李金義 王京

【摘要】本文通過對具體工程問題－車架的翻轉(zhuǎn)工位的具體分析，闡述了PIC控制的車架翻轉(zhuǎn)工位進行設(shè)計的工作過程，對設(shè)計這樣的PLC系統(tǒng)過程中的程序設(shè)計和硬件的相關(guān)問題進行了具體的分析，并提出了相應(yīng)的措施，以期為此類系統(tǒng)的設(shè)計者提供有效的借鑒。

【關(guān)鍵詞】PLC；車架翻轉(zhuǎn)；分析

０引言

在工業(yè)自動化技術(shù)迅速發(fā)展的今天，PLC控制的氣動或液動控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用越來越普及。在我國的汽車生產(chǎn)領(lǐng)域，許多大型車體和配件進行人工操作不僅操作復(fù)雜、準確度低，而且容易因工人過于疲勞拖慢整條生產(chǎn)線的節(jié)拍，對企業(yè)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量都有很大的干擾。針對這種狀況，為了更便于生產(chǎn)，降低對工人的素質(zhì)要求，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，我們采用PLC自動控制來實現(xiàn)汽車的自動化生產(chǎn)，減少人工操作造成的問題。本文針對汽車車架翻轉(zhuǎn)工位的具體問題，對PLC控制系統(tǒng)進行了具體的論述，為PLC系統(tǒng)在汽車生產(chǎn)中的應(yīng)用提供了借鑒。

１PLC控制車架翻轉(zhuǎn)工位的設(shè)計及分析

１.1系統(tǒng)的組成及工作過程分析

車架翻轉(zhuǎn)工位教學(xué)培訓(xùn)裝置實現(xiàn)模型汽車底盤翻轉(zhuǎn)動作，將模型汽車底盤翻轉(zhuǎn)180度，以實現(xiàn)對模型汽車底盤上下兩面進行裝配的工藝。車架翻轉(zhuǎn)工位教學(xué)培訓(xùn)裝置由翻轉(zhuǎn)支持平臺、翻轉(zhuǎn)傳送皮帶電機、翻轉(zhuǎn)傳送皮帶、翻轉(zhuǎn)電機、車架夾緊氣缸、提升用滾珠絲杠組成。

圖1為本裝置示意圖立體圖圖2車架翻轉(zhuǎn)工位結(jié)構(gòu)圖

其中，1是車架夾緊氣缸A ；2是翻轉(zhuǎn)電機A ；3是輸送皮帶電機；4是提升滾珠絲杠；5是車架夾緊氣缸B；6是翻轉(zhuǎn)電機B；7是翻轉(zhuǎn)支撐平臺。

如圖1所示，并根據(jù)圖描述各個部件之間的相對位置和連接關(guān)系。車架翻轉(zhuǎn)工位教學(xué)培訓(xùn)裝置由翻轉(zhuǎn)支持平臺、翻轉(zhuǎn)傳送皮帶電機、翻轉(zhuǎn)傳送皮帶、翻轉(zhuǎn)電機、車架夾緊氣缸、提升用滾珠絲杠組成。翻轉(zhuǎn)支撐平臺通過地腳與脹管螺絲，與地面連接；翻轉(zhuǎn)傳送皮帶通過主動軸，進行傳動，側(cè)部通過電機安裝板、鍵、鍵槽，與翻轉(zhuǎn)傳送皮帶電機進行連接，達到機械傳動目的；翻轉(zhuǎn)電機分別通過電機支架與螺栓，安裝于翻轉(zhuǎn)機構(gòu)的兩側(cè)，由同步帶及同步帶輪進行傳動；車架夾緊氣缸通過自帶的螺母，固定在翻轉(zhuǎn)電機的內(nèi)側(cè)，并與翻轉(zhuǎn)電機連接；提升滾珠絲杠位于整個機構(gòu)的中央部分，通過絲杠支撐座和固定座，與翻轉(zhuǎn)電機及夾緊氣缸連接。

車架翻轉(zhuǎn)工位工作流程：（１）車架由上一工位，通過翻轉(zhuǎn)輸送皮帶，定位在翻轉(zhuǎn)工位的指定位置；（2）提升用滾珠絲杠工作，將整個翻轉(zhuǎn)夾具下移至一定高度；（3）車架夾緊氣缸A、B同時工作，負責(zé)將車架與翻轉(zhuǎn)夾具固定；（4）提升用滾珠絲杠工作，將整個翻轉(zhuǎn)夾具以及車架提升，以便為車架的翻轉(zhuǎn)預(yù)留出足夠的空間；（5）翻轉(zhuǎn)電機A、B同時工作，通過同步帶和帶輪，將車架進行180度翻轉(zhuǎn)；（6）翻轉(zhuǎn)完畢后，將整個翻轉(zhuǎn)夾具下移至一定高度，夾具松開，車架經(jīng)輸送帶進入下一工位。

1.2系統(tǒng)控制軟件設(shè)計分析

PLC控制系統(tǒng)的編程通常采用梯形圖語言，它是以掃描工作的方式進行順序動作的邏輯控制，其各部分的先后順序不太重要，但每條語句的輸入、輸出非常嚴格。系統(tǒng)編程通常包括以下幾個部分：（1）初始化命令，此命令主要目的在于對系統(tǒng)目前所處的狀態(tài)進行檢測和存儲，設(shè)置標志位等，為下一步的命令做好動作準備；（2）啟動系統(tǒng)程序，系統(tǒng)進行啟動之前，必須確定所有動作件處于零位（即停機位置），而針對氣缸要首先對其進行反向充氣，然后再將確保其進入初始位置；（3）手動控制系統(tǒng)程序，編寫此處的程序主要是為了完成手動控制面板所完成的動作，與自動控制系統(tǒng)的程序分開；（4）自動控制系統(tǒng)程序，通過完整的程序進行正?？刂频难h(huán)動作過程；（5）步進程序，在半自動條件下對系統(tǒng)進行步進控制，使系統(tǒng)緩慢工作；（6）急停程序，急停程序分為兩種，一種是危險急停，一旦啟動此程序，所有的電磁鐵斷電，所有氣缸保持原位，直到報警解除，另一種是軟急停，繼電器狀態(tài)保存，使所有對應(yīng)電磁鐵輸出為零，這樣的狀態(tài)使氣缸保持原位，系統(tǒng)進入調(diào)整狀態(tài)，不會對工件和系統(tǒng)造成沖擊，當(dāng)故障排除后，解除報警即可恢復(fù)運行；（7）復(fù)位程序，當(dāng)系統(tǒng)需要緊急情況非正常停車時，沖擊會造成氣缸等錯位，需要手動調(diào)整復(fù)位，但手動復(fù)位的位置往往不夠精確，復(fù)位程序可以自動調(diào)整，使其回到初始位置；（8）停止程序，系統(tǒng)工作完成后在初始位置處于等待狀態(tài)，停止程序?qū)⑹蛊溥M入停止位置，結(jié)束工作；（9）互鎖程序，為了保護系統(tǒng)在非正常操作的情況下發(fā)生干涉現(xiàn)象，加入互鎖程序是電路互相制約，避免發(fā)生意外；（10）報警程序，報警程序設(shè)置兩種情況下報警，一是氣缸或某運動部件動作越位或超過時間而沒歸位，另一種是氣源氣壓過低，無法正常工作。在進行具體的編程時，不一定十個部分必須都有，但為了設(shè)備及操作人員的安全，安全程序需要設(shè)計好，以防為企業(yè)造成較大的損失。

１.3PLC系統(tǒng)硬件設(shè)計分析

在PLC控制的車架翻轉(zhuǎn)工位系統(tǒng)中，需要的硬件分為以下幾類：（1）動力部分，電機、高壓氣源等；（2）控制部分，PLC控制器；（3）執(zhí)行部分，氣缸、翻轉(zhuǎn)機構(gòu)、傳動件等。在車架翻轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)中，氣缸作為執(zhí)行機構(gòu)與PLC控制結(jié)合，大大提高了車架翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)的靈活性和自動化程度，氣動控制有反應(yīng)快、速度高的特點，但是在實際操作中由于氣體易壓縮以及PLC存在較大的I/O相應(yīng)滯后的缺點，往往出現(xiàn)一定量的隨機誤差，尤其對于定位氣缸來說，其定位精度不高，某種程度上是犧牲了車架的部分質(zhì)量的。為了解決這個問題，我們利用PLC自身的性能對這個問題進行彌補。

在PLC進行工作時，從定位傳感器發(fā)出信號，經(jīng)控制器處理輸出執(zhí)行信號到信號得到執(zhí)行有一定的響應(yīng)滯后時間，這就是I/O響應(yīng)滯后時間，而這個響應(yīng)時間是造成氣缸運動定位有較大隨機誤差的關(guān)鍵因素。造成I/O響應(yīng)滯后時間的因素有3個，一是，輸入信號的響應(yīng)時間t1，二是，程序執(zhí)行掃描時間t2，三是，執(zhí)行器反應(yīng)時間t3，如日本三菱公司FX2系列的PLC控制器，其輸入滯后時間t1=4ms左右，程序掃描時間t2=3ms左右，而且程序越長，掃描時間越長，而執(zhí)行器反應(yīng)時間為t3=5ms左右，氣缸運動速度為1500mm/s，其隨機誤差可達18mm，而且執(zhí)行程序越長，誤差越大。如果再考慮到氣缸易壓縮和電磁閥的機械滯后，其誤差更大，這對要求精確定位的系統(tǒng)是不允許的。

為了減少系統(tǒng)自身響應(yīng)時間造成的誤差，需從縮小輸入響應(yīng)時間、縮小輸出詳細時間和縮小掃描程序時間3個方面出發(fā)。首先要縮小PLC的I/O響應(yīng)速度，即在PLC輸入端設(shè)置較多的輸入口，將它們的濾波時間設(shè)置成最小值50μs，這樣接口的信號輸入無需等待，大大減小了輸入響應(yīng)時間；其次縮小輸出反應(yīng)時間，即放棄傳統(tǒng)的繼電器輸出模式，改為晶體管開關(guān)輸出模式，其響應(yīng)時間不超過2ms，從而達到縮小系統(tǒng)響應(yīng)時間的目的；再次縮短程序執(zhí)行掃描時間，因為程序的長度是不固定的，輸入信號的時刻也是不固定的，所以在接受到信號后再進行掃描既影響了I/O的相應(yīng)速度，同時造成了滯后時間的不確定，無法進行補償，造成了誤差的隨機性，解決這個問題的最好辦法是采用中斷技術(shù)，這樣輸入信號的時間不會受掃描時間的影響，僅需要中斷程序的時間和執(zhí)行中斷程序的時間，共0.3ms。經(jīng)過這樣的改造后系統(tǒng)的響應(yīng)時間縮短為2.35ms。

２結(jié)論

本文通過對車架的翻轉(zhuǎn)工位設(shè)計問題的分析，對基于PLC控制的車架翻轉(zhuǎn)工位在設(shè)計中面臨的軟件問題和硬件問題進行了詳細的論述，并對這些問題提出了相應(yīng)的解決方案，以期能為車架翻轉(zhuǎn)工位設(shè)計人員提供一定的借鑒。

［責(zé)任編輯：曹明明］