西门子S7-300PLC用于车灯寿命测试
1 引言
飞利浦照明在全球照明行业中名列榜首，飞利浦汽车照明湖北有限公司已经通过了ISO9000质量体系认证及ISO/TS16949:2002汽车行业质量管理体系认证。汽车灯泡的寿命是产品质量的重要指标之一，产品在质量放行之前，必须在各种通电状态下对其寿命进行抽样测试。公司现有的寿命测试设备主要由变压器及电气控制仪表组成，在实际运行中频繁发生故障，备件更换和维修成本高，自动化程度低，测试结果不准确，极大地影响了产品质量控制的水平。因此，质量技术部迫切需要一套高稳定性、高可靠性和高精度的汽车灯泡寿命测试设备。自动化电气控制部门负责此项目的具体实施。根据要求，这套设备需要对公司生产的10多种不同型号的汽车灯泡进行寿命测试。的汽车灯泡寿命测试系统。为了简单，本文只介绍了其中2种型号的灯泡，基于S7-300 PLC的寿命测试系统的设计方案，灯泡型号及通电测试控制要求如表1。
表1 灯泡型号及通电测试控制要求
2 控制系统设计
2.1控制系统硬件设计
本系统采用SIEMENS S7300 PLC进行控制。由于配电电路比较简单，元器件也比较少，采用正泰小型户内配电箱JXF1-4030/20。金钟穆勒电源开关控制系统电源输入，内置指示灯的启动与停止按钮控制系统的工作状态。由于被测试灯泡型号繁多，且每一种型号都需要进行不同要求的通电测试，采用一组两位拨码开关可以实现00-99共100种功能选择。灯座通电板上安装了不同型号的灯座，用来固定各种不同型号的被测试灯泡。发光检测器用于检测灯泡的点亮或者熄灭状态，将所检测信号输入PLC进行处理。灯泡的通电电压将通过四位数字电压表LCD显示出来。电气控制柜外侧元件布局如图1。根据西门子电气产品型号选择及其标准，控制系统的电源模块将选择PS 307 10A（订货号 6ES7307-1KA00-0AA0）；CPU选择CPU314 (订货号6ES7314-1AE04-0AB0/V1.2)；数字量输入信号有15个点，为了方便扩展和备用，数字量输入模块选择DI32xDC24V（订货号6ES7321-1BL00-0AA0）；数字量输出点数较少，数字量输出模块选择DO8xDC24V/2A（订货号6ES7322-1BF00-0AA0）；根据数字电压表的显示精度要求，模拟量输出模块选择AO4x12Bit （订货号6ES7332-5HD01-0AB0）；电气控制柜内部元件还包括ABB小型断路器（220V5A）、OMRON LY型继电器、线槽、接线排、接线端、接地线等。电气控制柜内部元件布局如图2。硬件电气原理图如图3所示。主线路AC230V交流电经电源总开关分别接入PS307电源模块和DC5V变压电路板，分别为CPU和电压表供电；在DC0~30V直流源模块之前用5A小型断路器限流，被控直流电压经继电器输出给灯泡负载。图1 2 3
2.2控制系统软件设计
运行STEP7软件，选择CPU型号并新建一个项目，在Block中，建立OB1、OB100、FC1、FC2、FC3、FC10…，其功能描述如表2。PLC程序采用顺序功能控制结构如图4。当系统电源接通，PLC进行初始化。系统启动后，组织块OB1调用系统初始化功能块，系统根据产品类型选择按钮所产生的信号来调用功能块FC10、FC11、FC12…灯泡进行通电测试。若灯丝被烧毁，保持电压表读数，系统停止程序结束；否则，如果没有更换新灯泡，立刻启动警报系统，通知寿命测试值班人员；若已经更换新灯泡，则寿命测试值班人员可以继续进行功能选择，系统将进行下一次通电测试。在软件设计过程中，需要解决的关键问题包括：（1）BCD拨码开关输入信号处理。系统操作人员通过BCD拨码开关进行不同测试要求的功能选择，为了得到良好的选通信号，必须对BCD拨码开关输入的信号进行处理。BCD信号先与十六进制数FF相与，对信号进行整形，再进行数据类型转换，和功能编号整型数值进行比较后得到产品类型选择信号，来实现该型号灯泡的测试功能，其程序功能块如图5。（2）电压模拟量输出处理。将电压值MW100进行数据类型转换，使其的为实数类型数据MD120。双字节有16位，第16位为符号位，可以用7FFF即32767来表示直流源模块输出的最高电压30V，通过计算可以得到比例系数91.6。通过模拟量模块的输出信号PQW272来控制0~30V直流源的输出电压，供给被测试的灯泡负载，其程序功能块如图6
3 PLCSIM软件仿真
STEP7的可选软件工具PLCSIM是一个PLC软件仿真，它能够在PG/PC上模拟S7-300系列PLC的下载、测试运行和故障诊断。与真实的PLC相比，它可以实现程序的暂停和继续功能，单循环执行模式，定时器手动设置，灵活性更高，使用也方便。PLCSIM的运行界面如图7。在程序的调试过程中，选择CPU在RUN模式， IW0不同的数值，表示不同的功能的选择；定时器T定时功能启动，QW就可以显示电压表读数值。在硬件安装完成之后，系统通电并进行程序下载。按照公司各种不同型号灯泡的测试要求，完善所有要求的测试功能。通过实际运行表明，该控制系统完全满足汽车灯泡寿命测试特殊的控制要求，能够长时间稳定运行，自动显示和记录通电测试电压，实现故障自动报警等功能。见图7
4 结束语
本控制系统基于西门子S7-300 PLC实现了汽车灯泡寿命测试的特殊控制要求。和公司原来的寿命测试相比，该设备具有功能齐全，维护方便，操作简单，成本低廉、高稳定性、高可靠性和高精度等特点。由于我国照明产品的生产厂家众多，对其需求量很大，可以带来可观的经济和社会效益。
西门子S7-300PLC以其可靠性高、软件功能丰富、编程简便、网络功能强大能力强大等优点而广泛地应用于石油、化工、钢铁、造纸、纺织等行业的工业自动化控制系统中。本系统将其应用于汽车行业,具有很强的实用性。西门子S7系列PLC提供了PPI、MPI、Profibus、IndustrialEthernet及AS-i等系列网络解决方案，能满足管理层、客户层、现场层到传感器/执行器等各种层面的通讯需求。如果将本系统的PLC与工厂内其它的PLC或者智能设备通过Profibus总线相连接，运用西门子WinCC软件组态构成工业控制网络，工作人员就可以在监控室了解设备的运行情况，并进行远程控制。这也是该控制系统需进一步研究的内容和实现的目标