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基于PLC的汽车暖风机系统控制设计

摘要：随着制冷技术和控制技术的飞速发展，以及它在汽车工业中的广泛应用，汽车的整体性能有了很大的提高，汽车空调采暖系统已成为提高汽车档次和舒适度的

重要方向。汽车空调机系统运用电机控制技术、微机控制技术和传感器技术的高技术产品，随着人们对汽车乘坐舒适性日益要求，汽车空调暖风机系统将广泛的使用各种汽车产品上。

本文使用PLC作为控制器设计了空调暖风机的控制系统。该系统通过温度传感器获得车辆的温度信号，依照设定的程序逻辑和PID控制，保持车内温度的恒定，从而获得舒适性体验。

关键词：PLC；暖风机系统；PID控制；

 

目 录

摘  要 3

Abstract 4

第一章 绪论 5

1.1汽车空调暖风系统的发展概况 5

1.2汽车暖风系统的分类 6

1.3水暖式暖风系统的原理 6

1.4本文研究的主要内容 7

第二章 暖风控制系统的硬件设计 8

2.1设计思路 8

2.2硬件系统设计 9

2.3 关键硬件选型 10

2.3.1.温度传感器 10

2.3.2.鼓风机 11

2.3.3.风门步进电机 13

2.4输入信号的采集 15

2.4.1.模拟信号的采集 15

2.4.2.开关信号的采集 17

2.5控制单元PLC选型及设计 17

2.5.1输入输出引脚 19

2.5.2P LC系统设定 19

第三章 PLC软件系统设计 22

3.1输入输出分配 22

3.2程序流程 23

3.2.1初始化 23

3.2.2硬件初始化 23

3.2.3主程序流程 26

3.2.4鼓风机控制流程 27

3.2.6 恒温PID控制 28

第四章 总结与展望 31

参考文献 32

附录一： 暖风机系统控制原理图 32

附录二： 程序 32

 

第一章 绪论

暖风机系统是汽车空调系统的一部分。曾经是被认为是一种奢侈品的汽车空调日前已成为车辆的基本装置。汽车空调体系的功能是调节汽车内部的空气的气温和潮湿度，此外，还可能防止或着清除汽车前挡风板玻璃上面的雾气、冰霜和雪，从而来确保乘客身体的健康度和司机的行车当中的安全。

如今，汽车暖风机作为汽车不可缺少的一项功能，人们在增加他的实用性的同时，也在强调他的安全性以及提高他的舒适性，吧他成为一个移动的舒适保暖的小房间，随着时代的发展，他的存在成为不可或缺的一部分。

而汽车暖风系统作为汽车空调的一部分，较冷的空气被鼓风机抽至暖风机热交换器处，与发动机冷却液进行热交换，冷却液释放掉热量，冷空气吸收热量，然后加热后的空气经暖风机吹风口进入汽车内部，汽车内温度得以升高。本论文重点介绍暖风系统的控制原理及实现。

1.1汽车空调暖风系统的发展概况

世界上第一台汽车的空调器是在1927年诞生的，当时“汽车空调”只是由加热器、通风装置和空气过滤器等部件组成。等到1940年汽车空调器才正式安装在小型汽车车上，此后各种样式的加热器和车窗玻璃除霜器作为标准附件安装在汽车上，在轿车上空气制冷采用了制冷机，制冷机用带轮驱动，适合于汽车使用[2]。

汽车空调系统是伴随着汽车的不断发展而进步的，其发展过程可以分为五个阶段。

第一阶段:单一暖风系统。在早期，单一暖风系统早期是利用汽车冷却液流过加热器的方法来加热空气从而达到取暖的目的，只有到1927年，诸如加热器、鼓风机和空气滤清器等关键加热部件才较完整地装配到汽车上。由于地域的原因，单一暖风系统依然在北欧、亚洲北部等长期寒冷的地区使用。

第二阶段:单一制冷系统。该系统是由美国通用汽车公司1940年首次安装在轿车上使用，它本能满足车内降温的功能。这种空调系统是使用空压机来制冷降温的，由于这一原理，它成为汽车空调系统的先驱。由于它只有制冷功能，所以他依然在在热带、亚热带地区使用。

第三阶段:冷暖一体化空调系统。该系统是美国通用公司1954年首次在纳什(Nash)牌轿车上使用，它基本上可以调节和控制车内温度、湿度。跟随着汽车的空调当中的技术的不断进步，如今的空调的冷与暖一体化的空调系统大多数都具备了透风、降低温度、除去湿度、过滤杂质、除去冰与霜等这些作用。这种空调系统也是当前前使用最多的一种空调架构。

第四阶段:自动控制的汽车空调系统。冷暖一体化空调系统早期相当于手动空调，需要人工操纵，这无疑加大了驾驶员的工作量，同时车内的温度调节也不太满意。1964年真正意义上的自动控制的汽车空调系统被美国通用公司装配在了凯迪拉克轿车上。这种自动空调系统只需设定车内的温度，空调系统自己就按照设定的温度范围工作，无需人为干预，就能保证车内温度在设定的范围。

第五阶段:微机控制的汽车空调系统。1973年美国通用公司和日本五十铃汽车公司一起合作开发使用微型控制器控制的汽车空调系统，1977年开发成功，他们各自装配在自己生产的汽车上。由于微机控制的汽车空调系统功能多，数字化显示，界面友好，所以得到广泛应用。此外微机可根据车内外的环境因素，不仅考虑了空调系统本身的状况，还考虑汽车的工况，这种控制架构可以极大地优化控制效果，一方面节省了燃料，另一方面也提升了汽车的整体性能和舒适性。

1.2汽车暖风系统的分类

汽车的空凋暖风体系现在有特别多的种类，按照其热度的来源及其来源的不一样可以分类成为以下的几种汽车的暖风体系。

1.采用发动机冷却液作为热源的暖风系统称为水暖式暖风系统。这种暖风系统大部分用在小型轿车上。

2.采用发动机排气系统作为热源的暖风系统称为气暖式暖风系统。这种暖风系统大部分用在大型客货车上。

3.采用独立的加热装置作为热源的暖风系统称为独立燃烧式暖风系统，这种形式多用于大客车上。

4.一方面采用发动机冷却液作为热源，另一方面又装有燃烧室作为热源的暖风系统称为综合预热式暖风系统，这种形式的暖风系统多用大客车。

本文重点介绍普遍使用的水暖式暖风系统

1.3水暖式暖风系统的原理

水冷式的发动机中的冷却液是用来给汽车的发动机降温的，为了利用好这种热量的来源，水暖式暖风系统自然而然地产生，当汽车的发动机启动后，等待汽车的冷却液的温度上来后，冷却液的阀门将会打开，循环泵将冷却液引人车室内的热交换器中，同时，鼓风机工作，如果设置的内循环模式，则要将汽车内的空气和热交换器当中的冷却液来进行热的交换，如果设置的外循环模式，则将车外的新鲜空气与热交换器中的冷却液进行热交换，被它加热过后的空气将由鼓风机来通过出风口的通道来送进汽车的车厢当中。

水暖式暖风系统的空气流通管路如图1一l所示。发动机冷却液出水口装有冷却液阀，及水泵，在温度达到设定值时，阀门和水泵才开启。当暖风机没有开时，冷却液阀不开，被发动机加热后的冷却液则流向散热器中直接释放到外部空气当中，充分散热后的冷却液经过散热器出水管回到发动机处重新吸收发动机的热量。当暖风开时，如果冷却液温度达到设定值，则冷却液阀门和水泵均开启，水泵带动冷却液经阀门流至加热器芯处与冷空气进行热交换，热交换后的冷却液回到发动机，被加热后的空气由鼓风机送入车室内。

在控制台的各个部分均装有出风口，这样更利于暖风快速的抵达汽车内部的各个角落，另外在挡风玻璃处也设置出风口，暖风经出风口不断地吹向挡风玻璃，这样除掉玻璃上的水雾，防止玻璃上结霜。

 

总结与展望

汽车暖风机系统主要是由机械以及电子来控制的单元的组成，近年来自动化的汽车暖风系统得到广泛的应用并被广大的用户所能够接受，其主要的原因就是因为电子技术和自动化技术的发展及在控制领域当中的进行的广泛应用，使得自动的暖风系统无论在控制精度、控制成本还是最中的舒适性能等方面都有了突飞猛进的进步，所以对自动控制系统进行研究是研究自动暖风机这个的核心问题，当然研究这个核心问题有着巨大的挑战和机遇，由于国内车辆普遍还是装备手动暖风的系统，故在国内开展电子控制暖风系统技术研究就变的大有前途。本文在下面的几个方面做了比较深入的研究，当然还有很多没有完善的地方值得我们去思考，值得去完善。

1.对于暖风控制系统的结构、工作原理和关键的控制量进行了合理的分析与研究。并根据其的控制要求，确定了暖风控制系统的硬件和软件方案的研究。

2.完成了暖风机的硬件设计，包括硬件输入输出的选型及设计、PLC的选型、温度传感器这方面的选型。基于OMRON公司CP1H PLC，完成了输入以及输出的接口设计及相应外围。

3. 完成了暖风控制系统软件的设计，主要编写了温度数据采集与处理程序，车内恒温PID控制程序，步进电机的控制程序等等方面。

4、该系统是基于CP1H PLC而设计开发的，系统软件程序采用梯形图语言编写，这样增强了软件的运行效率以及它的可靠性。

5.在研究期间，我也发现了几个暖风机可能会导致汽车不暖的情况。因为汽车的暖风机是通过把汽车的暖风小水箱的温度通过鼓风机来吹入汽车当中的，所以如果风量不稳定的话，这样暖风水箱的温度不能很好的出来可能会导致暖风机的不暖。所以要检查滤清器以确保它的干净。或者是发动机被气体阻断了，从而使整个循环系统不能很好的进行。这样就成了水温高，而汽车内部不热。总的来说，汽车的暖风机是受汽车的空调开关来决定的。

本文只是对暖风控制系统的基本内容做了基本研究，能实现其基本的功能。但与实际汽车暖风控制系统还有很大的差距。对各各种环境下温度控制的研究还不能够深入，另外，还应该采用硬件在环实验技术对暖风控制系统的合理性进行深入的实验验证，使整个系统的功能变得更加的完善。这样才能使得这个论证得到更加的充分的认证。

 

参考文献

[1] 1995 AIR CONDITIONING & HEAT General Motors Corp. A/C-Heater System - Manual.

[2] 北汽福田汽车股份有限公司，汽车空调用鼓风机技术条件，2011，9.

[3] 齐志鹏，汽车空调系统的结构原理与检修，人民邮电出版社，2002.01.01.

[4] 徐淼 汪立亮 周玉茹 ，现代汽车自动空调系统原理与检修，电子工业出版社2001,1.

[5] OMRON公司，CP系列CP1H CPU单元用户手册，2003

[6] 冯崇毅, 鲁植雄, 何丹亚. 汽车电子控制技术[M]. 北京: 人民交通出版社. 2005.10

[7] OMRON公司，CP系列CP1H CPU单元程序设计手册，2003

[8] 赵超越，汽车自动空调控制器的研究，哈尔滨工业大学硕士学位论文，2004