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1、 上海电视大学 毕业设计毕业设计题目： 汽车空调检验系统设计 分校（站、点）： 嘉定分校 年级、专业： 09春机电一体化 教育层次： 大专 学生姓名： 许泓 学 号： 098120667 指导教师： 高放 完成日期： 2013-6-14 13目 录内容摘要3一、前言41.1 汽车空调41.2、汽车空调的特点51.3、汽车空调的性能评价指标6二、设计汽车空调压缩机的检测62.1 工艺设计72.2 控制流程7三 系统配置831 元部件选型832 输人输出配置8四、 软件编程941 PLC编程942 OP组态编程11总结12参考文献12内容摘要摘要：随着汽车工业的迅猛发展和人民生活水平的日益提高汽车
2、开始走进千家万户。人们在一贯追求汽车的安全性、可靠性的同时如今也更加注重对舒适性的要求。因而空调系统作为现代轿车基本配备也就成为了必然。 近年来,环保和能源问题成为世界关注的焦点,也成为影响汽车业发展的关键因素,各种替代能源动力车的出现,为汽车空调业提出了新的课题与挑战。 自本世纪20年代汽车空调诞生以来伴随汽车空调系统的普及与发展汽车空调的发展大体上经历了五个阶段单一取暖阶段、单一冷气阶段、冷暖一体化阶段、自动控制阶段、计算机控制阶段。空调的控制方法也经历了由简单到复杂再由复杂到简单的过程。作为汽车空调系统的电路控制方面也再不段的更新改进同时我国汽车空调的安装随着汽车业的发展以达到100%的
3、普及性空调已成为现代汽车的一向基本配备。给汽车空调的使用与维修问题带来新的挑战。论文最后以汽车空调故障检修的方法对汽车空调系统的再深入探讨以达到对汽车空调系统的了解并运用在实际工作中。针对汽车空调压缩机测试中存在的测试项目不连续、测试周期长、人为影响大等缺点，设计了一套汽车空调压缩机自动测试系统。该系统基于西门子SIMATICS7-300PLC和OP170B，能够自动完成各项性能测试。介绍了该系统的工艺设计、控制流程、硬件配置和软件编程。实践证明，该系统提高了测试速度，保证了测试精度，满足设计要求。关键词：特点、性能指标、工艺设计、PLC汽车空调检测系统一、 前言1.1 汽车空调汽车空调是指对
4、汽车座厢内的空气质量进行调节的装置。不管车外天气状况如何变化,它都能把车内的湿度、温度、流速、洁度保持在驾驶人员感觉舒适的范围内。 最原始的汽车空调仅是开窗换气式。最早的汽车空调装置始于1927年,它仅由加热器、通风装置和空气过滤器三者组成,且只能对车室供暖。准确地讲,汽车空调的历史,应该从制冷技术应用在车上开始。20世纪30年代末期美国的几部公共汽车上装上了应用制冷技术的冷气装置。直到20世纪60年代,应用制冷技术的汽车空调才开始逐步地普及起来。以后,人们对汽车空调的兴趣逐年增加,汽车空调技术日趋完善,功能也越来越全面。它的发展大体上可以分为如下几个阶段： 单一供暖空调装置阶段始于1927年
5、，目前在寒冷的北欧，亚洲北部地区，汽车空调仍使用单一供暖系统。 单一供冷空调装置阶段 ，始于1939年，美国帕克汽车公司率先在轿车装上机械制冷降温空调器。目前单一降温的汽车空调仍在热带、亚热带部分地区使用。 冷暖型汽车空调阶段始于1954年，原美国汽车公司，首先在轿车安装于冷暖一体化空调器这样汽车空调才具备了降温、除湿、通风、过滤、除霜等空气的调节功能。该方式目前仍然大量的使用在低档车上，是目前使用量最大的一种方式。 自控汽车空调装置阶段 由于前述的冷暖型汽车空调需依靠人工调节，这既增加上司机的工作量，还使控制不理想。通用汽车公司1964年率先在轿车上应用自控汽车空调。自控空调只需预先设定温度
6、装置，便能自动地在设定的温度范围内运行。装置根据传感器随时检测车外温度，自动地调制装置各部件工作，达到控制车外温度和行驶其他功能的目的。目前，大部分的中高级轿车，高级大客车都装备自控空调 电脑控制汽车空调阶段 自1977年美国通用汽车公司、日本五十铃汽车公司，同时将自行研制的电脑控制汽车空调系统装上各自的轿车上后，即预示着汽车空调技术已发展到一个新阶段。电脑控制的汽车空调功能增加，显示数字化冷、暖、通风调控三位一体化。电脑按照车内外的环境所需，实现了调节的精细化。通过电脑控制实现了空调运行与汽车运行的协调，极大地提高了制冷效果，节约了燃料，从而提高了汽车的整体性能和舒适程度。目前电脑控制的空调
7、都装上豪华型轿车上。现在市面上的汽车空调存在着在不同环境下的制冷量不足，耗油大等问题。现根据（GB/T5773-2004）容积式制冷剂压缩机性能试验方法（制冷剂液体流量计法）的规范要求进行设计制造，不同环境温度下都可进行试验，并能控制压缩机转速，环境温度，进排气压力，离合器工作时间，进排气温度等不同工况，也可以作压缩机其他零部件的寿命试验。1.2、汽车空调的特点汽车空调是以采用发动机的动力为代价来完成调节车厢内空气环境的。了解汽车空调的特点，有利于进行汽车空调的使用和维修。与室内空调相比，汽车空调主要有如下特点： 1.汽车空调安装在行驶的车辆上，承受着剧烈频繁的振动和冲击，因此，各部件应有足够
8、的强度和抗振能力，接头应牢固并防漏。不然将会造成汽车空调制冷系统的泄露，结果破坏了整个空调系统的工作条件，严重的会损坏制冷系统的压缩机等部件。使用中要经常检查系统内制冷剂的多少，据统计，由于制冷剂的泄露而引起的空调故障约占全部故障的80%。 2.汽车空调所需的动力均来自发动机。其中轿车、轻型汽车、中小型客车及工程机械，空调所需的动力和驱动汽车的动力均来自一台发动机。这空调称非独立空调系统。大型客车和豪华型大、中客车，由于所需制冷量和暖气量大，一般采用专用发动机驱动制冷压缩机和设立独立的取暖设备，故称之为独立式空调系统。虽然非独立空调系统会影响汽车的动了性，但它相对于独立空调，在设备成本、运行成
9、本上都较经济。据测试，汽车安装了非独立式空调后，耗油量会增加10%到20%，与车速有关。发动机输出功率减少10%到12%。 3.汽车空调的特定工作环境要求汽车空调的制冷、制热能力尽可能的大。其原因如下：（1）夏天车内的乘客密度大，产热量大，热负荷高，冬天采暖人体所需的热量亦大。 （2）为了减轻自重，汽车隔热层一般很薄，加上汽车门窗多，面积大，所以汽车隔热性差，热损大。 （3）汽车的工作环境因在野外，直接受阳光、霜雪、风雨等的影响，环境变化剧烈。要使汽车空调在最短的时间里在车厢内达到舒适的环境，就要求其制冷量特别大。对非独立的空调系统来说，由于发动机工况频繁变化，所以制冷系统的制冷机变化大。比如
10、发动机在高速和怠速运行时，转速相差10倍。这必然导致压缩机输送的制冷剂量变化极大。制冷剂流量变化大，轻者引起制冷效果不佳，重者引起压力过高，压缩机出现敲击现象，发生事故。因此，汽车空调制冷系统较室内复杂得多。 （4）由于汽车本身的特点，要求汽车空调结构紧凑质轻、量小，能在所有限的空间进行安装。目前空调的总重比60年代下降了50%，而制冷能力却提高了50%。 （5）汽车空调的供暖方式与室内空调完全不同。对于非独立式汽车空调，一般利用发动机的冷却水或废气余热，而室内空调则是利用一个电磁阀，改变制冷剂量，机组很快起动并转入稳定状况。1.3、汽车空调的性能评价指标 1.温度指标：温度指标是指最重要的一
11、个环节。人感到最舒服的温度是20到28，超过28，人就会觉得燥热。超过40，即为有害温度，会对人体健康造成损害。低14人就会觉得冷。当温度下降到0时，会造成冻伤。因此，空调应用控制车内温度夏天在25，冬天在18，以保证驾驶员正常操作，防止发生事故，保证乘员在舒适的状况下旅行。 2湿度指标：湿度的指标用相对湿度来表示。因为人觉得最舒适的相对湿度在50%-70%，所以汽车空调的湿度参数要控制在此范围内。 3空气的清新度：由于空间小，乘员密度大，在密闭的空间内极易产生缺氧和二氧化碳浓度过高。汽车发动机废气中的一氧化碳和道路上的粉尖，野外有毒的花粉都容易进入车厢内，造成车内空气浑浊，影响驾驶人员身体健
12、康。这样汽车空调必须具有对车内空气过滤的功能，以保证车内空气清新度。4除霜功能：由于有时汽车内外温度相差很大，会在玻璃上出现雾式霜影响司机的视线，所以汽车空调必须有除霜功能。 5操作简单、容易、稳定。 汽车空调必须作到不增加驾驶员的劳动强度，不影响驾驶员的视线的正常驾驶。二、设计汽车空调压缩机的检测该系统组成有离合器开关、皮带轮、变频器、电流变送器、电机、压力选送器、真空泵、注油泵等。整个系统的构造图见图一检测系统的组成：1.离合器开关：模拟汽车压缩机上的离合吸盘2.皮带轮：用于连接电机与压缩机3.变频器：用于改变电流频率来改变压缩机的转速，提高工作效率、减少空调的开停机的频率减少消耗4.电流
13、变送器：用于转换压缩机所需的电流5.电机：用于产生压缩机所需的动能6.压力变送器：用于调节压缩机进口处的压力大小7.真空泵：用于抽取系统中的空气，保持整个系统处在真空状态8.注油泵：用于给整个注入整个系统中所需的油量为了是工厂能大批量的检测汽车空调压缩机，我设计了基于PI C (可编程逻辑控制器和OP (操作面板)的汽车空调压缩机测试系统。该系统能自动完成下列测试项目：(1)真空泄漏测试：将压缩机内部抽真空到设定真空度，保持一段时间后检测真空度下降值是否在允许范围。(2)高压泄漏测试：在压缩机内保持设定高压，一段时间后检测压力下降值是否在允许范围。(3)填充效率测试：检测压缩机能否将注入的低压
14、氮气压缩到设定高压。(4)离合器测试：以一定时间间隔连续通断压缩机上的离合器若干次，检测每一次通断之间电机电流是否有明显变化，从而测试离合器性能。2.1 工艺设计根据测试要求，我们进行了如图1所示的工艺设计。测试系统工艺上整合了抽真空装置(真空泵)、注油装置(注油泵)、注氮气装置(高压氮气瓶)、运转装置(变频电机、皮带轮)和检测装置(变送器)，8个气动截止阀控制各管路的通断。工艺设计中充分考虑了各测试项目的要求和特点，通过各装置的协调工作能完成所有测试项目。2.2 控制流程根据测试要求，对图1中各装置设计如下控制流程，真空泵和注油泵保持常开：（1）真空泄漏测试开阀1、2、8；真空度变送器测试到
15、真空度为一0088 一0090 MPa，关阀2；延时3 S，真空度变送器测试真空度下降值：1kPa，报警；关阀1、8。(2)注油开阀3，关阀7；注油到11010 ml，开阀7，关阀3。(3)注氮气开阀4、6；压力变送器测试到压力为02MPa，关阀4、6。(4)填充效率及高压泄漏测试开电机；开阀4、5；接通离合器；压力变送器测试到压力为09 MPa，断开离合器；延时3 s，压力变送器测试压力： 084 MPa， 合格；084 MPa，报警；关阀4、5。(5)离合器测试开阀1；接通离合器02 S，断开离合器02 s，再接通02 S，再断开02 s，共50次；电流变送器测试电机电流变化：每次通断之间
16、有明显变化，合格；无明显变化，报警；关阀1；关电机。到此完成一台压缩机的自动测试。若测试过程中出现某项不合格而报警，该台压缩机的测试自动中止。 检测系统构造图三 系统配置31 元部件选型为完成上述控制流程，选用西门子SIMATICS7300型PI C进行自动控制。所选CPU为313C型，该CPU 的特点是自带24点数字量输入、16点数字量输出、5点模拟量输入、2点模拟量输出的输入输出模块， 使用相当方便。CPU 工作内存为32 KB，扫描速度为01 ms1000指令行，速度快，可靠性高。同时选用西门子170B型OP，该操作面板包括液晶显示屏和若干功能键，在系统中实现上位机功能。OP与PI c相
17、连， 由PI c程序控制的系统变量变化能在OP显示屏上实时显示， 同时通过OP功能键可以改变PI C程序中的测试参数。32 输人输出配置根据自动控制需要，对PI C的输入输出进行配置，如图2。控制系统包括：3点数字量输入，来自2个控制按钮(开始、结束)和模式转换开关；3点模拟量输入，分别来自压力变送器、真空度变送器、电流变送器，均为420 mA电流信号；13点数字量输出，控制8个气动截止阀、电机、真空泵、注油泵、离合器和报警器的开关；1点模拟量输出为电机转速设定值，420 mA的电流信号，输出到变频器控制电机转速。通过图2所示的硬件配置，PLC就能对各装置的运行状态进行统一控制，让它们协调运转
18、， 自动完成各项测试。 四、 软件编程41 PLC编程根据测试系统的控制流程和硬件配置，设计PLC控制程序。程序流程如图3，功能描述如下：(1)初始化：在PLC加电时根据各个变量状态设置标志位。仅在第一个扫描周期执行。(2)手动模式：若模式位为0，则执行手动模式子程序：复位所有变量，不执行任何自动测试指令， 自动控制按钮无效。PI C程序空转。(3)准备状态：若模式位为1，则进入自动模式，执行测试准备指令，等待控制按钮启动测试。(4)控制按钮： “开始”和“结束”2个控制按钮产生脉冲信号瞬时置位PI C 中对应地址。PI C高速(01 ms1 000指令行)循环扫描主程序，能够捕捉地址位的瞬时
19、变化，从而实时执行相应的启动或中断指令，开始或结束测试。(5)逐步测试： 自动测试的每一步为一子程序。各步子程序在主程序中依次调用。给每一步设置一标志位作为触发条件，在每一步的开始判断该步标志位是否为1，是执行该步，不是跳出。在每一步的最后将该步标志位置0，将下一步标志位置1。这样就实现了在主程序快速循环扫描的情况下依次进行各步测试。(6)报警：若某项测试不合格，则置位报警位，声光报警。同时复位所有步标志位，不再进行后续测试，保持当前报警状态，便于测试人员查找原因。(7)结束本次测试：为一子程序，用于复位报警位、消除系统内高真空或高压、各装置回复准备状态。若各项测试均合格，则自动执行该子程序；
20、若某项不合格报警或需要突然中止测试，则通过“结束”按钮执行该子程序。该PLC程序具有以下特点：(1)运用在特殊OB (组织块)中设置标志位和计数器的方法实现多处延时。该OB的扫描周期固定，结合计数器可以精确设定不同延时时间，方法简单可靠。(2)利用PLC循环扫描程序的特点简单方便地实现循环操作。只需设定相应标志位和作阈值判断，循环操作便能自动完成。(3)采用控制数据块和输出数据块分离、两者在程序末通讯的数据传输方式，大大增强了程序的灵活性和可靠性。(4)程序由不同子程序组成，各子程序独立完成各自功能，互不干扰。因而程序结构清晰，便于修改。 42 OP组态编程根据测试系统的控制要求，对OP170
21、B进行组态编程。(1)画面：组态项目一共包括4个画面：启动画面、流程监控画面和2个参数设置画面。画面之间的切换由设置的功能键实现。流程监控画面为核心画面(如图4)，包括许多动态组件，如图形列表、文本列表、输出域、不可见按钮等。这些动态组件通过变量与PI C链接，使PI C存储器上的当前值可视化，从而实时显示系统当前状态。(2)变量：组态项目中使用的变量均为全局变量，它们带有PI c链接，在PLC上占据一个定义的存储器地址，从oP与PLC上都可以对其进行读与写访问。参数设置画面(如图5)中的各输入域就对应于不同的全局变量，通过oP上的按键输入可以更改这些参数变量，从而无须修改PI C程序就能对控
22、制流程进行调整。(3)功能：组态项目对oP上的17个功能键进行了组态。其中13个用于通过oP对系统装置进行手动操作，4个用于不同画面间的切换。手动操作的实现方法是先在oP中定义全局变量，然后由功能键激发。在PI c中对这些变量占据的地址进行逻辑操作，最后把操作结果输出到系统装置，同时反馈到oP中显示。 每台压缩机的平均测试时间由原来的2 rain缩短到了55 S，从而大大提高了测试速度，满足了生产需要，同时也保证了压缩机的质量，降低了测试人员的劳动强度。总结随着我国汽车工业的高速发展作为汽车技术现代化标志之一的汽车空调技术在我国蓬勃发展。汽车空调大大改善了乘坐环境提高了成员的舒适性。近年来各种完善的多功能型空调装置的应用受到用户的普遍欢迎。但对于汽车空调维修人员来说将面临新的挑战 本论文对汽车空调的原理、结构以及必备的工具等知识做了一般性的介绍。重点对修理、维护做了详尽的介绍。这样做的原因主要是考虑本论文所面对是汽车空调维修人员并由此希望能帮助学习动手解决一般汽车空调故障的技能。参考文献1 周海深入浅出西门子S7-300PLC，北京：航空航天大学出版社，20112 张还三菱FX系列PLC设计与开发，北京：机械工业出版社2011