牛騰星

摘要：文章針對PLC的汽車儀表指針壓裝控制系統(tǒng)設計展開敘述，分別對整機硬件組成及工作工藝流程、控制系統(tǒng)構成、方案設計以及軟件設計進行研究，希望可以不斷提升汽車工藝，推動工業(yè)發(fā)展。

關鍵詞：PLC；汽車儀表指針；系統(tǒng)設計

一、前言

在深入調查與分析現(xiàn)階段汽車儀表生產和裝配企業(yè)的生產設備及工藝基本特點和要求的基礎上，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時檢測、壓裝間隙不能精確控制、壓裝位置點不靈活、不能適用于多種車型儀表生產等問題，因而設計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壓裝系統(tǒng)主要硬件結構由PLC控制系統(tǒng)、觸摸屏、伺服電機系統(tǒng)、結構框架、儀表支撐移動平臺、平臺氣缸和壓裝氣缸、XY軸運動絲桿組模、操作面板、氣動閥及氣路等構成[1]。

2.2 工作工藝流程

根據產品實際生產流程要求，其工作工藝流程如下：平臺、壓裝氣缸復位到位，放置儀表；儀表上電，判斷電流是否超標；平臺前進，壓裝氣缸XY軸運動，尋找坐標點；壓裝氣缸達到壓裝點，壓裝氣缸下壓；過程中判斷壓裝壓力，超出限定值時復位并退出；第一個壓裝合格后，壓裝氣缸彈起并移動至下一個壓裝點；連續(xù)壓裝全部點后，氣缸彈起并移動回到XY軸原點；平臺退出，取出合格儀表，儀表壓裝流程結束.要說明的是工作過程中，任意時刻按下停止按鈕，系統(tǒng)將復位，即氣缸彈起并回復原點，平臺退出[2]。

三、控制系統(tǒng)方案設計

控制系統(tǒng)采用自上而下的主從兩層控制結構，觸摸顯示屏作為協(xié)調管理級（上層），其余作為直接控制級（下層）.直接控制級由自動壓裝電控系統(tǒng)、儀表安放與移送平臺、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)調管理PLC，進行數(shù)據通信，實現(xiàn)工業(yè)控制.該系統(tǒng)的自動壓裝電控系統(tǒng)輸入輸出端口分別與儀表安放與移送平臺、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，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，提前淘汰廢品，并提高生產效率；壓力檢測系統(tǒng)，用于壓裝指針壓力的實時檢測[3]。

四、控制系統(tǒng)軟件設計

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控制程序設計

PLC控制程序設計有調試、手動、自動3種運行工作模式，采用模塊化設計方法.在PLC工作時，系統(tǒng)程序循環(huán)掃描主程序，主程序再調用各種功能子程序，完成控制任務.9個子程序：系統(tǒng)復位子程序，電流檢測與判斷子程序，平臺前進子程序，讀取坐標子程序，氣缸XY軸移動子程序，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，多點壓裝判別子程序[4]。

4.1.1 調試運行工作模式

在調試運行工作模式下，技術員可進行系統(tǒng)手動操作和參數(shù)設置.在“壓制點設置界面”選擇“壓制選擇”下方的按鈕，即可選定某一壓制點.在選定某一壓制點后，在“限位1、限位2、限位3”下方選定相應的按鈕，即可選定某一限位（限位高低可通過調節(jié)壓制氣缸上方的限位鋼棒來實現(xiàn)）。

4.1.2 手動運行工作模式

在手動運行工作模式下，手動運行工作模式狀態(tài)指示燈常亮，操作員可對二臺伺服電機進行X、Y軸方向的手動運行操作，并可對平臺和壓制氣缸進行獨立操作。

4.1.3 自動運行工作模式

在自動運行工作模式下，自動運行工作模式狀態(tài)指示燈常亮，自動進行汽車儀表指針壓裝控制。還可通過壓裝坐標的靈活選擇，實現(xiàn)一個組合儀表多達八個指針任意連續(xù)壓制的目標。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，使控制系統(tǒng)變得經濟、高效、穩(wěn)定且便于維護，完全能滿足當前指針式汽車儀表裝配企業(yè)的生產要求[5]。

五、汽車儀表系統(tǒng)總體結構

系統(tǒng)總體結構圖控制系統(tǒng)由協(xié)調管理級、控制級、執(zhí)行級組成3級控制架構。執(zhí)行級是控制結構的最底層，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、按鈕、指示燈、蜂鳴器、伺服驅動器組成）、脈沖信號采集與處理單元、高速脈沖輸出單元、伺服運動系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)（由兩個不同行程的氣缸組成）和各種傳感器，它是整個系統(tǒng)的執(zhí)行部09分；控制級是3級控制結構的中間層，主要包括PLC主機、模擬量模塊和通信模塊等，它可以完成執(zhí)行級中各設備間的控制，并可以將執(zhí)行級的數(shù)據上傳到協(xié)調管理級，它是連接執(zhí)行級和協(xié)調管理級的橋梁；協(xié)調管理級是人機界面的觸摸屏，它可以完成對系統(tǒng)設備狀態(tài)的在線監(jiān)控、輸入輸出參數(shù)的監(jiān)控與設定、設備故障報警等。采用3級控制架構的控制方式可以提高系統(tǒng)的診斷效果和穩(wěn)定性，降低出錯率，從而對系統(tǒng)設備的平穩(wěn)運行產生積極作用[6]。

六、結束語

本文提出了基于西門子PLC和觸摸屏技術的汽車儀表指針自動壓裝系統(tǒng)的具體設計方案，解決了目前汽車儀表指針壓裝中存在的缺陷：通過對儀表通電動態(tài)電流進行監(jiān)控，不合格儀表在壓裝指針前自動被淘汰；對指針壓裝的壓力值實時監(jiān)測，根據指針壓力合格范圍進行自動壓裝，避免壓裝壓力過小導致指針脫落，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一步提高產品的合格率。

參考文獻：

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

[2] 許德成. 汽車儀表指針壓入設備控制系統(tǒng)設計[D]. 吉林大學， 2007.

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

[4] 王小明， 鮑曉敏， 劉愛博. 基于PLC的貨車滾動軸承壓裝機控制系統(tǒng)設計[J]. 機械工程與自動化， 2010（6）：138-139.

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

[6] 沈紅衛(wèi). 基于單片機的智能系統(tǒng)設計與實現(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研究中心）