一種應(yīng)用于智能網(wǎng)聯(lián)封閉道路測試的雨霧模擬系統(tǒng)

劉洪緯， 任勃帆， 張 鵬， 翟貴飛

（中汽研汽車檢驗中心 （天津）有限公司， 天津 300300）

1 需求分析

本雨霧模擬系統(tǒng)是為智能網(wǎng)聯(lián)封閉測試場內(nèi)模擬雨霧天氣的實現(xiàn)而設(shè)計。車輛在封閉測試場內(nèi)南北段測試時，共有4種工況有待選擇，為測試車輛帶來了更全面的天氣因素測試。4種雨霧工況分別為：小雨、中雨、大雨和大霧，控制員可以通過對雨霧系統(tǒng)的控制，來實現(xiàn)封閉測試場內(nèi)南北路段降雨或大霧的控制。南北路段可模擬不同的雨霧工況，如南段小雨、北段大霧、南段中雨、北段中雨等，共有16種雨霧工況可供選擇。豐富了模擬雨霧工況的選擇，使其具有可操作性和多樣性，為智能網(wǎng)聯(lián)封閉道路測試場景搭建保駕護航。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計思路

根據(jù)項目實際需求，在封閉測試場內(nèi)設(shè)計了長100m的雨霧工況模擬，隨著智能網(wǎng)聯(lián)的不斷發(fā)展，模擬雨霧系統(tǒng)也不斷被應(yīng)用于智能網(wǎng)聯(lián)汽車測試場。本次設(shè)計是把100m的測試路段分為南北2個路段，南北2個路段各50m分別控制雨霧工況。如圖1所示。

圖1 雨霧工況模擬

雨霧模擬系統(tǒng)總體設(shè)計思路如下。

1）通過在測試路段的道路兩側(cè)安置間隔4m的龍門架，樹立起雨霧模擬系統(tǒng)的基本框架。

2）在測試路段的中段，通過靠近路邊的位置處配備一個蓄水池及沉淀池，實現(xiàn)給設(shè)備供水及水質(zhì)的過濾。在測試路段附近靠近水池邊上安置南北路段雨霧機組及PLC總控柜。

3）現(xiàn)場管線布置沿馬路及依附龍門架設(shè)計。在測試路段的兩端安裝地面感應(yīng)系統(tǒng)。

2.2 系統(tǒng)組成

雨霧模擬系統(tǒng)主要可以分為以下幾個模塊：雨機組系統(tǒng)、霧機組系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)、水池系統(tǒng)、龍門架模塊。

1）雨機組系統(tǒng)主要由變頻器、臥式離心泵組成。變頻器是雨機組的核心組成部分，變頻器的作用是通過改變供電頻率，從而調(diào)節(jié)負載，起到降低功耗、減小損耗、延長設(shè)備使用壽命等作用。臥式離心泵是輸送液體或使液體增壓的機械，它將原動機的機械能或其他外部能量傳送給液體，使液體能量增加，實現(xiàn)雨系統(tǒng)正常運作。

2）霧機組系統(tǒng)主要部件為柱塞泵，其工作原理是：裝配在一個長型的缸體中，可作前后 （推拉）運動，有2個分別裝有閥門的進出管道與缸體相通，柱塞與缸體之間的間隙配有合適的密封，當柱塞后拉運動時，出口管道閥門關(guān)閉而進口管道閥門打開，流體便從進口管道被吸進缸體中；當柱塞前推運動時，進口管道閥門關(guān)閉而出口管道閥門打開，缸體中的流體被壓便從出口管道送出，柱塞在缸體中不停地往復(fù)運動，流體就不斷地輸送到目標機構(gòu)中，這就是柱塞的作用。我們可以通過改變柱塞泵壓力的大小來改變霧濃度的大小。

3）PLC控制系統(tǒng)主要部件為PLC遠程通信模塊，通過編程可以實現(xiàn)在人機界面上控制雨霧機組的自動控制，用于整套設(shè)備的運行。PLC的工作原理為：當PLC控制器投入運行后，其工作過程一般分為3個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新3個階段。完成上述3個階段稱作一個掃描周期。

4）水池系統(tǒng)主要部件為排污泵、過濾網(wǎng)。排污泵的作用是實時清理水池，過濾網(wǎng)的作用是過濾水中含有的雜質(zhì)。

5）龍門架模塊主要起支撐的作用，雨霧管道沿著龍門架布置在其上方。

3 設(shè)備選型

3.1 變頻器

設(shè)備主要規(guī)格參數(shù)如下：正泰NVF2G-22/TS4，長300mm，高527mm，側(cè)高230mm，26.5kg，功率：3.7kW，額定輸入：3P AC 380V 50Hz/60Hz，額定輸出：3P（0-380）V 9A（0-400）Hz。

正泰NVF2G-22/TS4變頻器內(nèi)含F(xiàn)A組-多段速控制組。在FA組內(nèi)我們可以設(shè)定降雨模式來實現(xiàn)不同雨量對應(yīng)的頻率，進行小雨、中雨、大雨的設(shè)定。

3.2 臥式離心泵

設(shè)備主要規(guī)格參數(shù)：寧速KSW系列，臥式離心泵額定功率22kW，揚程50m，流量100T。

臥式離心泵的運作能給水、霧帶來極大的壓力，將水、霧快速地“輸送”到測試路段的兩端，給模擬雨霧天氣帶來一定的保障。

3.3 柱塞泵

設(shè)備主要規(guī)格參數(shù)：博拓里尼CM19-C28.BOTUO，柱塞泵的額定功率為3kW。

柱塞泵是液壓系統(tǒng)的一個重要裝置，它依靠柱塞在缸體中往復(fù)運動，使密封工作容腔的容積發(fā)生變化來實現(xiàn)吸油、壓油。柱塞泵具有額定壓力高、結(jié)構(gòu)緊湊、效率高和流量調(diào)節(jié)方便等優(yōu)點。我們選用的柱塞泵主要是起造霧的作用。

3.4 排污泵

設(shè)備主要規(guī)格參數(shù)：凱仕QW系列，污水泵額定功率11kW，揚程40m，流量50T。

污水泵特點：①采用先進技術(shù)，排污能力強，無堵塞，能有效地通過直徑φ30～φ80mm的固體顆粒；②設(shè)計合理，配套電機功率小，節(jié)能效果顯著；③能夠在全揚程范圍內(nèi)使用一段時間，而保證電機不會過載；④設(shè)備對漏電、漏水以及過載等進行了有效保護，提高了產(chǎn)品的安全性與可靠性。

3.5 PLC

設(shè)備主要規(guī)格參數(shù)：三菱FX5U-32MR-001；額定電壓：AC電源類型：AC100-240V 50/60Hz，DC電源類型：DC24V；沖擊電流：AC電源類型：32M，最大25A 5ms以下/AC100V，最大50A 5ms以下/AC200V，DC電源類型：最大50A 0.5ms以下/DC24V；輸入規(guī)格：5.3mA/DC24 （X020以后：4.0mA/DC24V）；輸出規(guī)格：繼電器輸出類型：2A/1點、8A/4點共極、8A以下/8點共極；輸入輸出擴展：可連接FX5用的擴展設(shè)備。

FX5U內(nèi)置了模擬量、通信、高速輸入輸出，通過擴展板和擴展適配器可輕松擴展系統(tǒng)。另外通過采用高速系統(tǒng)總線，在使用智能功能模塊時也可最大限度發(fā)揮擴展設(shè)備的能力。

MELSEC-IQ-F系列搭載了指令運算速度 （LD指令）高達34ns的高速處理CPU。此外，還可支持結(jié)構(gòu)化程度及多程序的執(zhí)行、ST語言、FB等。

CPU模塊中標準搭載了Ethernet端口、RS-485端口、SD存儲卡槽。Ethernet端口可支持CCLink E現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)Basic，因此能連接多種多樣的設(shè)備。

FX5U中內(nèi)置了12BIT的2CH的模擬量輸入和1CH的模擬量輸出。遠程通信協(xié)議將采用MODBUS。

3.6 觸摸屏

威綸通mt8071ie的特點：①具有3組獨立串口，支持與3種不同協(xié)議的控制器同時通信，一屏多機；②搭載Cortex A8 600MHz CPU和128MB內(nèi)存，運行快速；③內(nèi)置電源隔離，有效抑制電源浪涌和異常搭鐵電流，增強HMI現(xiàn)場運行穩(wěn)定性；④工程文件、安裝開孔、通信連接可完好兼容舊有機型，升級無憂；⑤適用EasyBuilder Pro組態(tài)軟件，擁有流動塊、分期付款、操作記錄、配方數(shù)據(jù)庫等新功能，簡單易用等特點。

4 結(jié)語

智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展完善離不開各種道路場景的測試，其中雨霧天氣是交通模擬場景中的一項重要環(huán)境場景，雨霧天氣能大大降低道路的能見度，每年都存在因大霧、團霧等天氣而發(fā)生的交通事故，給汽車、行人的出行帶來較大的安全隱患。本雨霧模擬系統(tǒng)由高壓管道、高壓噴頭、高壓泵和電源開關(guān)組成，通過高壓噴頭進行噴水或噴霧，以實現(xiàn)模擬雨霧環(huán)境的目的。通過在南北兩端分別設(shè)置小雨、中雨、大雨、大霧等不同工況，可以實現(xiàn)16種雨霧場景的模擬，從而充分測試智能網(wǎng)聯(lián)汽車的智能性、穩(wěn)定性和安全性，為智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展保駕護航。