蔣　玲，張　超

(1.蕪湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣工程學(xué)院，安徽 蕪湖 241006；2.佛吉亞排氣控制技術(shù)開發(fā)(上海)有限公司，上海 201107)

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汽車歧管檢測(cè)與打標(biāo)一體機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

蔣玲1，張超2

(1.蕪湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣工程學(xué)院，安徽 蕪湖 241006；2.佛吉亞排氣控制技術(shù)開發(fā)(上海)有限公司，上海 201107)

摘要：汽車排氣歧管檢測(cè)與打標(biāo)一體機(jī)是根據(jù)汽車零部件制造商的需要專門研制的，用于檢測(cè)汽車歧管氣密性及筒體打標(biāo)的一種裝置。該裝置是由機(jī)械、氣動(dòng)和PLC控制三大系統(tǒng)組成的，采用三菱PLC、傳感器等元器件和日本SMC的氣動(dòng)元件來實(shí)現(xiàn)汽車歧管自動(dòng)檢測(cè)與自動(dòng)打標(biāo)。歧管檢測(cè)與打標(biāo)一體機(jī)從投產(chǎn)以來，工作可靠，運(yùn)行穩(wěn)定，較好地完成歧管氣密性檢測(cè)與打標(biāo)任務(wù)，完全能滿足生產(chǎn)工藝的要求。

關(guān)鍵詞：汽車排氣歧管；氣密性檢測(cè)；打標(biāo)；一體機(jī)；PLC

0前言

汽車排氣歧管是將發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的廢氣,從多個(gè)汽缸中順利排出的重要零件, 它的工作情況直接關(guān)系到發(fā)動(dòng)機(jī)的工作可靠性和使用耐久性，同時(shí)會(huì)直接影響著汽車的舒適性、廢氣的順利排放、廢氣的催化轉(zhuǎn)換處理和發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。在汽車歧管產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，對(duì)其進(jìn)行密封性檢測(cè)己成為不可缺少的一個(gè)重要的工序。為了讓用戶能夠方便直觀地了解這些汽車零部件的基本信息，需要在這些產(chǎn)品的表面進(jìn)行信息標(biāo)示，工業(yè)標(biāo)記成為汽車零部件過程的重要工序之一。

目前的汽車歧管生產(chǎn)過程，工作人員先進(jìn)行歧管氣密檢測(cè)，氣密檢測(cè)合格后再搬運(yùn)到打標(biāo)機(jī)上進(jìn)行筒體打標(biāo)，但是當(dāng)大批量生產(chǎn)時(shí)常常誤工、誤時(shí)，效率低下，不利于產(chǎn)品快速流動(dòng)，生產(chǎn)線上的產(chǎn)品積壓現(xiàn)象較為嚴(yán)重；由于原先的兩臺(tái)設(shè)備本身獨(dú)立工作，每臺(tái)設(shè)備都需要工裝夾持裝置和電氣控制系統(tǒng)，設(shè)備制造費(fèi)用高，維護(hù)工作量大。另外氣密機(jī)檢測(cè)的結(jié)果對(duì)打標(biāo)機(jī)不產(chǎn)生任何影響，即氣密合格與不合格產(chǎn)品在打標(biāo)機(jī)均能打標(biāo)，不具備防錯(cuò)功能，不利于大批量生產(chǎn)作業(yè)，導(dǎo)致操作工在操作過程中將不合格的產(chǎn)品當(dāng)作合格的產(chǎn)品進(jìn)行了打標(biāo)，出現(xiàn)不合格產(chǎn)品流向客戶，導(dǎo)致索賠，既造成經(jīng)濟(jì)損失又損害了公司的聲譽(yù)。

汽車歧管氣密性檢測(cè)及打標(biāo)功能一體機(jī)即是在此背景下開發(fā)設(shè)計(jì)的，其主要用于汽車歧管氣密性檢測(cè)、歧管打標(biāo)[1]。本設(shè)計(jì)已獲得實(shí)用新型專利(專利號(hào)201420518856.3)。

1工作原理及組成

汽車歧管檢測(cè)與打標(biāo)一體機(jī)包括氣密檢測(cè)及打標(biāo)公用的檢測(cè)裝夾平臺(tái)、待測(cè)工件、收縮氣缸、壓緊氣缸、打標(biāo)機(jī)、電氣控制系統(tǒng)。其特征在于：按下啟動(dòng)按鈕后，首先壓緊氣缸將工件壓緊在裝有密封圈的平臺(tái)上，收縮氣缸封堵住另一出口，快速充氣閥打開向歧管內(nèi)充氣，當(dāng)與歧管相連通的壓力傳感器達(dá)到規(guī)定的壓力時(shí)，快速充氣閥關(guān)閉，打開裝有流量傳感器的慢充閥，確保壓力恒定，若流量傳感器的值小于設(shè)定值，系統(tǒng)顯示合格，合格指示燈亮，系統(tǒng)自動(dòng)排氣，收縮氣缸縮回，打標(biāo)機(jī)啟動(dòng)開始打標(biāo)，打標(biāo)結(jié)束后，壓緊氣缸縮回，釋放出工件；若流量傳感器的值大于設(shè)定值，系統(tǒng)顯示不合格，不合格指示燈亮，并發(fā)出聲光報(bào)警，系統(tǒng)自動(dòng)排氣，收縮氣缸縮回，打標(biāo)機(jī)不啟動(dòng)打標(biāo)程序，壓緊氣缸不縮回，工件始終處于壓緊狀態(tài)，不能拿出，只有按下不合格產(chǎn)品解鎖按鈕才能縮回壓緊氣缸，取下工件，實(shí)現(xiàn)了僅有歧管氣密檢驗(yàn)合格才能打標(biāo)的防錯(cuò)和一次裝夾完成檢測(cè)、打標(biāo)兩次作業(yè)的目的。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　檢測(cè)及打標(biāo)工裝結(jié)構(gòu)圖

2氣動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

圖2　氣動(dòng)控制回路的工作原理圖

氣動(dòng)控制系統(tǒng)是汽車歧管檢測(cè)與打標(biāo)一體機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)之一，該氣動(dòng)控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)工件與裝有密封圈的平臺(tái)之間的夾緊與松開，汽車歧管另一出口的封堵與松開。由PLC實(shí)現(xiàn)開關(guān)量邏輯控制。氣動(dòng)控制回路的工作原理如圖2所示。1Y1、2Y1為控制氣缸運(yùn)動(dòng)的單電控二位五通電磁閥，1B1、1B2、2B1、2B2為安裝在氣缸極限工作位置上的磁性傳感器。

3PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)和PLC選型。主要依據(jù)工藝過程和技術(shù)要求，以及最優(yōu)控制原則，確定系統(tǒng)的控制方案[2-3]。在PLC選型時(shí)，應(yīng)詳細(xì)分析工藝過程的特點(diǎn)和控制要求，確定有哪些信號(hào)輸入給PLC，哪些負(fù)載由PLC驅(qū)動(dòng)，是開關(guān)量還是模擬量，是直流量還是交流量，以及電壓等級(jí)等，并估算所需存儲(chǔ)器容量，最后選擇性價(jià)比較高的PLC和設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)[4]。

圖3　設(shè)備控制系統(tǒng)

在該系統(tǒng)中，控制部分采用三菱小型PLC，型號(hào)為FX2N-24MR。作為該一體機(jī)控制系統(tǒng)的核心部件PLC，其輸入端口接入系統(tǒng)所需的各開關(guān)、主令信號(hào)按鈕，PLC輸出端主要與要控制的電磁閥、繼電器和工作狀態(tài)信號(hào)指示燈等相連，系統(tǒng)所需的各種邏輯控制要求全部在PLC內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，工作過程通過外部指示燈顯示。設(shè)備控制系統(tǒng)如圖3所示，PLC的外部接線如圖4所示。

3.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

PLC控制程序是汽車歧管檢測(cè)與打標(biāo)一體機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心，一體機(jī)使用效果與程序設(shè)計(jì)的可靠性有關(guān)，設(shè)備操作是否人性化也與程序設(shè)計(jì)有很大關(guān)系，另外PLC程序設(shè)計(jì)時(shí)要盡量縮短其運(yùn)行時(shí)間，從而提高設(shè)備的運(yùn)行效率。此一體機(jī)程序由原點(diǎn)回歸、手動(dòng)調(diào)整程序、自動(dòng)運(yùn)行操作程序等構(gòu)成。設(shè)備通電、氣源接通后，先在手動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行一次原點(diǎn)回歸[5]。

一般情況下設(shè)備的參數(shù)都已經(jīng)設(shè)好，如無必要不需對(duì)設(shè)備進(jìn)行調(diào)整。手/自動(dòng)選擇開關(guān)應(yīng)置于自動(dòng)檔，操作員首先將工件放入后，雙手啟動(dòng)，設(shè)備進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。

自動(dòng)運(yùn)行的順序如圖5所示。

圖5自動(dòng)運(yùn)行流程圖自動(dòng)運(yùn)行中如果按下急?；蛟O(shè)備發(fā)生故障，立即停止，急停指示燈閃爍，以示提醒。確定無安全隱患后，將運(yùn)行方式開關(guān)選擇置于手動(dòng)位置，按回原點(diǎn)按鈕設(shè)備自動(dòng)回到初始狀態(tài)。到達(dá)原位后原位指示燈常亮提示復(fù)位結(jié)束設(shè)備正常。

手動(dòng)操作程序主要是在設(shè)備維修和調(diào)試過程中使用，便于單步操作設(shè)備[3]。采用三菱PLC對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，控制系統(tǒng)的控制要求改變時(shí)，只需將程序進(jìn)行修改，就能滿足系統(tǒng)要求，非常靈活方便，簡化了硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，控制電路部分接線大大減少。

4結(jié)語

汽車歧管檢測(cè)與打標(biāo)一體機(jī)根據(jù)用戶的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)制作的，本設(shè)備采用機(jī)、電、氣一體化設(shè)計(jì)、氣動(dòng)部分采用日本SMC的氣動(dòng)控制元件，電氣控制系統(tǒng)由三菱FX2N系列PLC；設(shè)備具有手動(dòng)、自動(dòng)、故障報(bào)警和顯示等功能。

該設(shè)備將原先的兩道工序、兩臺(tái)設(shè)備經(jīng)過整合和機(jī)電一體化設(shè)計(jì)之后變成一臺(tái)設(shè)備和一道工序，減少了工人的重復(fù)操作，縮短了操作的時(shí)間，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，比原設(shè)備工作時(shí)間節(jié)約了15秒，同時(shí)提高了工作效率，節(jié)約了生產(chǎn)成本和設(shè)備投入。通過PLC程序設(shè)計(jì)和外圍控制電路處理，將工件氣密檢測(cè)和打標(biāo)聯(lián)系起來形成互鎖，合格工件打標(biāo)，不合格工件不打標(biāo)，且不合格工件不會(huì)自動(dòng)釋放，只有按下不合格產(chǎn)品解鎖按鈕才能釋放開不合格工件，進(jìn)行了有效的防錯(cuò)，杜絕了不合格產(chǎn)品流向客戶。

在工業(yè)實(shí)踐中，該設(shè)備既可用于汽車歧管氣密性檢測(cè)和打標(biāo)，也可用于汽車排氣系統(tǒng)其它部件的氣密性檢測(cè)與打標(biāo)，以及其它行業(yè)產(chǎn)品氣密性檢測(cè)與打標(biāo)[1]。

參考文獻(xiàn)

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[2] 廖常初.PLC基礎(chǔ)及應(yīng)用(第三版)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2014:145-146.

[3] 李乃夫,何瓊,蓋超會(huì),等.可編程控制器技術(shù)[M].北京:高等教育出版社，2014:239-241.

[4] 湯自春,許建平,劉耀元,等.PLC技術(shù)應(yīng)用[M].北京:高等教育出版社,2015：177-178.

[5] 蔣玲,張超.三元催化器GBD封裝設(shè)備控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].西安航空學(xué)院學(xué)報(bào),2015(1):53-57,79.

[責(zé)任編輯、校對(duì)：梁春燕]

Design of Control System for Automobile Exhaust Manifold Detection and Marking

JIANGLing1,ZHANGChao2

(1.Department of Electrical Engineering,Wuhu Institute of Technology,Wuhu 241006,China;2.Faurecia Exhaust Control Technology Development (Shanghai) Co.,Ltd.,Shanghai 201107,China)

Abstract：Automobile exhaust manifold detection and marking machine is a kind of device especially designed to detect manifold air tightness and mark for cylinder based on the need of auto part manufacturers.The device is composed of mechanical system,pneumatic system and PLC.It employs the MITSUBISHI PLC,sensor components and SMC pneumatic components researched and developed by Japan to control automatic detecting and automatic marking.The machine has been working stably since its production,suitable for detecting exhaust manifold air tightness and marking for cylinder.The automobile exhaust manifold detection and marking machine can fully meet the process requirements.

Key words：automobile exhaust manifold;leak detection;marking;integrated machine;PLC

中圖分類號(hào)：U464

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1008-9233(2016)01-0060-04

作者簡介：蔣玲(1974-)，女，安徽桐城人，副教授，從事PLC及自動(dòng)控制方面的教學(xué)和研究。

基金項(xiàng)目：蕪湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院2015年度校級(jí)科學(xué)研究項(xiàng)目(Wzyzr201501)；實(shí)用新型專利(專利號(hào)201420518856.3)

收稿日期：2015-11-09