1．ABS的工作原理

一套典型的汽車ABS主要是由輪速傳感器，電子控制單元，壓力調(diào)節(jié)裝置組成，基本結(jié)構(gòu)與工作原理如圖1所示。

圖1 ABS結(jié)構(gòu)與工作原理圖

裝有ABS的汽車在制動過程中，ABS電子控制單元收集各車輪輪速傳感器的信號，經(jīng)信號處理后計(jì)算參考車速，并計(jì)算出各車輪的滑移率。根據(jù)其內(nèi)存中設(shè)定的程序，適時地發(fā)出命令控制各壓力調(diào)節(jié)器的動作，從而使制動系統(tǒng)在增壓、保壓和泄壓3個階段循環(huán)， 防止各車輪抱死。

2．PLC模擬構(gòu)建ABS系統(tǒng)

在本論文當(dāng)中，筆者采用PLC作為ABS的電子控制單元，電機(jī)的轉(zhuǎn)速作為輪子的轉(zhuǎn)速信號，采用觀點(diǎn)編碼器采集電子的轉(zhuǎn)速，并把采集到的信號傳遞給PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從而使PLC及時的發(fā)出控制信號；并以模擬的電壓信號作為車身的速度信號與制動踏板的信號。

在制動的過程中，采用組態(tài)軟件的方式實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)的監(jiān)控。這樣，實(shí)驗(yàn)員可以直觀的檢測到ABS系統(tǒng)的工作狀況。

3． PLC實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

3.1 分析工藝過程，明確控制要求

（1）在上位機(jī)上按下啟動按鈕，以脈沖輸出的方式控制變頻器，從而控制電機(jī)

（2）緩慢調(diào)節(jié)PLC上的外部輸入電壓，改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速

（3）當(dāng)快速的減小PLC上的外部輸入電壓，PLC判斷并啟動ABS

（4）記錄啟動ABS時的電壓對應(yīng)輸入值，并做出相應(yīng)的記錄

（5）通過PLC記錄光電編碼器的脈沖輸入，可以使計(jì)算機(jī)在組態(tài)軟件上實(shí)時反應(yīng)出電機(jī)的轉(zhuǎn)速

（6）電機(jī)分九段減速，最終自動停止

3.2 統(tǒng)計(jì)I/O點(diǎn)數(shù)并選擇PLC型號

• 輸入：模擬電壓輸入、光電編碼器脈沖輸入；兩個
• 輸出: 脈沖輸出；一個
• PLC的型號：松下FP0可編程控制器

3.3 程序?qū)崿F(xiàn)的功能如下

（1）通過PLC與變頻器，控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)；

（2）通過PLC運(yùn)算，判斷是否啟動ABS；

（3）啟動ABS后，電機(jī)的轉(zhuǎn)速分段速減速；

（4）利用PLC的高速計(jì)數(shù)器與光電編碼器，反饋電機(jī)的轉(zhuǎn)速

4．PLC控制程序設(shè)計(jì)及分析

4.1 PWM脈沖輸出控制

PWM控制的理論基礎(chǔ)是沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同。沖量指窄脈沖的面積。效果基本相同，是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。低頻段非常接近，僅在高頻段略有差異。

占空比就是輸出的PWM中，高電平保持的時間與該P(yáng)WM的時鐘周期的時間之比。PWM脈沖輸出控制實(shí)質(zhì)就是通過改變占空比來改變頻率。

在本實(shí)驗(yàn)中，程序采用的PWM類型分別為：頻率100Hz、周期10ms、占空比99.9%脈沖輸出；頻率100Hz、周期10ms、占空比10%的脈沖輸出。

4.2 A/D模塊的應(yīng)用

在現(xiàn)代的生產(chǎn)中，模擬量的控制顯得越來越重要，許多控制對象的控制要求都期望實(shí)現(xiàn)迷你量的輸入與輸出。日本松下FP1A/D轉(zhuǎn)換單元是專門為FP1系列可編程序控制器生產(chǎn)的模擬量輸入、輸出模塊。

在本實(shí)驗(yàn)中，A/D模塊模擬汽車的剎車信號與油門信號。在對A/D轉(zhuǎn)換單元編程時，直姐使用傳送指令來讀取外部輸入的模擬值。

4.3 判斷是否啟動ABS防抱死系統(tǒng)

這部分是程序編寫的關(guān)鍵部分。在這部分，主要是采用了電壓值的變化作為啟動ABS的條件。當(dāng)外部電壓的跳變達(dá)到程序的設(shè)定值，PLC立即啟動ABS，防止輪胎抱死。

5．上位機(jī)與PLC的通訊設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的上位機(jī)監(jiān)控部分應(yīng)用MCGS組態(tài)軟件來實(shí)現(xiàn)。MCGS 軟件系統(tǒng)包括組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境兩個部分。組態(tài)環(huán)境相當(dāng)于一套完整的工具軟件, 幫助用戶設(shè)計(jì)和構(gòu)造自己的應(yīng)用系統(tǒng)。運(yùn)行環(huán)境則按照組態(tài)環(huán)境中構(gòu)造的組態(tài)工程, 以用戶指定的方式運(yùn)行, 并進(jìn)行各種處理, 完成用戶組態(tài)設(shè)計(jì)的目標(biāo)和功能。

運(yùn)行環(huán)境本身沒有任何意義, 必須與組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫一起才能構(gòu)成用戶應(yīng)用系統(tǒng)。一旦組態(tài)工作完成, 運(yùn)行環(huán)境和組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫就可以離開組態(tài)環(huán)境而獨(dú)立運(yùn)行在監(jiān)控計(jì)算機(jī)上。

5.1 設(shè)計(jì)要求

（1）能夠控制整個模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的啟動和停止。

（2）監(jiān)控畫面能夠直觀的表現(xiàn)出汽車的運(yùn)動過程。

（3）反映汽車的實(shí)時轉(zhuǎn)速。

（4）繪制汽車的速度/時間曲線。

（5）為試驗(yàn)系統(tǒng)制定安全機(jī)制。

5.2 設(shè)計(jì)過程

（1）制作監(jiān)控畫面

在此工程中，建立兩輛車的模型，這是為了達(dá)到實(shí)時監(jiān)控的目的。同時建立輸出速度的圖表框。

（2）構(gòu)建實(shí)時數(shù)據(jù)庫，并進(jìn)行數(shù)據(jù)對象及其畫面屬性設(shè)置

在MCGS中，用數(shù)據(jù)對象來描述系統(tǒng)中的實(shí)時數(shù)據(jù)，用對象變量代替?zhèn)鹘y(tǒng)意義上的值變量，把數(shù)據(jù)庫技術(shù)管理的所有數(shù)據(jù)對象的集合稱為實(shí)時數(shù)據(jù)庫。

實(shí)時數(shù)據(jù)庫是MCGS系統(tǒng)的核心，是應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心。系統(tǒng)各個部分均以實(shí)時數(shù)據(jù)庫為公用區(qū)交換數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)各個部分協(xié)調(diào)動作。

設(shè)備窗口通過設(shè)備構(gòu)件驅(qū)動外部設(shè)備，將采集的數(shù)據(jù)送入實(shí)時數(shù)據(jù)庫；由用戶窗口組成的圖形對象，與實(shí)時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)對象建立連接關(guān)系，以動畫形式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化；運(yùn)行策略通過策略構(gòu)件，對數(shù)據(jù)進(jìn)行操作和處理。

在ABS防抱死實(shí)驗(yàn)平臺的數(shù)據(jù)設(shè)置中，建立關(guān)于ABS系統(tǒng)中的相關(guān)數(shù)據(jù)變量。并且設(shè)定相關(guān)的屬性，為腳本程序的編寫提供基礎(chǔ)。

（3）完成腳本程序的編制

（4）與PLC進(jìn)行通信

MCGS讀寫松下FP系列PLC設(shè)備的各種寄存器。MCGS通過上位機(jī)中的串行口設(shè)備和PLC上的通訊單元（如FP0）建立串行通訊連接，從而達(dá)到操作PLC設(shè)備的目的。

在設(shè)備窗口中選用COM口編程協(xié)議建立設(shè)備通道, 將實(shí)時數(shù)據(jù)庫中定義的各種變量與PLC 中相對應(yīng)的I/O分配相對應(yīng)起來, 通過讀寫PLC 中的信號來實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。這是整個過程中最關(guān)鍵和最重要的部分。

5.3 MCGS的運(yùn)行過程描述

圖2. MCGS運(yùn)行界面

當(dāng)按動啟動按鈕后，小車A開始運(yùn)動即電機(jī)開始轉(zhuǎn)動。當(dāng)改變外電壓值，電機(jī)會隨著電壓的變化而變化。在監(jiān)控界面上，我們可以清晰地看到位移與轉(zhuǎn)速的變化。

當(dāng)電壓的變化值達(dá)到臨界條件，即 進(jìn)入ABS狀態(tài)，小車A停止運(yùn)動，正常啟停的燈停止閃爍，ABS啟停的燈開始閃爍，小車B開始運(yùn)動。

6．結(jié)論

經(jīng)過實(shí)驗(yàn)證明，該裝置能夠基本模擬出ABS防抱死系統(tǒng)的過程，并且能夠直觀的觀察到減速的整個過程。這個實(shí)驗(yàn)平臺使實(shí)驗(yàn)室設(shè)備貼近工業(yè)現(xiàn)狀，使學(xué)生直面實(shí)物模型，掌握基本的控制思想和操作手段，具有較高的現(xiàn)實(shí)價值。

（編自《電氣技術(shù)》，原文標(biāo)題為“基于PLC模擬ABS防抱死實(shí)驗(yàn)平臺的設(shè)計(jì)”，作者為常云澤、楊風(fēng) 等。）