本文结合汽车电子水泵生产需求，设计了一套基于LabVIEW和PLC的2工位电子水泵综合性能测试系统，以研华IPC 610L工控机和西门子S7-200 PLC为核心，通过LabVIEW编程，实现了电子水泵的进出水压力、压差、杨程、流量、占空比、功率、转速和电机效率等性能的在线测试，系统集成样品扫码、检验判定和报表输出等功能，具有2工位独立自动控制、自动采集、数据稳定、结果准确和直观可视等特点，很好地满足了现场使用需求。

品质是产品的核心，虽然《强制性产品认证目录描述与界定表》[1]未明确将汽车电子水泵列为必须认证的产品，但是很多主机厂会要求其下属供应商通过IATF、QC/T 1288.2-2023《汽车发动机冷却水泵试验方法》、JB/T 8126.9-2017《内燃机冷却水泵》或相关企标等质量要求。因此，对于从事电子水泵研发和生产的制造商或集成商来说，为了达到有效管控在研品、来料、制程和成品品质的目的，拥有一套电子水泵综合性能测试系统几乎成了厂里的标配。

近年来，随着市场品质要求的逐步提升，以及各智能制造领域设备厂商的崛起，有关电子水泵测试装备的研究论文已逐见报道，可查证的有2024年宁波吉利罗佑公司的电子水泵测试系统[4]、2023年中国计量大学饶宾奇指导的王苛芸硕士学位论文[5]、2022年中国计量大学张雅琴和范伟军等研制的汽车电子水泵综合性能测试系统[6]、重庆理工大学的小型水泵测试系统[7]等。这些系统各有特点，都利用智能制造相关的自动化测控技术，解决了某些领域的问题，拓宽了装备研发的思路。尽管如此，电子XXX

基于目前行业需求和市场广阔的应用前景，作者联合肯特斯公司团队设计了一套基于LabVIEW上位机编程技术和PLC自动化控制的2工位电子水泵综合性能在线测试台。本文将按照非标设备研发的一般流程，从需求分析、方案设计和调试优化等3个维度来逐步展开介绍。大家就跟着深圳肯特斯小编一起来看看吧！

一、需求分析

根据QC/T 1288.2—2023《汽车发动机冷却水泵试验方法》、JB/T 8126.9—2017《内燃机冷却水泵》等电子水泵相关行业标准，并结合目标用户要求，梳理下系统设计需求如下：

1、系统需适用于PWM控制型电子水泵测试，且可扩展至CAN、LINK总线通信型；

2、需控制电子水泵在不同转速和不同压差（出液口压力与进液口压力差）条件下，测试其流量､电压、电流和功率等参数，并计算扬程、电机效率、输出功率、输入功率和汽蚀余量等性能指标；

3、需输出电子水泵的流量-扬程、流量-效率、流量-功率、流量-电流等性能关系曲线，且可由用户选择曲线是否显示；

4、需具备自动控制、自动采集、图表显示、自动分析、测试报告、异常报警的功能；

5、需2个工位，每个工位可独立控制其是否启用；

6、其它性能指标需求参考硬件选型部分，具体规格均按满足用户要求来配置。

二、方案设计

根据使用需求，设计方案须先分析其功能实现的原理，然后再从管路设计、硬件选型和软件设计（含IPC端上位机和PLC端下位机软件）等3个方面展开。

1、工作原理

首先考虑设计一个灵活可行的系统架构，主要包含控制柜和主机泵阀柜2部分。其中控制柜由机柜本体、上位机IPC、下位机PLC和相关采集模块等组成，用于实现整个系统的数据采集和仪器控制功能。主机泵阀柜则优选质量稳定可靠的防干烧电机、流量计、可调电源、气动夹具、调压阀、压力变送器和不锈钢无焊接管件等作为核心部件。

电子水泵的转速由上位机软件通过PWM信号控制。对于不同转速测点设置，系统自动计算出所需占空比，同时根据水泵频率需求计算出 PWM 信号的高低电平周期，并通过XXX（采集卡?信号发生器？）输出 PWM 信号控制水泵转速。为起到信号放大和隔离防护作用，PWM输出端外接隔离变压器再接到待测样品。对于采用CAN/LINK通信的水泵，机台预留了相应的接口和功能模块，本文不详细表述。

电子水泵的压差由PID算法调节来实现。待测试样品转速达到设定值并稳定后，上位机会采集水泵样品进出口压力，求其差值，然后和设定压差值对比，接着通过PID算法得出比例阀（流量调节阀）开度，最后向下位机发送指令，由PLC向阀体输出调节信号，直至实际压差稳定在设定值误差范围。

水泵流量､电压、电流和功率等参数在上述压差稳定后即可通过上位机自动采集，且软件将根据读取到的基本参数，再结合测试台管路设计参数（如管径、样品进出口测压点高度等），自动计算扬程、电机效率、输出功率、输入功率和汽蚀余量等性能指标，绘制流量-扬程、流量-效率、流量-功率、流量-电流等性能关系曲线，完后自动保存数据并进入下一压差调节和测试流程。

为使得系统工作稳定可靠，压力、流量、功率、转速、占空比等信号通过RS485接口走MODBUS RTU协议与PLC进行传输，PLC通过以太网走OPC UA协议和上位机通信。

2、管路设计

系统管路设计如图2所示，系统水箱采用自上而下方式安装，便于样品自吸水源。将待测电子水泵1置于工作台上与进口管道更换阀3和出口管道更换阀2连接，进口段管路装有温度传感器10、差压传感器12、进口压力传感器5实时监测测试管路进口温度、压力，出口段管路除出口压力传感器11与差压传感器12外还装有流量计14与流量比例阀15，用于调节管路流量；

进出口管路与主水箱18连接，其开闭由手动球阀和进口三通阀7与出口三通阀13控制。测试时电子水泵在指定转速下抽取主水箱底部测试介质；测试介质流经入口三通阀7进入电子水泵入口，流经出口三通阀13与比例阀15回到封闭主水箱，形成闭合测试回路真空泵接封闭水箱顶部真空泵24，用于汽蚀测试抽真空。

以水箱上的安全阀21和压力表19确保水箱内气压安全。主水箱内设加热棒17控制测试介质的加热；主水箱液位传感器16实时监测水箱液位；副水箱8存储测试结束后电子水泵内剩余的液体。副水箱的液位计6测量到满液位后，补液泵9将副水箱内液体自动抽取回主水箱。

图2 系统管理设计

3、硬件选型

图3 系统硬件架构

4、上位机软件设计

基于LabVIEW平台设计电子水泵性能综合测系统上位机程序,采用用户界面事件处理器设计方式,按下机械按钮或是布尔控件,执行事件分支程序｡软件主要实现功能包括用户管理､参数设置､数据采集与处理､数据库存储与查询､主界面可视化测试过程､故障报警等辅助功能｡

用户管理分层设计,管理员可进行参数修改､用户管理,操作员仅有测试权限｡参数设置采用树形选项卡实现,包括测试项选择､水泵与传感器参数､通信设置｡数据处理模块选择均值滤波算法消除采集信号的噪声,对采集信号的每80个数据进行邻域平均,得到去噪后各被测参数的实时数据,根据采集数据实时计算扬程､功率､效率,并绘制对应流量-扬程､流量-功率､流量-效率拟合曲线｡

对汽蚀试验的入口压力-扬程曲线中每5个扬程数据进行均值滤波,计算得扬程下降3%的点为汽蚀点｡数据库存储与查询的实现基于LabSQL模块,通过ADO数据接口访问Access数据库,并执行相关SQL指令,将性能数据存储于数据库中;设计用户查询界面,访问数据库并根据时间查询所测数据｡在测试主界面中采用布尔元件模拟液体在管道内流动情况与阀门开闭情况｡实时监测界面显示各流量点与性能参数值｡测试主界面与测试监测界面分别如图3､图4所示｡

图XXX 测试台主控界面

图XXX参数上下限设置界面

图XXX 占空比设置界面

图XXX 测试结果数据和报告界面

5、下位机软件设计

LabVIEW与PLC之间进行的数据交换,包括参数设置与控制指令传递由OPC server实现｡PLC程序采用模块化设计,主要模块为设备复位､数据收发与转换､流量控制､周边控制､测试流程控制等｡设备复位包括进出口三通阀､排气阀､流量比例阀等复位｡数据收发与转换为传感器的模拟量与工程量的转换､交互变量的赋值｡

基于PID组态实现流量控制,通过自适应方式调节比例积分微分系数,控制比例阀的模拟量输出,调整阀门开闭使流量稳定在流量测试点｡周边控制包括真空泵的变频控制与排压阀控制｡

图XX PLC程序截图

三、调试优化

图2 电子水泵在线测试台实物图

四、结束语

针对现有电子水泵性能测试系统存在的自动化程度低､功能单一等问题,研制一种电子水泵综合性能测试系统｡采用电气自动化技术,利用PLC控制阀门与泵的动作,配合高精度数据采集卡完成相关测试参数的采集,实现汽车电子水泵的全自动综合性能测试｡该系统自动化程度高,经重复性试验,测试系统运行稳定。所设计的测试机已经由肯特斯公司生产和交付多台，很好地满足了客户现场使用需求。