成本

9、、運(yùn)行成本上都較經(jīng)濟(jì)。據(jù)測試，汽車安裝了非獨(dú)立式空調(diào)后，耗油量會增加10%到20%，與車速有關(guān)。發(fā)動機(jī)輸出功率減少10%到12%。 3.汽車空調(diào)的特定工作環(huán)境要求汽車空調(diào)的制冷、制熱能力盡可能的大。其原因如下：（1）夏天車內(nèi)的乘客密度大，產(chǎn)熱量大，熱負(fù)荷高，冬天采暖人體所需的熱量亦大。 （2）為了減輕自重，汽車隔熱層一般很薄，加上汽車門窗多，面積大，所以汽車隔熱性差，熱損大。 （3）汽車的工作環(huán)境因在野外，直接受陽光、霜雪、風(fēng)雨等的影響，環(huán)境變化劇烈。要使汽車空調(diào)在最短的時間里在車廂內(nèi)達(dá)到舒適的環(huán)境，就要求其制冷量特別大。對非獨(dú)立的空調(diào)系統(tǒng)來說，由于發(fā)動機(jī)工況頻繁變化，所以制冷系統(tǒng)的制冷機(jī)變化

10、大。比如發(fā)動機(jī)在高速和怠速運(yùn)行時，轉(zhuǎn)速相差10倍。這必然導(dǎo)致壓縮機(jī)輸送的制冷劑量變化極大。制冷劑流量變化大，輕者引起制冷效果不佳，重者引起壓力過高，壓縮機(jī)出現(xiàn)敲擊現(xiàn)象，發(fā)生事故。因此，汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)較室內(nèi)復(fù)雜得多。 （4）由于汽車本身的特點(diǎn)，要求汽車空調(diào)結(jié)構(gòu)緊湊質(zhì)輕、量小，能在所有限的空間進(jìn)行安裝。目前空調(diào)的總重比60年代下降了50%，而制冷能力卻提高了50%。 （5）汽車空調(diào)的供暖方式與室內(nèi)空調(diào)完全不同。對于非獨(dú)立式汽車空調(diào)，一般利用發(fā)動機(jī)的冷卻水或廢氣余熱，而室內(nèi)空調(diào)則是利用一個電磁閥，改變制冷劑量，機(jī)組很快起動并轉(zhuǎn)入穩(wěn)定狀況。1.3、汽車空調(diào)的性能評價指標(biāo) 1.溫度指標(biāo)：溫度指標(biāo)是指最

11、重要的一個環(huán)節(jié)。人感到最舒服的溫度是20到28，超過28，人就會覺得燥熱。超過40，即為有害溫度，會對人體健康造成損害。低14人就會覺得冷。當(dāng)溫度下降到0時，會造成凍傷。因此，空調(diào)應(yīng)用控制車內(nèi)溫度夏天在25，冬天在18，以保證駕駛員正常操作，防止發(fā)生事故，保證乘員在舒適的狀況下旅行。 2濕度指標(biāo)：濕度的指標(biāo)用相對濕度來表示。因?yàn)槿擞X得最舒適的相對濕度在50%-70%，所以汽車空調(diào)的濕度參數(shù)要控制在此范圍內(nèi)。 3空氣的清新度：由于空間小，乘員密度大，在密閉的空間內(nèi)極易產(chǎn)生缺氧和二氧化碳濃度過高。汽車發(fā)動機(jī)廢氣中的一氧化碳和道路上的粉尖，野外有毒的花粉都容易進(jìn)入車廂內(nèi)，造成車內(nèi)空氣渾濁，影響駕駛?cè)?/p>

12、員身體健康。這樣汽車空調(diào)必須具有對車內(nèi)空氣過濾的功能，以保證車內(nèi)空氣清新度。4除霜功能：由于有時汽車內(nèi)外溫度相差很大，會在玻璃上出現(xiàn)霧式霜影響司機(jī)的視線，所以汽車空調(diào)必須有除霜功能。 5操作簡單、容易、穩(wěn)定。 汽車空調(diào)必須作到不增加駕駛員的勞動強(qiáng)度，不影響駕駛員的視線的正常駕駛。二、設(shè)計汽車空調(diào)壓縮機(jī)的檢測該系統(tǒng)組成有離合器開關(guān)、皮帶輪、變頻器、電流變送器、電機(jī)、壓力選送器、真空泵、注油泵等。整個系統(tǒng)的構(gòu)造圖見圖一檢測系統(tǒng)的組成：1.離合器開關(guān)：模擬汽車壓縮機(jī)上的離合吸盤2.皮帶輪：用于連接電機(jī)與壓縮機(jī)3.變頻器：用于改變電流頻率來改變壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速，提高工作效率、減少空調(diào)的開停機(jī)的頻率減少消耗

13、4.電流變送器：用于轉(zhuǎn)換壓縮機(jī)所需的電流5.電機(jī)：用于產(chǎn)生壓縮機(jī)所需的動能6.壓力變送器：用于調(diào)節(jié)壓縮機(jī)進(jìn)口處的壓力大小7.真空泵：用于抽取系統(tǒng)中的空氣，保持整個系統(tǒng)處在真空狀態(tài)8.注油泵：用于給整個注入整個系統(tǒng)中所需的油量為了是工廠能大批量的檢測汽車空調(diào)壓縮機(jī)，我設(shè)計了基于PI C (可編程邏輯控制器和OP (操作面板)的汽車空調(diào)壓縮機(jī)測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)能自動完成下列測試項目：(1)真空泄漏測試：將壓縮機(jī)內(nèi)部抽真空到設(shè)定真空度，保持一段時間后檢測真空度下降值是否在允許范圍。(2)高壓泄漏測試：在壓縮機(jī)內(nèi)保持設(shè)定高壓，一段時間后檢測壓力下降值是否在允許范圍。(3)填充效率測試：檢測壓縮機(jī)能否將注

14、入的低壓氮?dú)鈮嚎s到設(shè)定高壓。(4)離合器測試：以一定時間間隔連續(xù)通斷壓縮機(jī)上的離合器若干次，檢測每一次通斷之間電機(jī)電流是否有明顯變化，從而測試離合器性能。2.1 工藝設(shè)計根據(jù)測試要求，我們進(jìn)行了如圖1所示的工藝設(shè)計。測試系統(tǒng)工藝上整合了抽真空裝置(真空泵)、注油裝置(注油泵)、注氮?dú)庋b置(高壓氮?dú)馄?、運(yùn)轉(zhuǎn)裝置(變頻電機(jī)、皮帶輪)和檢測裝置(變送器)，8個氣動截止閥控制各管路的通斷。工藝設(shè)計中充分考慮了各測試項目的要求和特點(diǎn)，通過各裝置的協(xié)調(diào)工作能完成所有測試項目。2.2 控制流程根據(jù)測試要求，對圖1中各裝置設(shè)計如下控制流程，真空泵和注油泵保持常開：（1）真空泄漏測試開閥1、2、8；真空度變送

15、器測試到真空度為一0088 一0090 MPa，關(guān)閥2；延時3 S，真空度變送器測試真空度下降值：<1 kPa，合格；>1kPa，報警；關(guān)閥1、8。(2)注油開閥3，關(guān)閥7；注油到110±10 ml，開閥7，關(guān)閥3。(3)注氮?dú)忾_閥4、6；壓力變送器測試到壓力為02MPa，關(guān)閥4、6。(4)填充效率及高壓泄漏測試開電機(jī)；開閥4、5；接通離合器；壓力變送器測試到壓力為09 MPa，斷開離合器；延時3 s，壓力變送器測試壓力： 084 MPa， 合格；<084 MPa，報警；關(guān)閥4、5。(5)離合器測試開閥1；接通離合器02 S，斷開離合器02 s，再接通02 S，再斷

16、開02 s，共50次；電流變送器測試電機(jī)電流變化：每次通斷之間有明顯變化，合格；無明顯變化，報警；關(guān)閥1；關(guān)電機(jī)。到此完成一臺壓縮機(jī)的自動測試。若測試過程中出現(xiàn)某項不合格而報警，該臺壓縮機(jī)的測試自動中止。 檢測系統(tǒng)構(gòu)造圖三 系統(tǒng)配置31 元部件選型為完成上述控制流程，選用西門子SIMATICS7300型PI C進(jìn)行自動控制。所選CPU為313C型，該CPU 的特點(diǎn)是自帶24點(diǎn)數(shù)字量輸入、16點(diǎn)數(shù)字量輸出、5點(diǎn)模擬量輸入、2點(diǎn)模擬量輸出的輸入輸出模塊， 使用相當(dāng)方便。CPU 工作內(nèi)存為32 KB，掃描速度為01 ms1000指令行，速度快，可靠性高。同時選用西門子170B型OP，該操作面板包括液

17、晶顯示屏和若干功能鍵，在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)上位機(jī)功能。OP與PI c相連， 由PI c程序控制的系統(tǒng)變量變化能在OP顯示屏上實(shí)時顯示， 同時通過OP功能鍵可以改變PI C程序中的測試參數(shù)。32 輸人輸出配置根據(jù)自動控制需要，對PI C的輸入輸出進(jìn)行配置，如圖2。控制系統(tǒng)包括：3點(diǎn)數(shù)字量輸入，來自2個控制按鈕(開始、結(jié)束)和模式轉(zhuǎn)換開關(guān)；3點(diǎn)模擬量輸入，分別來自壓力變送器、真空度變送器、電流變送器，均為420 mA電流信號；13點(diǎn)數(shù)字量輸出，控制8個氣動截止閥、電機(jī)、真空泵、注油泵、離合器和報警器的開關(guān)；1點(diǎn)模擬量輸出為電機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定值，420 mA的電流信號，輸出到變頻器控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。通過圖2所示的硬件

18、配置，PLC就能對各裝置的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行統(tǒng)一控制，讓它們協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)， 自動完成各項測試。 四、 軟件編程41 PLC編程根據(jù)測試系統(tǒng)的控制流程和硬件配置，設(shè)計PLC控制程序。程序流程如圖3，功能描述如下：(1)初始化：在PLC加電時根據(jù)各個變量狀態(tài)設(shè)置標(biāo)志位。僅在第一個掃描周期執(zhí)行。(2)手動模式：若模式位為0，則執(zhí)行手動模式子程序：復(fù)位所有變量，不執(zhí)行任何自動測試指令， 自動控制按鈕無效。PI C程序空轉(zhuǎn)。(3)準(zhǔn)備狀態(tài)：若模式位為1，則進(jìn)入自動模式，執(zhí)行測試準(zhǔn)備指令，等待控制按鈕啟動測試。(4)控制按鈕： “開始”和“結(jié)束”2個控制按鈕產(chǎn)生脈沖信號瞬時置位PI C 中對應(yīng)地址。PI C高速(0

19、1 ms1 000指令行)循環(huán)掃描主程序，能夠捕捉地址位的瞬時變化，從而實(shí)時執(zhí)行相應(yīng)的啟動或中斷指令，開始或結(jié)束測試。(5)逐步測試： 自動測試的每一步為一子程序。各步子程序在主程序中依次調(diào)用。給每一步設(shè)置一標(biāo)志位作為觸發(fā)條件，在每一步的開始判斷該步標(biāo)志位是否為1，是執(zhí)行該步，不是跳出。在每一步的最后將該步標(biāo)志位置0，將下一步標(biāo)志位置1。這樣就實(shí)現(xiàn)了在主程序快速循環(huán)掃描的情況下依次進(jìn)行各步測試。(6)報警：若某項測試不合格，則置位報警位，聲光報警。同時復(fù)位所有步標(biāo)志位，不再進(jìn)行后續(xù)測試，保持當(dāng)前報警狀態(tài)，便于測試人員查找原因。(7)結(jié)束本次測試：為一子程序，用于復(fù)位報警位、消除系統(tǒng)內(nèi)高真空或高

20、壓、各裝置回復(fù)準(zhǔn)備狀態(tài)。若各項測試均合格，則自動執(zhí)行該子程序；若某項不合格報警或需要突然中止測試，則通過“結(jié)束”按鈕執(zhí)行該子程序。該P(yáng)LC程序具有以下特點(diǎn)：(1)運(yùn)用在特殊OB (組織塊)中設(shè)置標(biāo)志位和計數(shù)器的方法實(shí)現(xiàn)多處延時。該OB的掃描周期固定，結(jié)合計數(shù)器可以精確設(shè)定不同延時時間，方法簡單可靠。(2)利用PLC循環(huán)掃描程序的特點(diǎn)簡單方便地實(shí)現(xiàn)循環(huán)操作。只需設(shè)定相應(yīng)標(biāo)志位和作閾值判斷，循環(huán)操作便能自動完成。(3)采用控制數(shù)據(jù)塊和輸出數(shù)據(jù)塊分離、兩者在程序末通訊的數(shù)據(jù)傳輸方式，大大增強(qiáng)了程序的靈活性和可靠性。(4)程序由不同子程序組成，各子程序獨(dú)立完成各自功能，互不干擾。因而程序結(jié)構(gòu)清晰，便于修改。 42 OP組態(tài)編程根據(jù)測試系統(tǒng)的控制要求，對OP170B進(jìn)行組態(tài)編程。(1)畫面：組態(tài)項目一共包括4個畫面：啟動畫面、流程監(jiān)控畫面和2個參數(shù)設(shè)置畫面。畫面之間的切換由設(shè)置的功能鍵實(shí)現(xiàn)。流程監(jiān)控畫面為核心畫面(如圖4)，包括許多動態(tài)組件，如圖形列表、文本列表、輸出域、不可見按鈕等。這些動態(tài)組件通過變量與PI C鏈接，使PI C