二氧化碳氣體流量計的組成及在內燃機熱測試中的應用
點擊次數(shù)：2402 發(fā)布時間：2021-01-08 05:43:06
摘要：內燃機或整車開發(fā)測試時，要求做耐久、外特性、可靠性、瞬態(tài)響應等測試，為了滿足發(fā)動機或整車需求，需要一套能力強、穩(wěn)定性好、響應速度快的內燃機測試二氧化碳氣體流量計，以確保內燃機和整車完成需求測試。
1二氧化碳氣體流量計組成
本流量計以S7系列1500PLC作為邏輯控制核心，以2路歐姆龍PID調節(jié)器為溫度控制單元，溫度控制閥門為PID調節(jié)閥，分別控制冷液和冷卻水路，對于控制精度要求在正負1攝氏度以內，只需要1路PID閥門工作即可，對于二氧化碳氣體流量計要求較高的精度及調節(jié)時間，需要2路PID閥門同時協(xié)調動作，確保出水溫度控制在正負0.5以內。以KTP-400觸摸屏為HMI，固瑞克液體流量計單元、由泵、電加熱器和氣動電磁閥為執(zhí)行元件。熱交換器流量計選用國內知名品*落地式熱交換器，換熱面的11平方，根據(jù)機型不同，換熱器需要重新選型。其它液位及溫度傳感器實現(xiàn)監(jiān)控和反饋，組成了可以計量及溫控調節(jié)的內燃機輔助流量計。具有各單元好立工作，統(tǒng)一控制，節(jié)約成本，安全可靠的功能。
2二氧化碳氣體流量計功能圖
3二氧化碳氣體流量計功能介紹
3.1流量計加注過程
為了能有效的提高加注效率，該流量計不但在硬件管路設計有管路連續(xù)排氣閥，而且在程序上控制充水先后順序，即先讓發(fā)動機自身先加滿，然后在加測試托盤管路及上位水箱，上位水箱，上位水箱主要功能為：①確保運行時內燃機內部冷卻液足夠。②流量計穩(wěn)壓作用。加水泵流量2.8L/S，二氧化碳氣體流量計管路DN65熱度管10米，發(fā)動機水道總空間10L內（為了確保加水效率，大于20升加水時間延長或更換大一級水泵），流量計加注時間不超過20S，加注方式分為自動和手動功能，正常情況下加注使用在自動情況下，當流量計檢測有發(fā)動機到位時，到位裝置上的感應傳感器會給PLC一個到位信號，流量計開始預加注，此時PLC控制加水泵，閥門V150、V160同時加注，加注時間10S，理論加注量2.8×10×0.8=22.4L，大于發(fā)動機好大量20升，10S后二氧化碳氣體流量計繼續(xù)加注，閥門V280打開，當水繼續(xù)加注時，高位水箱的水位上升，直到上升至液位開關中位，至此，加注結束。*次加注流量計要充滿高位水箱到設定液位，液位控制用光電傳感器，分為低位，中位和高位，光電開關選用NPN型，直接輸入PLCI/O口。計量防錯和泄漏檢測，計量防錯功能是流量計從加注開始，流量計對冷卻液加注量進行的計量，數(shù)據(jù)傳入PLC，經(jīng)過和在PLC中的預設值進行對比，進而對單臺內燃機加注量進行泄漏檢測，當實際加注量等于設定加注量時，高位水箱到位信號同時應該滿足到位要求，否則，認為加注泄漏或機型異常，流量計停止加注，同時聲光報警，提示操作人員對流量計或內燃機進行檢查，排除異常，繼續(xù)加注。加注量累計。
3.2二氧化碳氣體流量計運行
當加注完畢，流量計進入運行準備狀態(tài)，發(fā)動機初始溫度較低，由于發(fā)動機節(jié)溫器原因，冷卻液沒有進入大循環(huán)，而是在發(fā)動機內部循環(huán)，流量計設計旁通管路，即使在發(fā)動機節(jié)溫器沒有打開的情況下，循環(huán)泵也可以順暢工作。發(fā)動機啟動后，循環(huán)泵啟動，大循環(huán)閥門和旁通閥門打開，發(fā)動機內部循環(huán)保持暢通，所有外循環(huán)冷卻液通過旁通管路循環(huán)，當發(fā)動機加載后，本體溫度上升到90±3攝氏度，節(jié)溫器打開，大循環(huán)管路里的冷卻液開始循環(huán)，溫度控制PID閥門運行，冷卻液溫度繼續(xù)上升，根據(jù)設定溫度參數(shù)，溫度控制器控制PID閥門閥悶進行溫度控制經(jīng)過冷卻器的流量大小。
3.3二氧化碳氣體流量計吹水
當長時間停機或測試完成后，流量計需要吹水，流量計吹水由壓縮空氣輔助完成，當吹水信號給入PLC時，PLC先控制壓縮空氣閥門打開，延遲3S后，吹水閥門打開，和加水邏輯相同，進、回水管路同時吹水，進、回管路同時吹10S后，改為一路憋壓，間歇性吹氣，確保發(fā)動機及管路流量計吹水徹底，避免發(fā)動機脫離臺架或小車后有大量冷卻液流出，造成污染和浪費，憋壓吹氣4次，流量計吹水完成。
4應用范圍
經(jīng)過測試，該流量計根據(jù)被測發(fā)動機機型原因，冷卻液重復利用率在90%以上，本文所提供的控制方法及控制邏輯適用于所有內燃機測試輔助流量計。
5結束語
整個設備二氧化碳氣體流量計功能眾多，采用S7-1500PLC主導，考慮成本原因，PID控制部分采用好立的控制器進行，整個PLC只應用的I/O量，實現(xiàn)整個流量計控制功能，一體化的控制提高了整套設備的可靠性，更換流量計管路材質可以進行潤滑油及燃油的溫度控制，該流量計在內燃機測試及電動新能源冷卻等方面有廣闊前景。該流量計同時具備二次開發(fā)能力，通過PLC的net口可以進行MES擴展，信號連接到主機廠的中控，實現(xiàn)遠程監(jiān)控和控制，實現(xiàn)工廠智能管理。
1二氧化碳氣體流量計組成
本流量計以S7系列1500PLC作為邏輯控制核心，以2路歐姆龍PID調節(jié)器為溫度控制單元，溫度控制閥門為PID調節(jié)閥，分別控制冷液和冷卻水路，對于控制精度要求在正負1攝氏度以內，只需要1路PID閥門工作即可，對于二氧化碳氣體流量計要求較高的精度及調節(jié)時間，需要2路PID閥門同時協(xié)調動作，確保出水溫度控制在正負0.5以內。以KTP-400觸摸屏為HMI，固瑞克液體流量計單元、由泵、電加熱器和氣動電磁閥為執(zhí)行元件。熱交換器流量計選用國內知名品*落地式熱交換器，換熱面的11平方，根據(jù)機型不同，換熱器需要重新選型。其它液位及溫度傳感器實現(xiàn)監(jiān)控和反饋，組成了可以計量及溫控調節(jié)的內燃機輔助流量計。具有各單元好立工作，統(tǒng)一控制，節(jié)約成本，安全可靠的功能。
2二氧化碳氣體流量計功能圖
3二氧化碳氣體流量計功能介紹
3.1流量計加注過程
為了能有效的提高加注效率，該流量計不但在硬件管路設計有管路連續(xù)排氣閥，而且在程序上控制充水先后順序，即先讓發(fā)動機自身先加滿，然后在加測試托盤管路及上位水箱，上位水箱，上位水箱主要功能為：①確保運行時內燃機內部冷卻液足夠。②流量計穩(wěn)壓作用。加水泵流量2.8L/S，二氧化碳氣體流量計管路DN65熱度管10米，發(fā)動機水道總空間10L內（為了確保加水效率，大于20升加水時間延長或更換大一級水泵），流量計加注時間不超過20S，加注方式分為自動和手動功能，正常情況下加注使用在自動情況下，當流量計檢測有發(fā)動機到位時，到位裝置上的感應傳感器會給PLC一個到位信號，流量計開始預加注，此時PLC控制加水泵，閥門V150、V160同時加注，加注時間10S，理論加注量2.8×10×0.8=22.4L，大于發(fā)動機好大量20升，10S后二氧化碳氣體流量計繼續(xù)加注，閥門V280打開，當水繼續(xù)加注時，高位水箱的水位上升，直到上升至液位開關中位，至此，加注結束。*次加注流量計要充滿高位水箱到設定液位，液位控制用光電傳感器，分為低位，中位和高位，光電開關選用NPN型，直接輸入PLCI/O口。計量防錯和泄漏檢測，計量防錯功能是流量計從加注開始，流量計對冷卻液加注量進行的計量，數(shù)據(jù)傳入PLC，經(jīng)過和在PLC中的預設值進行對比，進而對單臺內燃機加注量進行泄漏檢測，當實際加注量等于設定加注量時，高位水箱到位信號同時應該滿足到位要求，否則，認為加注泄漏或機型異常，流量計停止加注，同時聲光報警，提示操作人員對流量計或內燃機進行檢查，排除異常，繼續(xù)加注。加注量累計。
3.2二氧化碳氣體流量計運行
當加注完畢，流量計進入運行準備狀態(tài)，發(fā)動機初始溫度較低，由于發(fā)動機節(jié)溫器原因，冷卻液沒有進入大循環(huán)，而是在發(fā)動機內部循環(huán)，流量計設計旁通管路，即使在發(fā)動機節(jié)溫器沒有打開的情況下，循環(huán)泵也可以順暢工作。發(fā)動機啟動后，循環(huán)泵啟動，大循環(huán)閥門和旁通閥門打開，發(fā)動機內部循環(huán)保持暢通，所有外循環(huán)冷卻液通過旁通管路循環(huán)，當發(fā)動機加載后，本體溫度上升到90±3攝氏度，節(jié)溫器打開，大循環(huán)管路里的冷卻液開始循環(huán)，溫度控制PID閥門運行，冷卻液溫度繼續(xù)上升，根據(jù)設定溫度參數(shù)，溫度控制器控制PID閥門閥悶進行溫度控制經(jīng)過冷卻器的流量大小。
3.3二氧化碳氣體流量計吹水
當長時間停機或測試完成后，流量計需要吹水，流量計吹水由壓縮空氣輔助完成，當吹水信號給入PLC時，PLC先控制壓縮空氣閥門打開，延遲3S后，吹水閥門打開，和加水邏輯相同，進、回水管路同時吹水，進、回管路同時吹10S后，改為一路憋壓，間歇性吹氣，確保發(fā)動機及管路流量計吹水徹底，避免發(fā)動機脫離臺架或小車后有大量冷卻液流出，造成污染和浪費，憋壓吹氣4次，流量計吹水完成。
4應用范圍
經(jīng)過測試，該流量計根據(jù)被測發(fā)動機機型原因，冷卻液重復利用率在90%以上，本文所提供的控制方法及控制邏輯適用于所有內燃機測試輔助流量計。
5結束語
整個設備二氧化碳氣體流量計功能眾多，采用S7-1500PLC主導，考慮成本原因，PID控制部分采用好立的控制器進行，整個PLC只應用的I/O量，實現(xiàn)整個流量計控制功能，一體化的控制提高了整套設備的可靠性，更換流量計管路材質可以進行潤滑油及燃油的溫度控制，該流量計在內燃機測試及電動新能源冷卻等方面有廣闊前景。該流量計同時具備二次開發(fā)能力，通過PLC的net口可以進行MES擴展，信號連接到主機廠的中控，實現(xiàn)遠程監(jiān)控和控制，實現(xiàn)工廠智能管理。