豐田卡羅拉空調泵故障檢修報告目錄TOC\o"1-3"\h\u20024引言 引言豐田卡羅拉空調泵結構簡單，輸送壓力大，且價格便宜，檢修簡便，大量用于國內室內或中央空調的應用。隨著技術的進步，豐田卡羅拉空調泵送機械系統向高精、高效，多功能的方向發展，電控系統變得越來越復雜，各種定制化和附加功能增多。豐田卡羅拉空調泵送機械控制技術更新換代快，多年來，市場上累積了各個時期的不同配置和不同控制系統，給故障檢修和設備維修帶來了越來越多的困難。同時，豐田卡羅拉空調泵送機械長期因為排水、振動大，連續工作時間長，環境潮濕，因此泵送機械系統故障頻次較高。故障造成的空調停止工作或者其他事故。圖1豐田卡羅拉空調泵故障排查示意圖目前國內豐田卡羅拉空調泵故障排除和維護維修都是生產廠商的當地售后服務人員操作，圖1所示為豐田卡羅拉空調泵送機械目前常用的故障排查方式，主要存在以下幾點不足：售后人員需要攜帶專用工具測量各個故障可能發生點；當故障點不能確定時，則需要致電技術人員或者是自己慢慢摸索查詢，耽誤了檢修時間和浪費大量人力資源；且對售后人員要求越來越高，而服務維修經驗需要長時間積累，因此會出部分服務人員技能不足的情況。1故障檢修系統的方案設計1.1總體框架豐田卡羅拉空調抽油機電控系統的硬件連接如圖2所示。系統以豐田卡羅拉公司的控制器為主處理器，連接控制器的傳感器、開關和輸入端口。控制器讀取并轉換輸入信號后，通過內部軟件邏輯運算處理輸出控制結果。輸出端口的電磁閥和繼電器由電壓或電流模式驅動，以控制設備的運行。傳感器、底盤ECU、遙控器等CAN外圍設備擴展為信號采集和其他功能控制的控制器。顯示屏和控制器之間的雙向數據通信是通過CAN總線進行的，用于發送命令、控制和設置參數。同時，控制器中的輸入/輸出信號、控制參數、邏輯操作結果和報警信息也可以通過顯示屏顯示。控制器還將一些重要的參數和數據傳送到外部存儲器進行數據存儲。PDA連接到控制器和內存。它不僅可以通過控制器獲取設備的實時數據，還可以通過存儲器獲取歷史數據。它為故障排除提供了一個全面的數據庫。它還可以通過互聯網與遠程服務器連接，更新客戶端數據、故障案例、圖紙等。圖2豐田卡羅拉空調泵系統硬件連接本文介紹的故障維修系統是在硬件平臺功能開發的基礎上開發的。控制器是維護程序的載體，PDA和顯示屏是維護結果的啟動輸入和輸出的人機界面。維護手段主要有靜態維護、動態維護、實時維護和歷史數據維護。其中，發動機熄火時，電源保持時，進行靜態維護。它包括輸入線維護、輸出線維護、CAN端口維護和電源維護。動態維護是利用故障樹來判斷發動機在起動狀態下的故障。為了保證檢修過程的正確性和系統運行的絕對安全性，靜態和動態檢修都需要通過PDA啟動檢修動作。進入檢修模式后，系統自動停止設備的其他動作。實時維護是在系統正常運行過程中，對系統異常運行狀態進行判斷和干預的一種安全保護方法。歷史數據的維護是利用內存中的歷史數據，在故障發生時提取關鍵信息、繪制曲線，為維護人員檢測事故故障提供強大的信息平臺。圖3故障檢修系統構架1.2上電初始化檢修具有故障判斷的過程。控制器輸出線路的自動故障檢修；控制器在上電時供電電源故障檢修；上電時即有輸入信號的輸入型線路故障檢修（機械開關除外）。實現方案如下：（1）上電初始化狀態檢修。豐田卡羅拉空調泵機械開關的位置狀態檢測由控制器自動讀取該端口的信號，將信號的狀態發送給顯示屏，顯示屏依據具體開關的類型進行提示。輸入型報警信息與機械開關的檢修相同。（2）上電初始化故障檢修。豐田卡羅拉空調泵控制器輸出線路由控制器在上電時強制給出檢修信號，通過讀取反饋信號進行故障檢修。上電時即有輸入信號的輸入型線路由控制器讀取該端口的信號，與正常狀態下的參數進行比較，完成故障檢修。如各類傳感器等。總體程序框圖，分為兩個子模塊進行設計，見圖3所示。圖32靜態檢修2.1輸入口檢修1、開關輸入類型：如機械操作開關、接近開關等。2、模擬輸入類型：電位器、電壓/電流輸入傳感器等。在輸入端口維護設計之前，通過大量的實驗測試了各種電氣元件的特性，并提取和總結了各種元件的關鍵參數，作為維護判斷的依據。開關類型：進入維護模式后，系統提示維護人員通過PDA或顯示屏多次手動觸發和復位輸入信號。控制器維護程序通過讀取連接到開關輸入端口的上升和下降沿信號并累積上升沿信號以接觸輸入線一段時間來確定輸入線是否打開。環境不好。實際上，正向開關的輸入和維護是作為模擬輸入的正向開關的輸入。控制器根據輸入值的變化判斷其工作狀態，無論是開路、短路還是正常運行。步驟如下：（1）正向開關輸入增加檢修功能，則外部電路需改變為：圖4檢修輸入接口的電路（2）I/O程序配置：I0xMODE，正向開關輸入配置為：INDIGITALH加INDIAGNOSTIC形式，示例如下：圖5檢修輸入接口的配置（3）正向開關檢修輸入標記為：輸入短路檢修：ERRORSHORTIO（WORD，1-16位順序對應IN0-15輸入點）輸入斷路檢修：ERRORBREAKIO（WORD，1-16位順序對應IN0-15輸入點）圖6檢修輸入系統變量同時采用INPUTANALOG模塊輸入時，同樣可以實現短路、斷路檢測。首先把輸入電路按步驟1改變，接著按下圖配置。檢測標記ERROR狀態為：0—正常，2—短路，3—斷路。同時ERROR可以自動復位（不需要斷電再重新上電來進行復位）。圖7采用INPUTANALOG模塊的正向開關量檢修輸入示例對線路通/斷路的判斷：如果控制器輸入口可讀取到上升沿及下降沿信號，說明該輸入線路通路。對線路正/異常的判斷：如果控制器輸入口在500ms內反復讀取到6次以上的上升沿信號，說明該輸入線路異常。模擬量類：進入檢修模式后，控制器檢修程序通過將讀取的傳感器輸入信號與該傳感器的正常參數進行比較，判斷該輸入線路是否中斷或異常。模擬量輸入檢修步驟如下：（1）模擬量輸入不需要改變外部電路就在程序內可以針對模擬量值檢修。（2）I/O程序配置：檢修不需要通過系統變量IOxMODE來激活。（3）如果配置為電流輸入，高于極限值（21.7mA）會導致輸入自動切換到安全的電壓輸入（0-30V），降低到極限值之下后又自動切換到電流輸入模式），同時相應的錯誤標志位ERRORCURRENTIO和被置位（WORD，1-16位順序對應IN0-15輸入點），只有解除故障并重新上點后，故障位才復位。同時INPUTANALOG模塊的標志位ERROR置為:圖8采用INPUTANALOG模塊的模擬量檢修輸入示例開/關電路判斷：如果控制器讀取的電壓/電流值在設備最大值和最小值之間，則顯示輸入電路路徑。正/異常線路判斷：在電路路徑的前提下，手動改變傳感器的輸出值，在控制器程序中設置三個間隔檢測點。當電壓/電流值能達到三個檢測點時，表示輸入線連接正常。2.2輸出口檢修與控制器相連的輸出信號類型主要有：開關量輸出類型：如開關電磁閥、繼電器、燈具等；PWM輸出類型：如比例電磁閥等。但要求可實現輸出口檢修的控制器帶電流反饋功能。（1）開關類：進入檢修模式后，控制器輸出口輸出一個短時間的高電平，同時讀取該端口的反饋電流，結合控制器的系統電壓可以計算出外部線路的電阻值，將此計算值與預設的電磁閥/繼電器的正常電阻值進行比較就可以判斷其輸出線路是否存在故障。正向開關量輸出檢修步驟如下：①正向開關輸出不需要改變外部電路來進行檢修。Ovo程序配置：正向開關輸出配置為：OUT-DIGITAL_H加OUT_DIAGNOSTIC_形式（OUT_OVERLOAD_PROTECTION_為默認設置），示例如下：（為了保護內部的測量電阻，OUT_OVERLOAD_PROTECTION必須一直處于工作狀態（最大檢測電流4.1A）。但在純PWM模式下不支持OUT_OVERLOAD_PROTECT工ON功能）圖9檢修輸出接口的配置③檢修標記輸出短路檢修標記：ERROR_SHORT_QO（WORD，1-16位順序對應輸出斷路檢修標記：ERRORBREAKQO（WORD，1-16位順序對應IN0-15IN0-15輸入點）。圖10檢修輸出系統變量④開路和短路的檢修是在輸出為真時（TRUE）起作用的。（2）PWM類：進入檢修模式后，控制器輸出口輸出一個短時間的PWM電流信號，同時讀取該信號的反饋電流，如果讀取到的反饋電流約等于輸出電流就可以判斷其PWM輸出線路正常。帶電流反饋的PWM輸出可以通過電流反饋值進行故障檢修。此時PWM輸出需要采用OUTPUTCURRENTCONTROL模塊，同時通過OUTPUTCURRENT讀取電流反饋值：如果設定輸出電流大于一定值（例如10mA，而反饋電流為0，則可以判斷輸出斷路。圖11電流反饋的PWM檢修輸出示例2.3CAN口檢修（1）背景介紹CAN是一種先進的通訊方式，最早用于汽車行業，后來被工控行業認可和推廣，廣泛地使用在工業自動化、等方面，可以減少大量線束和接線、并且通過總線通信模式可以進行大量數據的傳輸。（2）CAN總線檢修方案CAN端口通信故障的原因包括終端電阻連接異常、通信線路短路、通信端口阻塞、CAN端口損壞等，當CAN外圍設備工作正常、總線連接正常時，外圍設備通過公共汽車。這些定時數據可以稱為心跳數據。每個CAN外圍設備對應一個特征ID地址。當發生故障時，直接表示控制器不接收任何總線心跳信號。因此，該方法是設計一個邏輯程序來檢測控制器中總線的心跳。通過接收和判斷這些ID地址的數據，控制器可以識別通過CAN端口連接的外部CAN設備及其通信狀態。圖11CAN口通訊狀態檢修流程另外，再通過IFM控制器系統變量進行檢測電阻異常（斷開，阻值異常），線路異常（斷開以及接反）等。圖12控制器CAN總線系統變量CAN口的檢修可以首先通過檢修軟件判斷出是哪個CAN通訊出現故障；然后通過變量CAN1_ERRORCOUNTER_RX（%MB7971）和CAN1_LASTERROR（%MB7973）來區別是主控制器和電阻那頭還是從控制器那頭出現線路斷開；如果CAN1_ERRORCOUNTER_RX（%MB7971）和CAN1_LASTERROR（%MB7973）這2個變量沒有變化，就判斷是從控制器那頭出現線路斷開；如果CAN1ERRORCOUNTERRX（%MB797）和CAN1_LASTERROR（%MB7973）這2個變量有變化，再通過斷電上電來判斷是電阻斷開還是主控制器的CAN線路那頭斷開。當出現CAN_BUSOFF及CAN_LASTERROR=5時，該線路存在嚴重故障，如短路等。2.4工作電源檢修為保證控制系統的正常運行，必須保證電源的正常穩定。通常，電源故障主要是由電路故障和蓄電池電壓不足引起的。控制器的電源連接可以通過控制器本身的系統變量來判斷，以IFM的CR0032控制器為例：（1）通過系統變量VBBR電壓（%IW37）vbbrrelais-oltage（IW39）和vbbrrelais-oltage（IW39）的變化可以確定01號電源點的故障；可以通過系統變量vbbo-oltage（IW36）和vbbesrelais電壓（IW38）的變化來確定19號電源點的故障；系統變量CLAMP-15-OLTAGE（%IW35）可用于確定電源點32的故障。圖13工作電源檢修界面圖3動態檢修3.1I/O動態檢修由于輸入信號在靜態時通過強制輸出信號進行檢修的方式實現，在針對某些輸入變量需要進行動態檢修，在設備執行與該線路相關的動作時，實時的讀取輸入通道的數據，進行合理化的分析，從而讀出故障檢修結果3.2控制功能檢修控制功能檢修有“啟動檢修”和“重新檢修”兩中開啟模式，在顯示屏中實現，檢測出的故障用代碼來表示，由于功能性的檢修和實際工況中的輸入輸出相關聯的事件是管理的，因此可以分為輸入類型和輸出類型兩種。輸入類型主要有兩個方面，一個是啟動該功能的必要條件，只需判斷是否有信號即可，如果沒有，顯示提示信息；另外一個是動態變化的輸入信號，需要判斷變量的變化規則是否正常，如果不是，提示相關信息。輸出類型只需判斷端口有信號輸出后，讀取的反饋信號或者與之相關的系統變量進行檢修即可，如果沒有，提示相關信息。3.3故障樹分析方法檢修一些相對繁雜的故障，因為存在系統多變，現場環境復雜，檢測工具醫乏，技能不足等諸多原因在相對較短的時間內很難很快發現問題所在。因此故障樹的建立就顯得很重要，在控制器中將泵送機械可能發生的故障現象和故障征兆以代碼形式存在故障事件庫中，并將這些故障進行自上而下的分析，逐級分解，直至羅列所有可能導致這些故障的最基本原因，將這些基本原因以代碼形式建立代碼庫，簡要提示信息在顯示屏上存儲。要運行故障樹檢修時，程序會依照故障樹邏輯自動建立分析圖，控制器系統會通過程序自上而下地進行逐層細化分解并進行驗證，自動篩選尋基本原因，這種檢修方式對泵送機械現場故障分析有很強的實用價值。根據故障樹分析本身獨有的優勢，再結合工業控制器強大的分析能力，故障樹分析法在泵送機械得到有效運行，成為檢修過程和檢修應用中非常適用和受歡迎的分析方法。本節運用故障樹法對泵“泵送無法啟動”的故障進行分析。在故障樹的構造時，將這個故障列為頂部事件，系統中能夠導致事件發生的所有原因都構成次級事件，由演繹分析法找出引起次級事件的各種可能，逐層分析，直到建立完故障樹的最底層事件為止。以“泵送無法啟動”為頂節點事件，根據故障庫信息和相關知識庫設定五個分系統節點，即系統有停機信號、泵送開關無信號、排量開關無信號、轉速達不到規定值，電磁閥不動作。五者只要只要出現其中一個，泵送動作將無法實現，所以用“或”門將它們與頂事件去相關聯，構建故障樹的二級節點，接著將二級節點的可能故障又羅列構建為故障樹三級節點，個別三級節點還需再往下再建節點，最終建立的故障樹如圖14所示。圖14“泵送無法啟動”故障樹4故障檢修設計的實現故障檢修系統顯示屏頁面嵌套在現有顯示屏界面中，也可PDA讀取。共分三個部分：W開機檢修的顯示界面（2）實時報警界面（3）主動檢修界面4.1具體設計思路開機檢修顯示界面的設計：系統開機時，控制器將完成系統的初始狀態的檢測，利用顯示屏啟動需要一定的時間，在這段時間內控制器己可以完成初始化檢修。控制器在進行外部器件的檢修時完成與其相連接的線路的通斷檢修，但顯示屏需分為兩個顯示部分：①常規的通斷檢修，顯示需要且可以檢修通斷的線路狀態，稱為初始化故障檢修；②顯示未處于復位狀態的外部操作性線路的通斷（如開關類等），稱為初始化狀態檢修，（添加控制器本身狀態的檢測，需測試）。界面內容基本與單純的輸入輸出類監控相似，考慮程序的通用性，頁面的設計中將包含最全的檢修信息量。初始化故障檢修頁面標題初步擬為“初始化故障檢修”，顯示的初始狀態最多包括幾種狀態：斷路/未檢（線路通斷路）、通路（線路通斷路）、正常（線路在通路狀態下檢測是否正常）、異常（線路在通路狀態下檢測是否存在異常，如短路、接觸不良等），適用于所有to點的狀態顯示。采用三種狀態，紅色一斷開/未檢；橙色一異常，藍色一正常；觸發方式為：控制器對每一個to的檢修分配兩個檢修標志：通/斷標志，用1代表，正/異常標志，用2代表。如果1為false觸發斷開/未檢；如果1為true2為false觸發異常；如果1為true2為true觸發正常，只有當1為true時，才檢修。初始化狀態檢修頁面標題初步擬為“初始化狀態檢修，顯示的內容將以開關為單位，顯示可能出現的所有狀態，如：泵送開關，將顯示其處于正泵或反泵，還是復位狀態。顯示屏進入顯示頁面時，控制器己完成上電檢修工程，將直接進入“初始化狀態檢修”。頁面的停留采取：一段時間自動跳轉，可強制跳出。可在主監控頁面中查看“初始化故障檢修”及“初始化狀態檢修，頁面。（2）實時報警通過控制軟件實時觸發報警信息提示。（3）主動檢修頁面主動檢修菜單頁包括三個菜單選項：“靜態檢修”，“動態檢修”，"CAN通訊檢修”。具體的頁面設計將按以上三個菜單選項展開設計。靜態檢修：進入此類檢修頁面之前要求熄火，會有相應的提示信息顯示。進入頁面后，屏蔽控制器工作狀態下輸入輸出。靜態檢修分三個部分：輸入點檢修；輸出點的檢修；按功能相關的檢修。動態檢修：此檢修模式處于控制器普通工作狀態下。動態檢修分為兩個部分：需要在工作狀態下，或者需要設備進行某些動作時才可檢修的輸入輸出點；功能邏輯的檢修。說明：靜態下的功能相關檢修，不牽系邏輯關系，僅檢測與某項功能相關的所有輸入輸出點狀態。動態下的功能檢修，在運行該項功能時，根據邏輯進行一些故障判斷，或提示信息。4.2檢修頁面的分配檢修頁面的分配見圖15所示。圖15檢修頁面設計結構圖4.3故障信息顯示關于故障提示信息的顯示方式：協議定義方式，各種可能出現的故障以編碼的方式建立結構體。考慮到發送的實時性，及通訊的設計，為每一個故障代碼分配一個bool型地址。按三個大功能塊設計三個菜單。在主控制器的程序設計中，盡量以較小的子功能為模塊進行設計，顯示屏中根據實際情況（該功能的復雜程序，故障的多少，或者兩個子功能具有很強的聯系）安排頁面的設計。每個功能檢修頁面中，均分配“啟動檢修”及“重新檢修”兩個按鈕。二者均可以觸發檢修程序。在按下這兩個按鈕時，顯示屏將首先判斷是否滿足啟動檢修的條件，如果不滿足，將觸發相應的提示信息。檢修過程結束時，將顯示檢