吳焱明，葉云龍，年夫來，朱家誠(chéng)，吳天星

（合肥工業(yè)大學(xué) 機(jī)械與汽車工程學(xué)院，安徽 合肥 230009）

0 引言

汽車燃油箱是汽車燃油供給系統(tǒng)的重要部件，油箱的生產(chǎn)質(zhì)量直接影響了汽車的安全。其中咬口機(jī)是加工油箱的關(guān)鍵設(shè)備之一，現(xiàn)有的咬口機(jī)上下料基本采用人工操作，該生產(chǎn)方式不能滿足當(dāng)前油箱的生產(chǎn)，而且勞動(dòng)強(qiáng)度比較大［1，2］。本文設(shè)計(jì)了一種基于PLC的咬口機(jī)自動(dòng)上下料系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)從生產(chǎn)線上取油箱準(zhǔn)確送到咬口機(jī)工作臺(tái)上，并可將一端咬合完成的油箱進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，最后將另一端咬合完成的油箱再送回生產(chǎn)線的控制要求。

1 咬口機(jī)自動(dòng)上下料系統(tǒng)工作原理

咬口機(jī)自動(dòng)上下料機(jī)械系統(tǒng)主要由上下料升降裝置、上下料橫移裝置、上料旋轉(zhuǎn)裝置和液壓夾緊裝置等組成，如圖1所示。其中，上料升降裝置、上料橫移裝置、上料旋轉(zhuǎn)裝置、下料橫移裝置均主要由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，而下料升降裝置和輸送線主要由普通電機(jī)驅(qū)動(dòng)。

當(dāng)油箱輸送到取料位時(shí)，輸送電機(jī)停止，上料液壓裝置運(yùn)動(dòng)到取料位夾緊油箱，并提升一定的高度后將其送到咬口機(jī)工作臺(tái)；待油箱的一端咬合完成后，上料液壓裝置夾緊油箱并提升一定的高度，再將油箱旋轉(zhuǎn)半圈，并放在咬口機(jī)工作臺(tái)上，完成另一端咬合工作，下料液壓裝置將油箱取出并送到下料位上。

2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)硬件主要由PLC、觸摸屏、伺服電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器、傳感器及按鈕等組成，如圖2所示。PLC的輸入點(diǎn)包括啟動(dòng)、停止、急停、復(fù)位、報(bào)警清除、液壓缸夾緊和松開、液壓電機(jī)啟動(dòng)和停止等11個(gè)開關(guān)按鈕，以及原點(diǎn)、正極限、負(fù)極限、取料位、下料位等14個(gè)接近開關(guān)，共計(jì)25個(gè)輸入信號(hào)。輸出點(diǎn)主要包括4臺(tái)伺服電機(jī)的動(dòng)力電源、脈沖與方向、壓緊電磁閥、松開電磁閥、2個(gè)輸送線驅(qū)動(dòng)電機(jī)接觸器、下料升降電機(jī)接觸器以及正常運(yùn)行和報(bào)警指示燈等共24個(gè)輸出信號(hào)。從I／O點(diǎn)數(shù)、性能要求、可靠性和成本等角度綜合考慮，最終選用了歐姆龍的CP1 H系列的PLC和一個(gè)擴(kuò)展單元CPM1 A-20EDT［3］。

圖1 咬口機(jī)自動(dòng)上下料機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

整個(gè)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)思想，將控制系統(tǒng)主要分為手動(dòng)調(diào)整、手動(dòng)操作、自動(dòng)運(yùn)行、參數(shù)設(shè)置、產(chǎn)品選型和故障報(bào)警6個(gè)模塊，如圖3所示。控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括PLC程序設(shè)計(jì)和觸摸屏界面設(shè)計(jì)。其中觸摸屏界面包含開關(guān)按鈕、界面切換

按鈕、狀態(tài)顯示燈、數(shù)據(jù)輸入和顯示框等［4-6］。

圖3 系統(tǒng)功能模塊框圖

（1）手動(dòng)調(diào)整模塊：該模式主要用于維修調(diào)試時(shí)使用，可單獨(dú)對(duì)4臺(tái)伺服進(jìn)行電機(jī)位置調(diào)整、液壓電機(jī)操作以及壓緊、松開電磁閥動(dòng)作，如可以對(duì)提升伺服電機(jī)進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)升降、快動(dòng)升降等操作。

（2）手動(dòng)操作模塊：該模式主要用于手動(dòng)操作時(shí)使用，分別對(duì)4臺(tái)伺服電機(jī)、液壓電機(jī)以及壓緊、松開電磁閥進(jìn)行控制，如可以手動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)任意角度等操作。在該模式下，操作人員可以手動(dòng)分步控制來完成對(duì)油箱的上下料操作。

（3）自動(dòng)運(yùn)行模塊：開機(jī)以后，首先應(yīng)復(fù)位，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)原點(diǎn)接近開關(guān)信號(hào)建立整個(gè)系統(tǒng)的坐標(biāo)系，然后操作人員只需按下“啟動(dòng)”操作按鈕，系統(tǒng)即可自動(dòng)完成整個(gè)上下料流程，如圖4所示。整個(gè)上下料流程如下：當(dāng)油箱在輸送線上被送到取料位，此時(shí)輸送線暫停輸送，上料升降和上料橫移伺服電機(jī)帶動(dòng)上料液壓裝置快速向取料位運(yùn)動(dòng)，接近油箱前慢慢減速停止；接著上料液壓裝置夾緊油箱中心，并將其提升一定的高度后送向咬口機(jī)工作臺(tái)，緩緩對(duì)準(zhǔn)咬口機(jī)工作臺(tái)中心之后松開油箱，此時(shí)上料所有電機(jī)快速退回到系統(tǒng)設(shè)定的起點(diǎn)；之后，咬口機(jī)開始加工油箱的一端直至被咬合好，此時(shí)上料升降和上料橫移伺服電機(jī)帶動(dòng)上料液壓裝置再次運(yùn)動(dòng)到咬口機(jī)工作臺(tái)夾緊油箱后，提升一定的高度，再由上料旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)將油箱旋轉(zhuǎn)半圈，并緩慢地再次放在咬口機(jī)工作臺(tái)上，松開油箱，繼續(xù)對(duì)另一端咬合；最后，當(dāng)油箱全部咬合完成后，由下料橫移伺服電機(jī)和下料升降電機(jī)帶動(dòng)下料液壓裝置將油箱取出并送到下料位上，此時(shí)輸送線繼續(xù)運(yùn)行，下料全部電機(jī)快速退回。

（4）參數(shù)設(shè)置模塊：用來設(shè)定產(chǎn)品參數(shù)和系統(tǒng)數(shù)據(jù)，為了防止數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤改動(dòng)，只有輸入密碼后才能進(jìn)入。該模塊可設(shè)定或更改產(chǎn)品的型號(hào)參數(shù)，如油箱的長(zhǎng)、寬、高等，也可設(shè)定系統(tǒng)數(shù)據(jù)，如橫移伺服電機(jī)快進(jìn)量、快進(jìn)速度等。

（5）產(chǎn)品選型模塊：當(dāng)需要更換不同規(guī)格的油箱時(shí)，操作人員選擇將要操作的油箱型號(hào)，按下界面上的“確認(rèn)”按鈕，此時(shí)程序?qū)⒄{(diào)用該型號(hào)所對(duì)應(yīng)的所有系統(tǒng)參數(shù)，并將一些重要的參數(shù)顯示在界面上，以便操作人員核對(duì)調(diào)用的參數(shù)是否正確。這樣便實(shí)現(xiàn)對(duì)不同規(guī)格的金屬油箱進(jìn)行上下料操作，從而提高了設(shè)備的通用性。

（6）故障報(bào)警模塊：當(dāng)提升機(jī)架或橫移機(jī)架在移動(dòng)過程中超出安全位置，如碰到正、負(fù)極限開關(guān)時(shí)，或者伺服電機(jī)由于過載等原因報(bào)警時(shí)，或操作人員進(jìn)入危險(xiǎn)工作區(qū)域時(shí)，報(bào)警器都將發(fā)出聲光警報(bào)，同時(shí)觸摸屏上彈出窗口顯示報(bào)警信息。

圖4 咬口機(jī)上下料自動(dòng)運(yùn)行流程圖

4 結(jié)束語

該系統(tǒng)的自動(dòng)化操作大大提高了生產(chǎn)效率，減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，并保證了產(chǎn)品質(zhì)量。

［1］劉碧俊.汽車燃油箱自動(dòng)化生產(chǎn)線的開發(fā)研究［D］.鎮(zhèn)江：江蘇大學(xué)，2007：4-7.

［2］肖艷軍，李磊，周婧.基于PLC的自動(dòng)續(xù)料機(jī)械手［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2011（2）：152-154.

［3］王冬清，譚春.歐姆龍CP1 H PLC原理及應(yīng)用［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2009.

［4］呂品.PLC和觸摸屏組合控制系統(tǒng)的應(yīng)用［J］.自動(dòng)化儀表，2010，31（8）：45-51.

［5］趙玉剛，宋現(xiàn)春.數(shù)控技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

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