王純賢 王剛 朱威風(fēng) 戴道成

摘要：針對某汽車電子企業(yè)現(xiàn)有EVP（EGR閥位置傳感器，EGR valve position sensor）手工檢測勞動強(qiáng)度大、操作過程繁瑣、檢測效率和精度低等問題，開發(fā)了以微型工業(yè)電腦為上位機(jī)、PLC為下位機(jī)的自動檢測系統(tǒng)，利用微型工業(yè)電腦實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)置、檢測數(shù)據(jù)的存儲、處理、統(tǒng)計(jì)分析和網(wǎng)絡(luò)化，利用PLC實(shí)現(xiàn)檢測設(shè)備的運(yùn)動控制和數(shù)據(jù)采集，利用RS232串口實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)的通信。系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行效果良好，滿足了自動檢測要求。

關(guān)鍵詞：EVP；自動檢測；微型工業(yè)電腦；PLC；控制系統(tǒng)

中圖分類號：TP273.5文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-3044(2012)16-4000-04

Development of EVP Detection System Based on Industrial Microcomputer and PLC

WANG Chun-xian，WANG Gang，ZHU Wei-feng，DAI Dao-cheng

(School of Mechanical and Automotive Engineering，Hefei University of Technology，Hefei 230009，China)

Abstract: By utilizing industrial microcomputer as host computer and PLC as lower computer, an EVP (EGR valve position sensor) auto matic detection equipment is developed to solve the problem of labor intensity, cumbersome operation, lower efficiency and accuracy with traditional EVP manual detection in an auto electric company. The industrial microcomputer is used for parameter setting, detection data storage and statistical analysis, networking. The PLC is used for motion control and data acquisition. RS 232 serial port is used for the com munication between the industrial microcomputer and PLC. The real equipment is developed using the technologies and methods ex pounded in the paper, and the operating results proved the effectiveness of those technologies and methods.

Key words: EVP; automatic detection; industrial microcomputer; PLC; control system

EVP是車輛EGR（排氣再循環(huán)，Exhaust Gas Recirculation）閥中極為關(guān)鍵的部件，其質(zhì)量和工作精度直接影響著EGR閥的工作能力。為了保證EGR閥的性能，滿足日益嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，尤其是“歐Ⅳ”以及更高的排放標(biāo)準(zhǔn)，EGR閥位置傳感器出廠前必須進(jìn)行嚴(yán)格的性能檢測。

傳統(tǒng)的EVP檢測工作由手工完成，操作流程繁瑣，檢測時(shí)每件產(chǎn)品的定位與夾緊都需要手工完成，檢測過程中需要不斷調(diào)整，每次都需要重新設(shè)定檢測軟件參數(shù)，不僅勞動強(qiáng)度大，而且檢測效率和檢測精度低。因此，迫切需要開發(fā)一種能夠?qū)崿F(xiàn)EVP自動檢測的設(shè)備。為此，我們采用以微型工業(yè)電腦為上位機(jī)、PLC（可編程邏輯控制器，programmable logic controller）為下位機(jī)的控制結(jié)構(gòu)，開發(fā)了EVP自動檢測設(shè)備。該文從控制系統(tǒng)的硬件和軟件方面介紹主要的實(shí)現(xiàn)技術(shù)。

1 EVP自動檢測設(shè)備總體設(shè)計(jì)

1.1檢測任務(wù)分析

EVP是基于霍爾效應(yīng)的磁場傳感器，通過霍爾元件在磁場中位置的變化產(chǎn)生不同的輸出電壓，各點(diǎn)電壓之間的比率值是反映傳感器靈敏度的重要指標(biāo)。EVP結(jié)構(gòu)如圖1所示，草帽狀殼體1中部盲孔內(nèi)安裝有導(dǎo)柱6，其上部為四棱柱，頂面與殼體的盲孔間裝有兩個(gè)回拉彈簧4，下部為端部外伸的圓柱。與霍爾芯片相對應(yīng)的磁鐵5鑲嵌在導(dǎo)柱6上部四棱柱的一個(gè)側(cè)面，表面為弧形，保證了其在移動時(shí)與霍爾芯片2的感應(yīng)面能夠得到線性變化的磁場。線路板7為圓環(huán)狀，套裝在導(dǎo)柱6下部的圓柱上；霍爾芯片2通過直桿狀導(dǎo)體管腳焊接在線路板7上，當(dāng)導(dǎo)柱6帶動磁鐵塊5上下移動使霍爾芯片2感應(yīng)面的磁場發(fā)生線性變化時(shí)，霍爾芯片2輸出電壓也跟著發(fā)生線性變化，霍爾芯片2的輸出電壓經(jīng)過線路板電路處理，通過線路板7上的插座端子傳輸?shù)酵獠俊?/p>

工作時(shí)，安裝在EGR閥上的EVP通過導(dǎo)柱6的位移變化，將EGR閥的實(shí)際開度經(jīng)過霍爾芯片2轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?，并通過線路板7處理后傳遞給發(fā)動機(jī)控制器。發(fā)動機(jī)控制器根據(jù)該信號實(shí)施控制，達(dá)到最佳EGR率，形成一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。顯然，EVP電壓輸出信號的精確度，直接影響該閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作能力，因此出廠前需要進(jìn)行檢測，主要檢測指標(biāo)有：1）最大檢測點(diǎn)數(shù)為40，檢測點(diǎn)位置可根據(jù)需要設(shè)置；2）任一點(diǎn)輸入與輸出電壓比值；3）任意兩點(diǎn)間輸入/輸出電壓比值的斜率。

1.2檢測設(shè)備整體結(jié)構(gòu)

根據(jù)檢測要求，自動檢測系統(tǒng)采用了圖2所示的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)主要由機(jī)架、傳動系統(tǒng)、夾具和控制系統(tǒng)組成。機(jī)架包括電器柜、氣缸固定支架和傳動機(jī)構(gòu)支架；傳動系統(tǒng)由步進(jìn)電機(jī)、絲杠、螺母及導(dǎo)軌組成，通過絲杠螺母將步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)闄z測棒的直線運(yùn)動。

1殼體2霍爾芯片3端子插針4回拉彈簧5磁鐵塊6導(dǎo)柱7線路板8后蓋

圖1 EVP結(jié)構(gòu)示意圖

1-氣缸固定支架2-接線端子3-下定位塊4-上定位塊5-導(dǎo)軌6-傳動機(jī)構(gòu)支架7-步進(jìn)電機(jī)8-絲杠9-螺母10-檢測棒11-EVP 12-夾緊棒13-工作臺14-氣缸15-電器柜

圖2 EVP自動檢測設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖

EVP的夾緊由底部氣缸完成，氣缸上的磁性開關(guān)信號傳送給控制系統(tǒng)，作為是否能正常開始檢測和故障排除等操作的判斷信號；傳動機(jī)構(gòu)支架上裝有極限和原點(diǎn)兩個(gè)光電傳感器，前者用于避免電機(jī)移動距離超出安全范圍，后者用于調(diào)整電機(jī)原點(diǎn)與夾具基準(zhǔn)面之間的距離。對于不同型號的EVP，通過易于更換的EVP夾具和檢測參數(shù)設(shè)置，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的柔性化。

1.3控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)采用了以微型工業(yè)電腦為上位機(jī)、PLC為下位機(jī)的兩層模式（圖3）。利用微型工業(yè)電腦實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)置、檢測數(shù)據(jù)的存儲、處理、統(tǒng)計(jì)分析和網(wǎng)絡(luò)化，利用PLC實(shí)現(xiàn)檢測設(shè)備的運(yùn)動控制和數(shù)據(jù)采集，利用RS232串口實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)的通信。

微型工業(yè)電腦采用研華PPC-L61T觸控式液晶屏微型工業(yè)電腦，它選用了低功耗的CPU，機(jī)身設(shè)計(jì)輕巧，不但提供了各種通訊接口（COM、USB）與儲存接口（HDD、CF card），而且提供了硬盤驅(qū)動模塊和無線網(wǎng)絡(luò)模塊，可以滿足客戶在不同工業(yè)環(huán)境上的需要。

根據(jù)設(shè)備底層控制要求，綜合考慮性能、I/O點(diǎn)數(shù)、可靠性和成本等因素，選用歐姆龍公司的CPM2A-20CDT-D PLC和MAD11模擬量模塊。該P(yáng)LC有12個(gè)輸入點(diǎn)，8個(gè)輸出點(diǎn)，且為輸入輸出一體化結(jié)構(gòu)，安裝和調(diào)試較方便。MAD11有2個(gè)模擬量輸入，實(shí)現(xiàn)EVP輸入和輸出電壓的數(shù)據(jù)采集。

2控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)軟件整體設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)軟件包括下位機(jī)控制程序和上位機(jī)監(jiān)控與管理程序，控制流程如圖4所示。根據(jù)程序模塊化設(shè)計(jì)思想，下位機(jī)程序分為系統(tǒng)初始化（電機(jī)回原點(diǎn)）、電機(jī)參數(shù)設(shè)置、EVP燒錄、手動檢測、自動檢測和氣缸控制六個(gè)子程序，上位機(jī)程序分為自動操作、手動操作、參數(shù)設(shè)置、統(tǒng)計(jì)分析、系統(tǒng)幫助五個(gè)功能模塊（圖5）。下面簡要介紹上位機(jī)自動操作和統(tǒng)計(jì)分析模塊的開發(fā)。

2.2自動操作模塊設(shè)計(jì)

自動操作模塊是系統(tǒng)的主要功能模塊（圖6），其任務(wù)一是根據(jù)數(shù)據(jù)庫中的參數(shù)設(shè)置數(shù)據(jù)，對下位機(jī)發(fā)送控制指令，下位機(jī)根據(jù)該指令控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動和模擬量模塊的EVP輸入/輸出電壓數(shù)據(jù)采集，二是讀取下位機(jī)PLC和模擬量模塊的輸出數(shù)據(jù)，根據(jù)PLC的輸出數(shù)據(jù)判斷當(dāng)前設(shè)備的工作狀態(tài)，同時(shí)將模擬量模塊的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)/模轉(zhuǎn)換，得到每一檢測點(diǎn)的EVP實(shí)際電壓比率值，并通過計(jì)算得到電壓比率斜率，判斷是否合格，并將相關(guān)數(shù)據(jù)存入檢測數(shù)據(jù)庫。

圖6自動操作模塊界面2.3統(tǒng)計(jì)分析模塊設(shè)計(jì)

統(tǒng)計(jì)分析模塊是通過隨機(jī)抽取檢測數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并以此作為判定EVP檢測精度和設(shè)備過程能力的重要依據(jù)。具體實(shí)現(xiàn)是通過調(diào)用MINITAB統(tǒng)計(jì)分析軟件[4]，對隨機(jī)抽取的一組檢測電壓值數(shù)據(jù)和電壓比率值進(jìn)行分析，得到檢測數(shù)據(jù)的直方圖、排列圖、因果圖、相關(guān)圖、控制圖等分析圖。這里以靈敏度Xbar-R控制圖（圖7）和過程能力統(tǒng)計(jì)分析圖（圖8）說明EVP檢測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析。

圖7在樣本均數(shù)對樣本中，中心線是2.78814，上可信限（UCL）是2.79639，下可信限（LCL）是2.77990，表明這是一個(gè)穩(wěn)定的過程；在樣本極差對樣本中，中心線是0.01429，上可信限（UCL）是0.03022，下可信限（LCL）是0，表明用戶的過程可能沒有超過變異性。圖8的過程能力分析中，正態(tài)曲線基本覆蓋了直方圖，滿足服從正態(tài)近似正態(tài)分布條件，Cpk指數(shù)=0.86，顯示過程能力低，但滿足實(shí)際要求值0.72，Ppk指數(shù)=0.78，大于實(shí)際要求值0.61。

3結(jié)束語

EVP自動檢測設(shè)備采用微型工業(yè)電腦與PLC相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)了EVP的自動檢測，解決了傳統(tǒng)手工檢測勞動強(qiáng)度大、檢測效率和精度低等問題。在工廠實(shí)際檢測運(yùn)行結(jié)果表明，系統(tǒng)不僅極大地降低了操作人員的勞動強(qiáng)度，而且提高了檢測精度和效率，同時(shí)通過檢測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，為提高產(chǎn)品工藝質(zhì)量和設(shè)備的過程能力提供了可靠依據(jù)。

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