王婳懿，喬鳳斌，蔡智亮

（上海航天設(shè)備制造總廠，上海，200245）

基于PLC的全自動空調(diào)出風(fēng)口測力設(shè)備

王婳懿，喬鳳斌，蔡智亮

（上海航天設(shè)備制造總廠，上海，200245）

0 引言

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，人們對汽車的要求越來越高，汽車空調(diào)出風(fēng)口扇葉上滑塊所受的橫向滑動力和縱向搖擺力的大小直接表征了滑塊安裝的好壞和扇葉表面的粗糙度，因此檢測空調(diào)出風(fēng)口扇葉上滑塊受力大小具有重要意義。

此前，空調(diào)出風(fēng)口模具生產(chǎn)廠家采用推力計(jì)測力，這種測試方法效率低，只能抽檢部分產(chǎn)品進(jìn)行測試，一方面嚴(yán)重影響了企業(yè)的產(chǎn)能，另一方面造成了不良產(chǎn)品的漏檢。

本文針對某空調(diào)出風(fēng)口企業(yè)工件檢測要求研制了一套以PLC為控制核心，具有人機(jī)界面設(shè)計(jì)的自動控制測力設(shè)備[1]。提高了測試精度，增加了企業(yè)產(chǎn)能。

1 設(shè)計(jì)要求與設(shè)計(jì)難點(diǎn)

1.1 設(shè)計(jì)要求

針對企業(yè)要求，測力設(shè)備需具有以下功能：

1）測試精度為0.1N，多次測試力值波動在20%內(nèi)。

2）從工件放入檢測設(shè)備到打印出測試數(shù)據(jù)時間在45s內(nèi)。

3）設(shè)備安全性良好。若測力數(shù)據(jù)平均值不在1.5N～7N范圍內(nèi)，停機(jī)報警。

1.2 設(shè)計(jì)難點(diǎn)

滑塊尺寸小，測力設(shè)備與滑塊的接觸面積為4mm×50mm，接觸面積很小，要求PLC位置控制精度高，系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)運(yùn)動精度高。同時為避免損傷滑塊，設(shè)備與滑塊的接觸面要光滑。本文采用測力傳感器固定夾具模擬人手撥動滑塊測試阻力。夾具與滑塊的接觸面積小，且夾具光滑，不會損傷滑塊。

滑塊的位置影響測力傳感器的測力角度。為避免因滑塊位置不一致造成測力角度偏差，導(dǎo)致測力傳感器砸傷工件，需先對滑塊位置初始化，加入初始化到位傳感器，檢測初始化是否到位，保證滑塊初始化后處于同一位置。

為提高系統(tǒng)安全性，在工件工作區(qū)域需安裝安全光柵，正常工作時，打擾安全光柵，系統(tǒng)停機(jī)報警。通過以上設(shè)計(jì)，避免正常工作時人手伸入測試區(qū)域被機(jī)械結(jié)構(gòu)砸傷，也防止了人手對初始化到位傳感器的影響。

根據(jù)設(shè)計(jì)難點(diǎn)建立對操作平臺建立模型，如圖1所示。

圖1 操作平臺模型

在滑塊位置與水平面垂直時測試得到橫向滑動力。測試縱向搖擺力時，以滑塊與扇葉的接觸點(diǎn)為軸心，使得滑塊前后搖擺45度，得到一個回合過程中縱向搖擺力的平均值。

設(shè)備的工作流程如下：扇葉處于導(dǎo)軌前端時，設(shè)備前端氣缸動作，夾具撥動滑塊，對滑塊位置進(jìn)行初始化，初始化后的滑塊位置與水平面垂直。初始化到位傳感器對滑塊初始化位置進(jìn)行判斷，經(jīng)初始化到位后的扇葉運(yùn)行至導(dǎo)軌尾部，導(dǎo)軌尾部的電機(jī)帶動后面橫梁運(yùn)行到所需位置，此時氣缸動作，測力傳感器上的夾具夾緊滑塊，對左右扇葉上的滑塊分別進(jìn)行橫向滑動力值的測試，測試完橫向滑動力值，夾具在電機(jī)的帶動下帶動滑塊前后搖擺45度進(jìn)行縱向搖擺力的測試。測試完縱向搖擺力，扇葉運(yùn)動到導(dǎo)軌前部，結(jié)束一個回合的測試。

2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的具體配置方案如下：

1）CPU選擇。為控制測試時間在45s內(nèi)，需提高處理速度，采用三菱Q02HCPU，縮短測試時間[2]。

2）定位模塊選擇。采用QD75P4的位置控制模式，通過“脈沖信號”執(zhí)行控制，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜定位。

3）外圍傳感器選擇。采用Interface扭矩傳感器，精確度高達(dá)0.05%，滿足系統(tǒng)所需0.1N精度要求。不需在外部進(jìn)行扭矩?fù)Q算，更直觀顯示力值。采用歐姆龍F(tuán)3SJ-E安全光柵，增加測試安全性。采用光電開關(guān)作為初始化到位傳感器。

4）數(shù)據(jù)采集卡選擇。采用NI-USB-6341數(shù)據(jù)采集卡，采樣率達(dá)到500kS/s。

控制系統(tǒng)構(gòu)成如圖2所示。

系統(tǒng)在調(diào)試中發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)采集卡采集的電流值較小，采集卡信號易受調(diào)試環(huán)境和傳感器信號的干擾。加入放大電路對數(shù)據(jù)采集卡采集的電流進(jìn)行放大。通過放大電路，干擾得到降低。

圖2 系統(tǒng)構(gòu)成圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì)包括 PLC程序設(shè)計(jì)[3]與人機(jī)界面軟件設(shè)計(jì)[4]。

PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一鍵式復(fù)位，在停機(jī)報警后，按復(fù)位按鈕，可使系統(tǒng)自動回到原點(diǎn)。PLC位置控制需滿足以下要求：

保證滑塊初始化后位置在垂直平面上；

保證測試橫向滑動力和縱向搖擺力時氣缸的位置正好處于測試所需位置，不得損壞模具；

移動工件至導(dǎo)軌后部和導(dǎo)軌前部。

在工件測試中，需對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集處理。每次采集用數(shù)字觸發(fā)的方式采集一個通道，采集完畢對力值平均值進(jìn)行分析。當(dāng)平均值在1.5N～7N時，操作指令通過RS232串口從觸摸屏送入打印機(jī)，打印出力值數(shù)據(jù)。若不在1.5N～7N閾值范圍內(nèi)，控制電平變化，與急?；芈反?lián)的繼電器開關(guān)斷開，停機(jī)報警。

為保證力傳感器測試數(shù)據(jù)與采集卡采集數(shù)據(jù)同步。系統(tǒng)采用PLC程序和上位機(jī)程序同步化設(shè)計(jì)：

1）測試前上位機(jī)給PLC一個脈沖信號，程序處于測試等待狀態(tài)。10s內(nèi)按動工件測試平臺啟動按鈕，控制平臺開始運(yùn)行；如超過10s，程序等待超時，需重新啟動程序。

2）力傳感器開始進(jìn)行測試時，PLC給上位機(jī)一個脈沖，進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，保證采集卡每個通道的采集時間與力傳感器測試時間一致，從而確保測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

3）測試完一個工件后，上位機(jī)處于等待狀態(tài)。當(dāng)力傳感器再次進(jìn)行測試時，PLC發(fā)給上位機(jī)的脈沖信號，上位機(jī)對第二個工件的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以此進(jìn)行循環(huán)。

如圖3所示為軟件流程圖，左邊部分為PLC的控制流程，右邊部分為人機(jī)界面軟件控制流程。

圖3 軟件流程圖

3.2 人機(jī)界面

系統(tǒng)采用人機(jī)界面方便靈活，如圖4所示為系統(tǒng)人機(jī)界面，人機(jī)界面具有如下功能和特點(diǎn)：

1）企業(yè)可查詢工人工號，方便企業(yè)進(jìn)行管理。

2）配置測試閾值1.5N～7N，如不在閾值范圍內(nèi)，系統(tǒng)將報警。點(diǎn)擊Configure，可配置閾值。

3）實(shí)時顯示當(dāng)前測試值，測試完畢生成打印標(biāo)簽。

4）工人選擇保存數(shù)據(jù)，系統(tǒng)會按時間自動生成excel文件，便于工人操作。

圖4 人機(jī)界面圖

4 結(jié)束語

本設(shè)備已成功用于車間實(shí)際生產(chǎn)。經(jīng)過運(yùn)行觀察，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，設(shè)備的測試精度高，力值的波動不超過20%。當(dāng)測力數(shù)據(jù)平均值超過1.5N～7N時，設(shè)備停機(jī)報警。系統(tǒng)有較高的安全系數(shù)，保證了工人的安全。

同時系統(tǒng)操作簡便，對工人零要求，并方便企業(yè)查詢數(shù)據(jù)。本設(shè)備的研制改變了空調(diào)出風(fēng)口模具檢測僅依靠人工檢測的局面，對于汽車模具行業(yè)提高產(chǎn)能，以及檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)化具有極大的應(yīng)用價值。

[1]王烈準(zhǔn).電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010.

[2]孫振強(qiáng).可編程控制器原理及應(yīng)用教程[M].北京:清華大學(xué)出版社,2005.

[3]王永華.現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2005.

[4]李立宗.VB程序設(shè)計(jì)教程[M].天津:南開大學(xué)出版社,2009.

Automatic force measuring device of air conditioning vent based on PLC

WANG Hua-yi，QIAO Feng-bin，CAI Zhi-liang

采用基于PLC的位置控制模式實(shí)現(xiàn)對空調(diào)出風(fēng)口扇葉滑塊的受力檢測，詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的硬件、軟件設(shè)計(jì)和人機(jī)界面設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)具有測試定位精準(zhǔn)，運(yùn)行穩(wěn)定性強(qiáng)，操作簡單，安全性良好等優(yōu)點(diǎn)，具有重要的實(shí)用價值。

測力設(shè)備；可編程控制器；定位；人機(jī)界面

王婳懿（1987 -），女，湖北人，工程師，碩士，研究方向?yàn)镻LC控制。

TP273

A

1009-0134(2013)01(下)-0136-03

10.3969/j.issn.1009-0134.2013.01(下).39

2012-09-20