一种冷却风扇寿命试验控制系统及其控制方法.pdf

本发明涉及一种冷却风扇寿命试验控制系统及其控制方法，包括电机驱动器，计时器，计算机，以及计数器，其中，所述电机驱动器通讯连接或电连接至计算机，用于驱动冷却风扇电机；所述计时器通讯连接或电连接至计算机，用于冷却风扇各转速下的运行时间和中间停止时间；所述计算机用于根据计数器采集的冷却风扇的运行次数，通过电机驱动器控制冷却风扇电机的运转；所述计数器通讯连接或电连接至计算机，用于采集冷却风扇的运行次数。通过计算机控制冷却风扇电机运转，并通过计数器采集冷却风扇的运行次数，当冷却风扇的运行次数达到预定的次数时，计算机可以通过电机驱动器使冷却风扇电机在高低速运转之间自动切换，操作方便，节省劳动力。

权利要求书
1.  一种冷却风扇寿命试验控制系统，其特征在于，包括电机驱动器，计时器，计算机，以及计数器，其中，
所述电机驱动器通讯连接或电连接至计算机，用于驱动冷却风扇电机；
所述计时器通讯连接或电连接至计算机，用于冷却风扇各转速下的运行时间和中间停止时间；
所述计算机用于根据计数器采集的冷却风扇的运行次数，通过电机驱动器控制冷却风扇电机的运转；
所述计数器通讯连接或电连接至计算机，用于采集冷却风扇的运行次数。

2.  如权利要求1所述的冷却风扇寿命试验控制系统，其特征在于，还包括温度传感器，其通讯连接或电连接至计算机，用于检测所述冷却风扇电机的壳体温度，所述计算机还用于根据所检测到的数据，对所述冷却风扇电机的工作状态进行监控。

3.  如权利要求1或2所述的冷却风扇寿命试验控制系统，其特征在于，还包括电流传感器，其通讯连接或电连接至计算机，用于检测所述冷却风扇电机的电流，所述计算机还用于根据所检测到的数据，对所述冷却风扇电机的工作状态进行监控。

4.  如权利要求1-3中任一项所述的冷却风扇寿命试验控制系统，其特征在于，还包括电压传感器，其通讯连接或电连接至计算机，用于检测所述冷却风扇电机的电压，所述计算机还用于根据所检测到的数据，对所述冷却风扇电机的工作状态进行监控。

5.  如权利要求1-4中任一项所述的冷却风扇寿命试验控制系统，其特征在于，还包括数据采集模块，其设置在计算机和各传感器之间，用于接收，处理，和/或发送数据。

6.  如权利要求2-5中任一项所述的冷却风扇寿命试验控制系统，其特征在于，所述计算机具体用于在所述温度传感器、所述电流传感器和所述电压传感器检测到的数据超出正常标准范围时报警，或显示所述温度传感器、所述电流传感器和所述电压传感器检测到的数据。

7.  如权利要求1-6中任一项所述的冷却风扇寿命试验控制系统，其特征在于，所述计算机为PCI总线结构的工控机或PXI总线结构的工控机。

8.  如权利要求1-7中任一项所述的冷却风扇寿命试验控制系统，其特征在于，还包括程控电源和不间断电源。

9.  如权利要求1-8所述冷却风扇寿命试验控制系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)冷却风扇电机驱动冷却风扇运行；
(2)计数器采集冷却风扇的运行次数；
(3)计算机根据所述计数器采集的冷却风扇的运行次数，通过电机驱动器控制冷却风扇电机的运转或停止。

10.  如权利要求9所述冷却风扇寿命试验控制系统的控制方法，其特征在于，还包括如下步骤：
(4)检测所述冷却风扇电机的壳体温度、电流、电压中的至少一种；
(5)计算机根据检测到的壳体温度、电流、电压，对所述风扇电机的工作状态进行监控：在所述温度传感器、所述电流传感器和所述电压传感器检测到的数据超出正常标准范围时报警，或显示所述温度传感器、所述电流传感器和所述电压传感器检测到的数据。

说明书一种冷却风扇寿命试验控制系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及机动车产品测试领域，具体涉及一种车用冷却风扇寿命试验测试系统设计的方案。
背景技术
冷却风扇寿命试验台控制系统设计最终目标要求是能够达到此标准要求，具体如下：将冷却风扇以实车安装方式固定在台架上，运行试验台控制程序对其进行可靠性试验。产品可靠性能要求：温度(100±2)℃，电压(13.5±0.3)V。试验周期为：1、(单速风扇)接通电源，让其先运行10min；断开电源，停放5min；接通电源，运行10min；断开电源，停放5min，以上为一个循环，共2400个循环。2、(双速风扇)接通低速档，让其低速运行10min后；接通高速档，运行5min；接通低速档，低速运行10min；断开电源，停放5min，以上为一个循环，共2400个循环。3、(三速风扇)接通低速档，运行5min；接通次高速档，运行5min；接通高速档，运行5min；接通次高速档，运行5min；接通低速档，运行5min，断开电源，停放5min。以上为一个循环，共2400个循环。4、(无极变速风扇)图纸规定占空比为X，按20％X，80％X，100％X，80％X，20％X各运行5min，断开电源，停放5min。以上为一个循环，共2400个循环。试验后功能正常，各性能参数应符合设计要求。
由此可见，冷却风扇寿命试验对于验证风扇总成机构的可靠性是一个非常重要的试验项目，本领域内缺少此类由上位机控制的专用检测设备，一直以来都是通过简单的继电器控制的方式进行,这样不仅仅对试验本身的过程进度以及质量不易控制，而且稳定性不高，试验过程中容易设备故障而影响到试验结果。试验周期长和检测费用也很高。为此，特提出利用本领域现有资源,设计制造冷却风扇寿命试验台控制系统,为本领域节约成本。
本发明主要对车用冷却风扇常见以下失效问题而采取检测的措施。汽车冷却风扇重点关注问题：冷却风扇是车辆在日常安全行驶的重要保障，据设计反馈冷却风扇在试装车以及售后上经常出现此样件不能正常工作，而引起安全隐患及客户抱怨，例如风扇电机烧蚀、风扇堵转引起的整车故障等，这些故障在寿命试验中，均可以检测体现出来。
发明内容
本发明的目的在于提供一种控制界面简单，性能稳定、成本低廉、通用性好的车用电动冷却风扇寿命试验台设计的方案，可以对各种汽车冷却风扇进行可靠的自动测试。填补本领 域这一方面试验空缺，缩短验证时间，节约试验开发费用，为本领域节约试验成本，此台架以实车安装为基础，验证该冷却风扇寿命试验是否能够达到该目标要求。
工作原理是基于LabVIEW平台开发数据采集、分析软件，通过采集各传感器的电流、电压、温度等电机的性能参数，将各参数进行分析并结合对风扇的主观评价，确定风扇的最终状态。具体技术方案如下：
一种冷却风扇寿命试验控制系统，包括电机驱动器，计时器，计算机，以及计数器，其中，
所述电机驱动器通讯连接或电连接至计算机，用于驱动冷却风扇电机；
所述计时器通讯连接或电连接至计算机，用于冷却风扇各转速下的运行时间和中间停止时间；
所述计算机用于根据计数器采集的冷却风扇的运行次数，通过电机驱动器控制冷却风扇电机的运转；
所述计数器通讯连接或电连接至计算机，用于采集冷却风扇的运行次数。
进一步地，还包括温度传感器，其通讯连接或电连接至计算机，用于检测所述冷却风扇电机的壳体温度，所述计算机还用于根据所检测到的数据，对所述冷却风扇电机的工作状态进行监控。
进一步地，还包括电流传感器，其通讯连接或电连接至计算机，用于检测所述冷却风扇电机的电流，所述计算机还用于根据所检测到的数据，对所述冷却风扇电机的工作状态进行监控。
进一步地，还包括电压传感器，其通讯连接或电连接至计算机，用于检测所述冷却风扇电机的电压，所述计算机还用于根据所检测到的数据，对所述冷却风扇电机的工作状态进行监控。
进一步地，还包括数据采集模块，其设置在计算机和各传感器之间，用于接收，处理，和/或发送数据。
进一步地，所述计算机具体用于在所述温度传感器、所述电流传感器和所述电压传感器检测到的数据超出正常标准范围时报警，或显示所述温度传感器、所述电流传感器和所述电压传感器检测到的数据。
进一步地，所述计算机为PCI总线结构的工控机或PXI总线结构的工控机。
进一步地，还包括程控电源和不间断电源。
上述冷却风扇寿命试验控制系统的控制方法，包括如下步骤：
(1)冷却风扇电机驱动冷却风扇运行；
(2)计数器采集冷却风扇的运行次数；
(3)计算机根据所述计数器采集的冷却风扇的运行次数，通过电机驱动器控制冷却风扇电机的运转或停止。
进一步地，还包括如下步骤：
(4)检测所述冷却风扇电机的壳体温度、电流、电压中的至少一种；
(5)计算机根据检测到的壳体温度、电流、电压，对所述风扇电机的工作状态进行监控：在所述温度传感器、所述电流传感器和所述电压传感器检测到的数据超出正常标准范围时报警，或显示所述温度传感器、所述电流传感器和所述电压传感器检测到的数据。
与目前现有技术相比，本发明数据采集分析软件基于LabVIEW平台开发，可视性好、数据显示丰富：2.支持实时信号分析处理，基本数学计算(加减乘除、微积分等)，实时统计(最大/小/平均值/RMS/标准差等)，滤波、K值计算、数据压缩等多个独立实时分析处理功能；3.脱机独立运行(黑匣子)及PC辅助测试；4.可设置数据存储在PC或设备内部存储卡，数据存储双备份，数据可分段存储；5.为本领域增加了这方面的试验能力，节约试验成本，该系统安装携带便捷。通过计算机控制冷却风扇电机运转，并通过计数器采集冷却风扇的运行次数，当冷却风扇的运行次数达到预定的次数时，计算机可以通过电机驱动器使冷却风扇电机在高低速运转之间自动切换，操作方便，节省劳动力。
附图说明
图1为本试验台架控制软件界面图。
图2为试验测试台工装示意图。
图3为电气工作原理示意图。
图4是本发明实施中提供的车用冷却风扇寿命试验控制系统的结构框图；
图5是本发明实施中提供的车用冷却风扇寿命试验控制方法的流程图；
图6是控制单元的工作原理图；
图7是监测单元方案的工作原理图。
具体实施方式
下面根据附图对本发明进行详细描述，其为本发明多种实施方式中的一种优选实施例。
本发明寿命性能试验装置包括：
序号名称主要内容供应商1控制软件基于LabVIEW平台开发自编
2电流传感器HTR50-SBLEM3控制板卡UMI-7774NI4多功能数据采集卡NI PCI-6259NI5直流稳压电源50A——6电附件附件接线盒、附件电缆、计时器，光电计数器——7专用软件NI LV8.6.1NI
本发明实现了以冷却风扇实车安装状态，配合基于LabVIEW平台开发控制软件和相应的硬件，达到使整个试验台结构简单、灵活性强、易于操作、便于维护、控制精度高的目的。解决现有冷却风扇耐久试验装置操作不便且需要人工监视的问题，本发明实施例提供了一种车用冷却风扇寿命试验控制系统及方法。所述技术方案如下：
电机驱动器，用于驱动冷却风扇电机；
计数器，用于采集冷却风扇的运行次数；
计算机，用于根据所述计数器采集的风扇的运行次数，通过所述电机驱动器控制所述风扇电机的运转。
所述计算机为PCI(Peripheral Component Interconnect,外设组件互联标准)总线结构的工控机或者为PXI(PCI eXtensions for Instrumentation，面向仪器系统的PCI扩展)总线结构的工控机。
所述系统还包括：用于检测所述冷却风扇电机的壳体温度的温度传感器、用于检测所述冷却风扇电机的电流的电流传感器、用于检测所述冷却风扇电机的电压的电压传感器中的至少一种，则所述计算机还用于根据所述温度传感器、所述电流传感器和所述电压传感器检测到的数据，对所述冷却风扇电机的工作状态进行监控。
所述计算机具体用于在所述温度传感器、所述电流传感器和所述电压传感器检测到的数据超出正常标准范围时报警，或显示所述温度传感器、所述电流传感器和所述电压传感器检测到的数据。
所述系统还包括程控电源和不间断电源。
另一方面，本发明实施还提供了一种车用冷却风扇寿命试验控制方法，所述方法包括：
冷却风扇电机驱动冷却风扇运行；
计数器采集冷却风扇的运行次数；
计算机根据所述计数器采集的冷却风扇的运行次数，通过电机驱动器控制冷却风扇电机的运转或停止。
优选的，所述方法还包括：
检测所述冷却风扇电机的壳体温度、电流、电压中的至少一种；
计算机根据检测到的壳体温度、电流、电压，对所述风扇电机的工作状态进行监控。
具体的，所述计算机根据检测到的壳体温度、电流、电压，对所述冷却风扇电机的工作状态进行监控，具体包括：
在所述温度传感器、所述电流传感器和所述电压传感器检测到的数据超出正常标准范围时报警，或显示所述温度传感器、所述电流传感器和所述电压传感器检测到的数据。
工作原理：此台架是通过基于LabVIEW平台开发软件来控制，首先在LabVIEW平台开发的软件中设定控制参数(风扇类型、运行周期、电压温度和限制参数等)，运行后，软件通过工控机串口输出相应的控制信号给执行机构，从而实现对目标要求，机械工装部分起到对传感器的安装辅助作用。
测试台说明：
1、开启UPS电源、工控机、显示器；
2、在基于Labview开发的软件界面上设置对应的通道、选择风扇类型、样件工作的工作次数、高低速切换次数、电机壳体温度报警极限值、电流电压极限值等；
3、通过操作软件由工控机输出控制信号开启冷却风扇电机，试验开始；
4、工控机内数据采集卡开始采集温度传感器、电流传感器和电压传感器传输的电机壳体温度、电机工作电流和试验电压值，通过时间继电器来控制风扇高低速、停止位的切换及转化为运行循环次数。
5、软件自动记录试验的各项数据，试验结束后，最终生成试验报表。
概述暨模块化的设计思想
冷却风扇寿命试验台要求能够满足对一台冷却风扇寿命试验的要求，并具备试验周期可设置，可拓展功能，能够对已有或潜在的多个车型的冷却风扇进行测试。
为了解决这些问题，本试验台的研制将以模块化、通用化、平台化的设计思想为指导，降低试验成本，提高系统的适用性，以期满足今后期试验全面需求。
计算机是整个测试设备的中枢，通过安装在计算机上的软件，实现对整个测试设备的控制，并存储测试数据和结果。
基于LabVIEW编写控制软件一方面输出控制信号给样件，控制电机的运行及停止，另一方面接收相关传感器反馈的信号，采集冷却风扇运转转速信号，电机壳体温度、及电压电流。
监测单元(数据采集卡)负责监控、采集各反馈信号，并将检测数据传送给计算机，进行数据运算和保存。
执行元件(计时器)，驱动转换控制弱信号为强信号，计时器反馈信号给控制端，进一步 实现冷却风扇的转速以及电机通断时间，实现冷却风扇的间歇运转方式。
冷却风扇寿命试验台工作流程：
打开电源。
启动计算机上的软件界面。
软件根据人工输入或预设值控制输出指定信号，通过串口与被测控制器通讯，按照预设的控制程序进行驱动冷却风扇工作以及通断时间，同时采集来自监测单元的采集信息。
测试过程中如有异常，则通知操作者故障原因。
测试结束，生成测试报告，同时将测试信息保存在数据库中。
详细方案
整个试验台系统包括：计算机、电源、控制单元、执行单元、监测单元以及传感器等。
在实验室中进行寿命试验时，整个试验台控制系统单独在监控室里，隔离于现场高温环境，有利于保护设备板卡，温度传感器等安装在现场，能及时采集到相关数据，传输给系统，方便简洁。
计算机方案
方案1：采用基于PCI总线的19英寸机箱工控机。
方案2：采用基于PXI总线的工控机。
PXI总线结构的工控机，机械和电气连接性能均明显优于常规基于PCI总线的工控机。
PXI总线结构的工控机系统(包括外设)，价格高于常规基于PCI总线的工控机系统。
具体采用的计算机系统，视实际需求而定。采用19寸液晶显示器作为显示。
电源方案
采用程控电源+UPS的电源方案。
程控电源的总输出功率不少于0～30V/50A，提供三路输出，每路单独可调。
UPS用于提供意外断电时的保护。
控制单元的工作原理如图6所示：控制单元接收电源输入和计算机指令输入，产生对应的开关及模拟量输出、波形输出等，板卡采用外购标准多功能数采卡，安装在计算机中。
监测单元方案的工作原理如图7所示：
监测单元应具备电压采集、电流采集、温度采集的能力。
板卡采集电信号，转化为数字信息，通过PCI总线或其他途径，传送至计算机，板卡安装在计算机内。
监测单元的参考技术指标如下(可根据实际需求，更改)：
采集通道10路。
电压采样范围：0～15V；电压采样精度：0.1％，分辨率0.005V；电流采样范围：0.5mA～40A；电流采样精度：0.2％，分辨率0.05mA(电流测量值〈100mA)；采样刷新率：3kHz；温度采样范围：-40℃～200℃；温度采样精度：0.5％。
控制方案实施
如图四所示，系统包括：电机驱动器104、计时器102、计算机101、计数器103。其中，电机驱动器104用于驱动冷却风扇电机105，进而驱动冷却风扇106运行；计时器102用于冷却风扇各转速下的运行时间和中间停止时间；计算机101用于根据计数器102采集的冷却风扇106的运行次数，通过电机驱动器104控制冷却风扇电机105的运转。
本发明实施通过计算机控制冷却风扇电机运转，并通过计数器采集冷却风扇的运行次数，当冷却风扇的运行次数达到预定的次数时，计算机可以通过电机驱动器使冷却风扇电机在转速间自动切换，操作方便，节省劳动力。
下面结合图二，简单描述本发明实施例的车用电动冷却风扇耐久试验控制系统的工作过程。
1、开启电源01，计算机02、03(工控机)打开，显示器上显示软件操作界面。该软件界面可以基于Labview开发。
2、通过该软件界面设置冷却风扇工作的间歇时间和工作次数、高低速切换时间、电机壳体温度报警极限值、电流电压极限值等控制参数。
3、计算机02(控制界面)根据设置好的控制参数输出控制信号和冷却风扇电机06的运转，开始进行冷却风扇耐久性试验。
4、在试验过程中，工控机中的数据采集卡采集传感器05传输的计时值，通过软件控制电机的运转或停止，并且采集到壳体温度、电流、电压和转速数值发送到工控机；如果测试数据出现异常，则发出警报，通知操作者故障原因。
5、工控机可以自动记录试验的各项数据，试验结束后，最终生成试验报表。
工装方案：
工装用以固定光电传感器及温度传感器和电流传感器等，工装自制，采用防水防锈材料。如图二所示。
软件方案：
在windows操作系统下进行开发。
采用Labview软件进行开发，该软件开发出的产品具有良好的可视界面。
软件主要功能包括：
控制整个寿命试验台，产生控制信号，输出给控制器。
通过串口，与控制器保持通讯联络，在测试过程中，能够获得控制器信息。
接收来自监测单元的监测数据。
测试过程中能够对监测数据和通讯获得的控制器信息进行分析，当发现异常时，能够将异常信息及时通知操作者。
以文件的形式保存测试过程数据。
测试结束，形成测试报告，能够将每次测试的主要信息保存在数据库中。
软件采用模块化的方法开发，能够灵活配置测试项目。
软件具有良好的扩展性，可以更新或增减模块。
软件提供标定和校准模式。
软件提供权限控制。
本发明实施通过计算机控制冷却风扇电机运转，并通过计数器采集冷却风扇的运行时间，当冷却风扇的运行时间达到预定后，计算机可以通过电机驱动器使冷却风扇电机在高低速运转间与停止位置间自动切换，操作方便，节省劳动力。另外，计算机可以实时监测冷却风扇电机电压、电流和壳体温度，也使该系统性能更加稳定，试验结果更加准确。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。