基于PLC的汽車儀表指針壓裝控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

牛騰星

摘要：文章針對PLC的汽車儀表指針壓裝控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)展開敘述，分別對整機(jī)硬件組成及工作工藝流程、控制系統(tǒng)構(gòu)成、方案設(shè)計(jì)以及軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，希望可以不斷提升汽車工藝，推動(dòng)工業(yè)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：PLC；汽車儀表指針；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一、前言

在深入調(diào)查與分析現(xiàn)階段汽車儀表生產(chǎn)和裝配企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及工藝基本特點(diǎn)和要求的基礎(chǔ)上，我們看到現(xiàn)行的汽車儀表指針壓裝過程中存在壓力不能實(shí)時(shí)檢測、壓裝間隙不能精確控制、壓裝位置點(diǎn)不靈活、不能適用于多種車型儀表生產(chǎn)等問題，因而設(shè)計(jì)與制作本儀表指針壓裝控制系統(tǒng)以解決以上問題是重要的和必要的。

二、整機(jī)硬件組成及工作工藝流程

2.1 硬件組成

該汽車儀表指針自動(dòng)壓裝系統(tǒng)主要硬件結(jié)構(gòu)由PLC控制系統(tǒng)、觸摸屏、伺服電機(jī)系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)框架、儀表支撐移動(dòng)平臺(tái)、平臺(tái)氣缸和壓裝氣缸、XY軸運(yùn)動(dòng)絲桿組模、操作面板、氣動(dòng)閥及氣路等構(gòu)成[1]。

2.2 工作工藝流程

根據(jù)產(chǎn)品實(shí)際生產(chǎn)流程要求，其工作工藝流程如下：平臺(tái)、壓裝氣缸復(fù)位到位，放置儀表；儀表上電，判斷電流是否超標(biāo)；平臺(tái)前進(jìn)，壓裝氣缸XY軸運(yùn)動(dòng)，尋找坐標(biāo)點(diǎn)；壓裝氣缸達(dá)到壓裝點(diǎn)，壓裝氣缸下壓；過程中判斷壓裝壓力，超出限定值時(shí)復(fù)位并退出；第一個(gè)壓裝合格后，壓裝氣缸彈起并移動(dòng)至下一個(gè)壓裝點(diǎn)；連續(xù)壓裝全部點(diǎn)后，氣缸彈起并移動(dòng)回到XY軸原點(diǎn)；平臺(tái)退出，取出合格儀表，儀表壓裝流程結(jié)束.要說明的是工作過程中，任意時(shí)刻按下停止按鈕，系統(tǒng)將復(fù)位，即氣缸彈起并回復(fù)原點(diǎn)，平臺(tái)退出[2]。

三、控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)采用自上而下的主從兩層控制結(jié)構(gòu)，觸摸顯示屏作為協(xié)調(diào)管理級（上層），其余作為直接控制級（下層）.直接控制級由自動(dòng)壓裝電控系統(tǒng)、儀表安放與移送平臺(tái)、指針壓裝系統(tǒng)、儀表電流檢測系統(tǒng)、壓力檢測系統(tǒng)等組成.觸摸顯示屏協(xié)調(diào)管理PLC，進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制.該系統(tǒng)的自動(dòng)壓裝電控系統(tǒng)輸入輸出端口分別與儀表安放與移送平臺(tái)、還與壓力檢測系統(tǒng)、儀表電流檢測系統(tǒng)的輸出端連接；自動(dòng)壓裝電控系統(tǒng)的輸出端口還與指針壓裝系統(tǒng)的輸入端連接.自動(dòng)壓裝電控系統(tǒng)，用于接受電流、壓力檢測判斷和壓裝流程監(jiān)控；儀表安放與移送平臺(tái)，用于固定的待裝配汽車組合儀表，以及把儀表移送到指定的壓裝位置；指針壓裝系統(tǒng)，用于對儀表進(jìn)行指針壓裝，保證指針和儀表盤面之間的合理間隙；儀表電流檢測系統(tǒng)，用于檢測儀表通電瞬間和正常通電狀態(tài)下的電流值，從而為系統(tǒng)對儀表電路的合格判斷提供數(shù)據(jù)，提前淘汰廢品，并提高生產(chǎn)效率；壓力檢測系統(tǒng)，用于壓裝指針壓力的實(shí)時(shí)檢測[3]。

四、控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

該控制系統(tǒng)軟件由PLC控制軟件和觸摸屏控制軟件2部分組成，用于接受電流、壓力檢測判斷和壓裝流程監(jiān)控等功能.

4.1 PLC控制程序設(shè)計(jì)

PLC控制程序設(shè)計(jì)有調(diào)試、手動(dòng)、自動(dòng)3種運(yùn)行工作模式，采用模塊化設(shè)計(jì)方法.在PLC工作時(shí)，系統(tǒng)程序循環(huán)掃描主程序，主程序再調(diào)用各種功能子程序，完成控制任務(wù).9個(gè)子程序：系統(tǒng)復(fù)位子程序，電流檢測與判斷子程序，平臺(tái)前進(jìn)子程序，讀取坐標(biāo)子程序，氣缸XY軸移動(dòng)子程序，壓裝氣缸下壓子程序，壓力檢測與判斷子程序，壓力檢測與判斷子程序，多點(diǎn)壓裝判別子程序[4]。

4.1.1 調(diào)試運(yùn)行工作模式

在調(diào)試運(yùn)行工作模式下，技術(shù)員可進(jìn)行系統(tǒng)手動(dòng)操作和參數(shù)設(shè)置.在“壓制點(diǎn)設(shè)置界面”選擇“壓制選擇”下方的按鈕，即可選定某一壓制點(diǎn).在選定某一壓制點(diǎn)后，在“限位1、限位2、限位3”下方選定相應(yīng)的按鈕，即可選定某一限位（限位高低可通過調(diào)節(jié)壓制氣缸上方的限位鋼棒來實(shí)現(xiàn)）。

4.1.2 手動(dòng)運(yùn)行工作模式

在手動(dòng)運(yùn)行工作模式下，手動(dòng)運(yùn)行工作模式狀態(tài)指示燈常亮，操作員可對二臺(tái)伺服電機(jī)進(jìn)行X、Y軸方向的手動(dòng)運(yùn)行操作，并可對平臺(tái)和壓制氣缸進(jìn)行獨(dú)立操作。

4.1.3 自動(dòng)運(yùn)行工作模式

在自動(dòng)運(yùn)行工作模式下，自動(dòng)運(yùn)行工作模式狀態(tài)指示燈常亮，自動(dòng)進(jìn)行汽車儀表指針壓裝控制。還可通過壓裝坐標(biāo)的靈活選擇，實(shí)現(xiàn)一個(gè)組合儀表多達(dá)八個(gè)指針任意連續(xù)壓制的目標(biāo)。系統(tǒng)具有可靠穩(wěn)定性高、易操作、柔性好、高靈敏度的優(yōu)點(diǎn)，使控制系統(tǒng)變得經(jīng)濟(jì)、高效、穩(wěn)定且便于維護(hù)，完全能滿足當(dāng)前指針式汽車儀表裝配企業(yè)的生產(chǎn)要求[5]。

五、汽車儀表系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖控制系統(tǒng)由協(xié)調(diào)管理級、控制級、執(zhí)行級組成3級控制架構(gòu)。執(zhí)行級是控制結(jié)構(gòu)的最底層，主要包括模擬量信號采集單元（由壓力傳感器、電流傳感器）、數(shù)字量輸入輸出單元（由限位開關(guān)、按鈕、指示燈、蜂鳴器、伺服驅(qū)動(dòng)器組成）、脈沖信號采集與處理單元、高速脈沖輸出單元、伺服運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)（由兩個(gè)不同行程的氣缸組成）和各種傳感器，它是整個(gè)系統(tǒng)的執(zhí)行部09分；控制級是3級控制結(jié)構(gòu)的中間層，主要包括PLC主機(jī)、模擬量模塊和通信模塊等，它可以完成執(zhí)行級中各設(shè)備間的控制，并可以將執(zhí)行級的數(shù)據(jù)上傳到協(xié)調(diào)管理級，它是連接執(zhí)行級和協(xié)調(diào)管理級的橋梁；協(xié)調(diào)管理級是人機(jī)界面的觸摸屏，它可以完成對系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)的在線監(jiān)控、輸入輸出參數(shù)的監(jiān)控與設(shè)定、設(shè)備故障報(bào)警等。采用3級控制架構(gòu)的控制方式可以提高系統(tǒng)的診斷效果和穩(wěn)定性，降低出錯(cuò)率，從而對系統(tǒng)設(shè)備的平穩(wěn)運(yùn)行產(chǎn)生積極作用[6]。

六、結(jié)束語

本文提出了基于西門子PLC和觸摸屏技術(shù)的汽車儀表指針自動(dòng)壓裝系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)方案，解決了目前汽車儀表指針壓裝中存在的缺陷：通過對儀表通電動(dòng)態(tài)電流進(jìn)行監(jiān)控，不合格儀表在壓裝指針前自動(dòng)被淘汰；對指針壓裝的壓力值實(shí)時(shí)監(jiān)測，根據(jù)指針壓力合格范圍進(jìn)行自動(dòng)壓裝，避免壓裝壓力過小導(dǎo)致指針脫落，壓力過大損壞儀表等情況出現(xiàn)，大大降低了廢品率；可保證指針的精確定位，從而可提高指針壓裝的速度和進(jìn)一步提高產(chǎn)品的合格率。

參考文獻(xiàn)：

[1] 鄧其貴. 基于PLC技術(shù)的汽車儀表指針壓裝系統(tǒng)的研究及其工程實(shí)現(xiàn)[D]. 廣西大學(xué)， 2012.

[2] 許德成. 汽車儀表指針壓入設(shè)備控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D]. 吉林大學(xué)， 2007.

[3] 李楊， 藍(lán)偉銘. 一種汽車儀表指針帽體與儀表盤壓裝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 裝備制造技術(shù)， 2016（1）：74-77.

[4] 王小明， 鮑曉敏， 劉愛博. 基于PLC的貨車滾動(dòng)軸承壓裝機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 機(jī)械工程與自動(dòng)化， 2010（6）：138-139.

[5] 高飛， 湯志祥. 基于PLC的組合儀表壓針軸機(jī)控制系統(tǒng)[J]. 電氣自動(dòng)化， 2006， 28（6）：51-52.

[6] 沈紅衛(wèi). 基于單片機(jī)的智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[M]. 電子工業(yè)出版社， 2005.

（作者單位：長城汽車股份有限公司

河北省汽車工程技術(shù)研究中心）