论文总字数：23963字

摘 要

发动机作为汽车及其动力机械的心脏部件，除了从结构设计、制造工艺方面改进外，对其性能指标及可靠性测试的要求也越来越严格。而发动机台架作为最基本的试验平台，其测控技术是关键。

本文首先根据发动机试验台测控系统的内部结构原理，完成了系统的总体布置，同时明确了测控系统的目标功能。然后按照目标功能，在硬件方面，完成了传感器、测功机、油门执行器以及PLC等硬件设备的原理讲解和选型。在软件方面，完成了PLC关键数据采集和信号执行模块的梯形图编程，此外，基于WinCC组态软件设计开发了测控软件，该软件不仅完成对发动机转速、扭矩、温度以及油耗的测量，而且对油门开度和测功机负载实现了定值控制，并能通过折线图清晰地看到各监测参数的变化情况，并且生成报表以便试验后的数据分析和处理。

最后构建出整个发动机试验台测控系统，完成系统目标功能的任务，能实现对发动机性能的分析。

关键词：发动机试验台 测控系统 PLC WinCC

The Design of Measurement and Control System For Automobile Engine Bench Testing

Abstract

Engine, as the heart of automobile, has more and more severe requirements of its performance evaluation and reliability testing apart from improvement of structure design and manufacturing process. Engine bench is basic platform for its testing. Furthermore, its measurement and control technology is key.

According to structure and theory of system, general layout of engine bench measurement and control system is put forward in the paper. Meanwhile, the objective functions of system are confirmed. Next part is the theory analysis and hardware selection of sensors, dynamometer, accelerator, PLC and so on. In the aspect of software, LAD programs of PLC critical data collection and control modules are finished. Besides, the measurement and control software is developed on the base of WinCC configuration software. It provides friendly interactive interface for users. Users can get real-time data of rotating speed, torque, temperature and fuel consumption when testing. Throttle opening and dynamometer load can be controlled in specific value. The software also provides the function that the real-time data can be showed in line chart and report can be created automatically for analysis and process.

Finally, the integrated measurement and control system is completed and objective functions are achieved. Automobile performance can be analyzed and improved by the system.

Key Words: Engine Test Bench; Measurement and Control System; PLC; WinCC

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 论文选题的意义 1

1.2 国内外研究的现状 1

1.3 本课题的主要内容 3

第二章 发动机试验台测控系统的总体设计 5

2.1 测控系统的总体布置 5

2.1.1 测功机及其连接 5

2.1.2 冷却水路设计 7

2.1.3 油路设计 8

2.2 测控系统的要求分析 8

2.2.1 系统的目标功能 8

2.2.2 系统所需测控的参数 9

2.3 测控系统的总体方案 9

2.4 软件平台选择 11

2.4.1 WinCC组态软件简介 11

2.4.2 WinCC软件的结构 11

2.4.3 WinCC软件的主要功能及特点 12

2.5 本章小结 12

第三章 硬件设计 13

3.1 测量部分 13

3.1.1 转速的测量 13

3.1.2 扭矩的测量 14

3.1.3 温度测量 15

3.1.4 机油压力测量 17

3.1.5 油耗测量 18

3.2 控制部分 19

3.2.1 测功机控制 19

3.2.2 油门执行器控制 22

3.3 PLC的应用 23

3.3.1 PLC的特点 23

3.3.2 PLC选型 25

3.4 测控数据接线图 26

3.5 本章小结 28

第四章 软件设计 29

4.1 系统软件的整体设计 29

4.2 下位PLC软件设计 29

4.2.1 软件功能分析 29

4.2.2 软件流程设计 30

4.2.3 软件功能实现 30

4.3 上位WinCC软件设计 32

4.3.1 软件功能分析 32

4.3.2 软件流程设计 33

4.3.3 软件功能实现 33

4.4 本章小结 36

第五章 总结与展望 37

参考文献 37

致谢 40

第一章 绪论

1.1 论文选题的意义

汽车工业是融合机械、电子、冶金、材料等各行各业的先进技术于一身的典范，它在国民经济中占有重要地位，是一个国家工业水平的代表。汽车自19世纪末诞生至今100多年期间，汽车工业由无到有，以惊人的速度发展，写下了人类近代文明史的重要篇章^[1]。 汽车是重要的运输工具，是科学技术发展水平的标志，也是社会物质生活发展水平的标志^[2]。 近年来，随着我国国民经济的发展和人们生活水平的提高，人们对汽车的需求量的日益增多，人们对汽车性能的要求也不断提高。发动机作为汽车及其动力机械的心脏部件，除了从结构设计、制造工艺方面改进外，对其性能指标及可靠性测试的要求也越来越严格^[3]。

在发动机新产品的开发研制过程中,必须通过发动机台架试验来验证新产品是否能够达到整机性能的设计要求,并为其日后的改进提供方向；而对于发动机成熟产品而言,也必须通过台架试验不断改进其细节部分,从而满足日益变化的车辆需求^[4]。

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