PLC在汽車零部件試驗中的應用

項肇宏

（上海機動車檢測中心，上海 201805）

0 引 言

汽車在人們的生活中是一種不可缺少的交通工具，而汽車及零部件的質量對行車安全至關重要，因此對汽車零部件的各種性能試驗必不可少。

由于汽車零部件的種類非常繁多，而且各種零部件工作狀況不一樣，因此各種零部件的試驗要求和控制方式也不同。為了方便地對不同控制對象進行特殊的連接和試驗參數顯示，我們自行研制了這臺可編程多功能試驗控制器。

1 PLC的工作原理及特點

可編程序邏輯控制器是以計算機技術為基礎的新型工業控制裝置，通過將開關信號輸入到PLC輸入點， PLC通過人們事先由電腦寫入 PLC內的程序（梯形圖），由輸出點根據程序要求輸出相應的開關信號，開關信號就象繼電器開關信號一樣控制帶動電器動作。具有順序、周期性工作的特性，從應用角度看，PLC具有以下特點：

（1）可靠性高。輸入輸出均采用繼電器或光電耦合器件。

（2）體積小。大規模的集成電路，軟件編程代替硬連線。

（3）通用性好。由于采用模塊化結構，有CPU模塊、通訊模塊、模擬量輸入/輸出模塊等，可以根據不同的控制系統靈活地選擇不同的模塊。

（4）使用方便。PLC內部有許多模擬的中間繼電器、執行繼電器、計數器、定時器及其它特殊繼電器，通過編程可以實現以前繁瑣電路接線，減少現場調試工作量，使用靈活方便。

目前 PLC已被廣泛用于工業自動控制和產品試驗的自動控制中，特別是PLC控制器配合專用的觸摸顯示屏，可方便進行“人機對話”，輸入并顯示控制(試驗)狀態和參數。

雖然PLC控制器不同于繼電器控制電路，避免根據控制電路設計要求，專門配置各種繼電器、定時器、計數器，進行繁瑣電路接線制作，但總免不了對控制對象進行特殊的連接等。為了方便對控制對象進行特殊的連接和試驗參數顯示，利用PLC技術制作了可編程多功能試驗控制器。

2 可編程多功能試驗控制器

可編程多功能試驗控制器如圖 1所示，主要元件為三菱FX-1N系列PLC，該型號產品有14個輸入點(X0～X15)，10個輸出點(Y0～Y11)，為了使控制器更有利于試驗操作及與試件的連接，對可編程多功能試驗控制器作了以下的設計制作。

（1）輸出部分。三菱PLC的10個輸出點全部連接繼電器，由繼電器常開觸點和常閉觸點引到可編程多功能試驗控制器背面的大電流接線柱上，主要是為了增加設備的抗負載能力，保護元件PLC的輸出觸點，另外還便于與試件連接。為了更進一步提高繼電器的抗負載能力，每只繼電器的3組10A常開常閉觸點全部并接，使繼電器的抗負載能力增加1倍以上。為了增加可編程多功能試驗控制器的220V交流控制部分，在PLC的輸出點Y10～Y11上再并接2個繼電器，用于交流220V輸出控制，AC220V輸出時用了2個面板式交流單相插座。

（2）輸入部分。利用音響喇叭的 14個接線扣連接到PLC的X0～X15輸入點上，這種接線便于與試驗控制的輸入信號連接，如接近開關、光電開關等；另一方面用14個小開關將PLC的14個輸入點同時并接到可編程多功能試驗控制器正面（操作面），用于試驗的操作及模擬試驗信號開關作程序調試用。

（3）計數顯示部分。雖然PLC本身帶有許多計數器和定時器，但由于它們本身不能顯示，且一般計數器沒有記憶功能，若發生斷電，PLC內部計數器全部復位，因此安裝計數顯示器是非常必要的。用2個可預置數值的計數器，計數信號利用與 PLC輸出點并接的繼電器的觸點進行計數，試驗時把計數信號通過Y6或Y7引入到計數顯示器，計數顯示器的常開觸點同樣利用音響喇叭的接線扣連接到控制器背面的輸入信號連接扣上，用作計數器預置數值的控制用。

（4）工作狀態指示。用 10只發光二極管，并接在輸出繼電器上，并串接限流電阻，繼電器線圈兩端一定要接續流二極管，通過二極管的發光情況可知整個控制器的輸出工作狀況。

（5）其它。可編程多功能試驗控制器內應該安裝1個5A以上的12V直流開關電源，此電源一方面可作為 10只發光二極管供電電源用，以減輕三菱PLC自身帶有的DC24V負荷壓力；另一方面此12V電壓通過接線柱安裝在可編程多功能試驗控制器背面，可作為小功率試驗電源用。

3 可編程多功能試驗控制器在電動搖窗機壽命試驗中的應用

3.1 電動搖窗機壽命試驗時的運行模式

電動搖窗機壽命試驗運行模式如圖2所示，在上限位置堵1s，1/3位置停1s，下限位置堵1s，每次循環的最后 1次上限位置停12s，此電動搖窗機裝有PTC熱保護裝置，當電機受熱保護時一定要切斷電機電源，使電機冷卻后再恢復通電，電機才能恢復正常工作，電動搖窗機壽命試驗時的循環次數可方便設置。

搖窗機壽命試驗時接近開關的放置，如圖 3所示。

當轎車風窗玻璃處于上極限位置時，鋁箔與上限位置接近開關接近，X0通；

當轎車風窗玻璃下降1/3位置時，鋁箔與1/3位置接近開關接近，X1通；

當轎車風窗玻璃處于下極限位置時，鋁箔與下限位置接近開關接近，X2通。

3.2 電動搖窗機壽命試驗工作原理

搖窗機的接線如圖4所示，當Y0通時，電源正極經Y0常開觸點到電機a端，電源負極經Y0常閉觸點到電機b端，假設此時電機正轉；反過來當Y1通時，電源正極經Y0常開觸點到電機b端，電源負極經Y0常閉觸點到電機a端，此時電機反轉，風窗玻璃就能上下運動了。

根據電動搖窗機壽命試驗的要求編制出相應的PLC梯形圖，程序流程如圖5所示。X15為搖窗機試驗的啟動和停止開關，X10為搖窗機手動下降開關，X11為搖窗機手動上升開關，均為方便搖窗機安裝調試用。

搖窗電機裝有熱保護器，以保護搖窗電機電流過大或其它原因使搖窗電機過熱時，熱保護器能自動切斷試驗電源，保護電機不至于過熱而燒毀。當電機停止運行30s時，PLC電路就判別熱保護器的保護作用使電機斷電停止運行，切斷整個供電電源持續30s后再恢復供電，使試驗能繼續正常運行。軟件編制的過程中，采用了T3和T52個定時器進行搖窗機熱保護器斷開判別。因為搖窗機的熱保護器斷開存在兩種情況：一是搖窗機在任意位置發生斷開，上限位置的接近開關X0一直沒有信號，上限位置信息繼電器M0觸點一直處于常閉位置，使定時器T3通電計時判別熱保護器斷開；二是搖窗機故障發生在上限位置的接近開關X0位置上，上限位置的接近開關X0一直導通，上限位置信息繼電器M0常開觸點一直處于閉合狀態，使定時器T5通電計時判別熱保護器斷開。

4 結 論

采用 PLC技術研制的可編程多功能試驗控制器能方便地應用于汽車零部件的試驗中，同時能很好地適用于不同零部件的試驗需求，跟市場上帶觸摸屏的PLC相比，節約成本的同時也滿足控制的可靠性和精度要求，在汽車零部件的試驗中取得很好的效果。