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一种基于PLC的车用灯具耐久测试系统设计

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刘琳霞沈炯徐俊庞鹏飞

摘要：车用灯具作为汽车的重要组成部件，在提升汽车的安全性与舒适度等方面起着重要的作用。由于车用灯具在不同环境条件下长时间使用，有可能会造成灯具的损坏，影响汽车在行驶中的安全性。为了在实验室条件下，模拟车用灯具的工作环境，在不同环境下（温湿度不同）待检测的车用灯具经过长时间运行，来检测其耐久性。本文正是基于上述需求，介绍了一种基于PLC和MCGS触摸屏技术的车用灯具耐久测试系统的开发设计。具体阐述了系统的功能设计、硬件构成及选用、人机界面的组态以及PLC的程序流程。内容涉及PLC及扩展、HMI、模拟量、传感器等技术。重点体现设计思路，可为类似的系统应用设计提供借鉴。

关键词：耐久测试;PLC;人机界面;温度检测

1系统设计

车用灯具的耐久性与其工作环境和工作模式，工作环境因素影响主要涉及温度、湿度等;工作模式方面的影响是指车灯处于接通、断开或者闪烁工作状态。在实验室环境下，采用环境试验箱来模拟车灯的真实工作环境，根据实际试验结果来检验车用灯具的耐久性。

1.1设计需求

要求能够对多个通道的灯具进行测试。灯的工作方式可以设置为闪烁或常亮;通道的数量要求8个，并提供一定的后续扩展能力。测试的时间由用户设置;测试完成后，应进行提示。灯具放置在指定的测试箱中，箱内温度可控（-20℃～80℃），要求测试系统能够在温度符合测试要求时，自动开始进行测试。另提供一种常规控制方式，不依赖温度，通过设置，自动在指定测试时间内运行。

1.2系统功能设计

依据设计要求，将系统功能设计如下：

（1）使用PLC作为主控器件，使系统具有较好的抗干扰性能、便于维护，PLC提供的数字量和模拟量扩展模块可为通道拓展提供可能性;（2）使用MCGS作为人机界面，便于用户设置不同的工作方式及监控和查看数据;（3）设置8路通道，采用插拔式结构，便于外接测试灯具;（4）灯的测试时长通过触摸屏设置，上限为1000小时，精度为1分钟;（5）在一次测试中，各通道的灯具的工作方式可以分时段的进行设置，灯具可在不同时段内采用关闭、常亮和闪烁工作状态，时间段的精度为1分钟。闪烁的精度为100ms，周期最长为1分钟;并可设置循环次数，最多三种方式为一周期，循环运行;（6）由于原测试箱没有留接口，需添加新的温度传感器，反馈测试箱温度。温度传送给PLC后，经触摸屏显示。在温度控制模式下，按下启动按钮后，系统将在指定温度自动起动，例如当测试箱内满足40度时开始测试30小时。

2系统主要结构

系统的整体结构如图1所示。

系统采用PLC作为核心部件，可编程控制器具有可靠性高、通用性强、方便拓展、操作方便等特点。使用S7-1200系列PLC，自带少量模拟量输入;数字量输出口按照120%预留接口，如需进一步拓展，可以使用数字量拓展模块。使用MCGS触摸屏作为人机界面，完成操作、设置、数据显示等功能。触摸屏与PLC之间可采用以太网通信。

灯具的电源采用可调电源（DC0～30V），并独立设置，便于更换不同额定电压的产品测试，也可测试灯具在非正常电压下工作的性能和耐久;使用温度传感器对测试灯具的环境工作温度进行反馈，通过模拟量扩展模块或PLC自带的模拟量输入通道，进行模数转换，PLC进行记录和处理。

3触摸屏组态

通过对触摸屏的组态，用来进行设置参数、操作运行，以及监控数据。MCGS触摸屏组态的结构如图2所示：

（1）启动界面：触摸屏上电后显示该界面，用以显示企业信息、用户程序版本等信息。（2）操作显示界面：显示目前的测试的时间、温度信息及各通道状态;通过界面操作，选择进入“常规测试模式”或“温度测试模式”设置界面。也可以操作进入浏览“数据曲线”、“报警界面”。在进入设置界面时，需输入用户名和密码，系统设置不同的管理群组，以区分多个级别的操作权限。（3）常规测试模式：为每个通道设置工作方式。将灯具的测试划分出多个时段，每个时段内设置成常亮、闪烁或常灭状态。闪烁的周期及占空比可设置。当测试时间达到时，测试结束，同时通过声光的方式进行提醒。（4）温度测试模式：设置标准温度、上下限温度，用于灯具在指定温度范围内按设置的模式工作指定的时长。设置完成后，通过确认运行，系统将自动监控温度变化，并在温度达到要求时，自动启动测试。若一次测试没有结束，或切换测试模式时，系统将通过弹出框进行提醒，以避免由于误操作造成的停止。（5）数据曲线：系统记录每次测试的信息，包括开始时间、总时长、各通道的工作方式，温度模式下，将每隔30s采集温度数据，并记录。通过曲线可以查看一段时间内的温度记录。（6）报警界面，主要用来存储、显示报警信息。

4PLC控制程序

PLC控制流程如图3所示。PLC控制主程序上电后等待HMI的指令。用户通过