一種基于PLC的車用燈具耐久測試系統設計

劉琳霞 沈炯 徐俊 龐鵬飛

摘 要：車用燈具作為汽車的重要組成部件，在提升汽車的安全性與舒適度等方面起著重要的作用。由于車用燈具在不同環境條件下長時間使用，有可能會造成燈具的損壞，影響汽車在行駛中的安全性。為了在實驗室條件下，模擬車用燈具的工作環境，在不同環境下（溫濕度不同）待檢測的車用燈具經過長時間運行，來檢測其耐久性。本文正是基于上述需求，介紹了一種基于PLC和MCGS觸摸屏技術的車用燈具耐久測試系統的開發設計。具體闡述了系統的功能設計、硬件構成及選用、人機界面的組態以及PLC的程序流程。內容涉及PLC及擴展、HMI、模擬量、傳感器等技術。重點體現設計思路，可為類似的系統應用設計提供借鑒。

關鍵詞：耐久測試;PLC;人機界面;溫度檢測

1 系統設計

車用燈具的耐久性與其工作環境和工作模式，工作環境因素影響主要涉及溫度、濕度等;工作模式方面的影響是指車燈處于接通、斷開或者閃爍工作狀態。在實驗室環境下，采用環境試驗箱來模擬車燈的真實工作環境，根據實際試驗結果來檢驗車用燈具的耐久性。

1.1 設計需求

要求能夠對多個通道的燈具進行測試。燈的工作方式可以設置為閃爍或常亮;通道的數量要求8個，并提供一定的后續擴展能力。測試的時間由用戶設置;測試完成后，應進行提示。燈具放置在指定的測試箱中，箱內溫度可控（-20℃～80℃），要求測試系統能夠在溫度符合測試要求時，自動開始進行測試。另提供一種常規控制方式，不依賴溫度，通過設置，自動在指定測試時間內運行。

1.2 系統功能設計

依據設計要求，將系統功能設計如下：

（1）使用PLC作為主控器件，使系統具有較好的抗干擾性能、便于維護，PLC提供的數字量和模擬量擴展模塊可為通道拓展提供可能性;（2）使用MCGS作為人機界面，便于用戶設置不同的工作方式及監控和查看數據;（3）設置8路通道，采用插拔式結構，便于外接測試燈具;（4）燈的測試時長通過觸摸屏設置，上限為1000小時，精度為1分鐘;（5）在一次測試中，各通道的燈具的工作方式可以分時段的進行設置，燈具可在不同時段內采用關閉、常亮和閃爍工作狀態，時間段的精度為1分鐘。閃爍的精度為100ms，周期最長為1分鐘;并可設置循環次數，最多三種方式為一周期，循環運行;（6）由于原測試箱沒有留接口，需添加新的溫度傳感器，反饋測試箱溫度。溫度傳送給PLC后，經觸摸屏顯示。在溫度控制模式下，按下啟動按鈕后，系統將在指定溫度自動起動，例如當測試箱內滿足40度時開始測試30小時。

2 系統主要結構

系統的整體結構如圖1所示。

系統采用PLC作為核心部件，可編程控制器具有可靠性高、通用性強、方便拓展、操作方便等特點。使用S7-1200系列PLC，自帶少量模擬量輸入;數字量輸出口按照120%預留接口，如需進一步拓展，可以使用數字量拓展模塊。使用MCGS觸摸屏作為人機界面，完成操作、設置、數據顯示等功能。觸摸屏與PLC之間可采用以太網通信。

燈具的電源采用可調電源（DC0～30V），并獨立設置，便于更換不同額定電壓的產品測試，也可測試燈具在非正常電壓下工作的性能和耐久;使用溫度傳感器對測試燈具的環境工作溫度進行反饋，通過模擬量擴展模塊或PLC自帶的模擬量輸入通道，進行模數轉換，PLC進行記錄和處理。

3 觸摸屏組態

通過對觸摸屏的組態，用來進行設置參數、操作運行，以及監控數據。MCGS觸摸屏組態的結構如圖2所示：

（1）啟動界面：觸摸屏上電后顯示該界面，用以顯示企業信息、用戶程序版本等信息。（2）操作顯示界面：顯示目前的測試的時間、溫度信息及各通道狀態;通過界面操作，選擇進入“常規測試模式”或“溫度測試模式”設置界面。也可以操作進入瀏覽“數據曲線”、“報警界面”。在進入設置界面時，需輸入用戶名和密碼，系統設置不同的管理群組，以區分多個級別的操作權限。（3）常規測試模式：為每個通道設置工作方式。將燈具的測試劃分出多個時段，每個時段內設置成常亮、閃爍或常滅狀態。閃爍的周期及占空比可設置。當測試時間達到時，測試結束，同時通過聲光的方式進行提醒。（4）溫度測試模式：設置標準溫度、上下限溫度，用于燈具在指定溫度范圍內按設置的模式工作指定的時長。設置完成后，通過確認運行，系統將自動監控溫度變化，并在溫度達到要求時，自動啟動測試。若一次測試沒有結束，或切換測試模式時，系統將通過彈出框進行提醒，以避免由于誤操作造成的停止。（5）數據曲線：系統記錄每次測試的信息，包括開始時間、總時長、各通道的工作方式，溫度模式下，將每隔30s采集溫度數據，并記錄。通過曲線可以查看一段時間內的溫度記錄。（6）報警界面，主要用來存儲、顯示報警信息。

4 PLC控制程序

PLC控制流程如圖3所示。PLC控制主程序上電后等待HMI的指令。用戶通過觸摸屏設置工作模式及相關參數。在觸屏上按下“啟動”按鈕后，相關的數據，更新至PLC。PLC依據設置，調用“通道運行”子程序，控制通道接通或斷開，并同步開啟計時。調用子程序“通道運行”時，通過調整參數，完成對通道的常亮、閃爍或熄滅的控制。在溫度模式下，使用定時中斷，每隔30s采集一次溫度信息，用來存儲及顯示。當測試時間到時，系統通過對話框及聲光等方式提醒（聲音提醒，一段時間后自動停止），并將本次測試數據自動存儲成文件。

在控制程序設計環節中，關鍵問題之一是進行子函數的編制，不同通道的程序控制是通過調用相同子函數，賦不同參數值進行的。這個樣子就節省了大量的程序代碼，提高了程序運行效率;關鍵問題之二是通過特殊指令將個通道電流值進行定時采集記錄。部分程序截圖如圖4所示。

5 結語

經測試，系統能夠完成設計的功能。本項目在功能上也存在進一步改進的空間。例如：添加電流檢測，當燈具性能出現顯著變化時，進行主動提醒;以及數據遠程察看功能等，尤其是采用無線方式，可讓系統更加智能和便捷。

參考文獻：

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