胡光凱

摘 要：本文探討了PLC在汽車廠總裝車間檢測(cè)線四輪定位中的應(yīng)用。重點(diǎn)描述了四輪定位控制系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)部分， 并說(shuō)明了硬件系統(tǒng)配置方法、PLC控制方法、各個(gè)站點(diǎn)通信架構(gòu)以及設(shè)備程序控制流程圖等， 展示了當(dāng)今最新的控制理念，給工廠生產(chǎn)帶來(lái)的便捷和效益。

關(guān)鍵詞：PLC；四輪定位；工業(yè)以太網(wǎng)；Device net

PLC即可編程邏輯控制器，由于應(yīng)用靈活，簡(jiǎn)單，可靠性強(qiáng)，在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)。隨著國(guó)內(nèi)汽車產(chǎn)業(yè)崛起，PLC的應(yīng)用更是為汽車制造業(yè)高效生產(chǎn)和智能化提升提供了廣闊的前景。

本文主要介紹汽車廠車輛四輪定位系統(tǒng)中，PLC如何控制各個(gè)部分功能塊，完成對(duì)車輛輪胎和大燈的檢測(cè)。

1 四輪定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

四輪定位系統(tǒng)主要入口掃描站，主機(jī)控制柜，軸距驅(qū)動(dòng)單元，浮動(dòng)平臺(tái)，滑動(dòng)平臺(tái)，對(duì)中機(jī)構(gòu)，防撞柱，激光頭系統(tǒng)以及方向盤測(cè)試裝置和操作臺(tái).

1）入口掃描站。入口掃描站由二維條碼掃描槍，按鍵操作器和三色塔燈組成。掃描槍用于掃描車輛信息，通過(guò)串口RS232與監(jiān)控主機(jī)通信，便于主機(jī)選擇不同檢測(cè)程序；按鍵操作器用于人工輸入信息使用；塔燈用于顯示設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，PLC通過(guò)Device net網(wǎng)絡(luò)控制燈不同狀態(tài)，包括報(bào)警，正常，運(yùn)行三種狀態(tài)。

2）主機(jī)控制柜。本設(shè)備PLC控制系統(tǒng)包含一臺(tái)AB PLC 1756-L32E可編程控制器，一個(gè)Device Net 模塊，2個(gè)16點(diǎn)輸入輸出模塊，一個(gè)AB PANELVIEW 600 Plus觸摸屏HMI和2臺(tái)研華工控機(jī)。其中PLC用于控制整個(gè)設(shè)備各個(gè)單元的運(yùn)轉(zhuǎn)和與主機(jī)信號(hào)交接。兩臺(tái)主機(jī)其中一臺(tái)用于收集激光頭測(cè)量數(shù)據(jù)并通過(guò)以太網(wǎng)傳送給另一臺(tái)主機(jī)，該主機(jī)用于數(shù)據(jù)計(jì)算，數(shù)據(jù)上傳，參數(shù)設(shè)置，界面顯示等。

3）軸距驅(qū)動(dòng)單元。本設(shè)備從中間到尾部是可滑動(dòng)包括左右兩側(cè)后面兩個(gè)激光頭系統(tǒng)，可適用于不同軸距車輛測(cè)量數(shù)據(jù)，該滑動(dòng)部分通過(guò)左右兩個(gè)電機(jī)帶動(dòng)絲杠來(lái)實(shí)現(xiàn)的。PLC從主機(jī)收到的車型信息，通過(guò)輸出信號(hào)給兩個(gè)AB PowerFlex40變頻器來(lái)控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)運(yùn)行，當(dāng)兩側(cè)光柵尺距離測(cè)得數(shù)值滿足設(shè)定要求停止，光柵尺前后兩端各有個(gè)行程開(kāi)關(guān)，用于設(shè)置行程最小和最大限位，防止超行程造成設(shè)備故障。

4）浮動(dòng)平臺(tái)。本平臺(tái)一共四個(gè)，每個(gè)平臺(tái)由滾筒組，定位銷，剎車機(jī)構(gòu)，鎖緊機(jī)構(gòu)和浮動(dòng)框架構(gòu)成。每個(gè)滾筒組其中一個(gè)滾筒內(nèi)置電機(jī)，另一個(gè)為隨動(dòng)滾筒，用于車輛輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)使用，PLC 通過(guò)遠(yuǎn)程I/O模塊輸出控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)正反轉(zhuǎn)；定位銷，位于浮動(dòng)盤下，前后各一個(gè)，可選擇性定位浮動(dòng)盤，當(dāng)測(cè)量前束角和外傾角時(shí)，前定位銷升起，在測(cè)量主銷和轉(zhuǎn)角時(shí)，前定位銷子下落；剎車機(jī)構(gòu)，由兩個(gè)位于滾筒底部的小氣缸帶動(dòng)剎車塊完成對(duì)滾筒的制動(dòng)；鎖緊機(jī)構(gòu)，是由一個(gè)氣缸帶動(dòng)機(jī)械構(gòu)造鎖緊整個(gè)浮動(dòng)平臺(tái)，氣缸伸出鎖緊機(jī)構(gòu)張開(kāi)，鎖定浮動(dòng)平臺(tái)，氣缸縮回，鎖緊機(jī)構(gòu)合上，浮動(dòng)平臺(tái)解鎖。

5）滑動(dòng)平臺(tái)。該平臺(tái)左右各兩個(gè)，前面的叫前滑動(dòng)平臺(tái)，后面的叫中間滑動(dòng)平臺(tái)，伸出時(shí)，用于車輛進(jìn)入駛出使用，縮回時(shí)，用于車輛調(diào)整使用，并在每個(gè)平臺(tái)上的阻擋輥，用于防止車輛測(cè)試時(shí)車輛駛出，其中前滑動(dòng)平臺(tái)是在方向盤水平儀放在原位后，才伸出回位；所有平臺(tái)動(dòng)作是由四個(gè)氣缸驅(qū)動(dòng)完成，每個(gè)氣缸上都有調(diào)速閥用于調(diào)節(jié)伸出縮回速度，到位信號(hào)也是開(kāi)關(guān)信號(hào)通過(guò)遠(yuǎn)程I/O模塊反饋給PLC。

6）對(duì)中機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)一共四個(gè)，左右各兩個(gè)，主要是車輛測(cè)試時(shí)，伸出對(duì)中機(jī)構(gòu)頂在四個(gè)輪胎外側(cè)面，使得車輛中心線能夠保證在設(shè)備中心線上，這樣測(cè)試的數(shù)據(jù)更加精確。每個(gè)對(duì)中機(jī)構(gòu)由滾輪，對(duì)中桿，氣缸以及鋼絲繩機(jī)構(gòu)組成，氣缸的速度可通過(guò)調(diào)速閥控制，壓力是通過(guò)閥島上的電磁閥側(cè)面的調(diào)壓旋鈕進(jìn)行調(diào)節(jié)。

7）防撞柱。該機(jī)構(gòu)由氣缸，圓柱鋼筒和警示燈組成，氣缸帶動(dòng)鋼筒升降通過(guò)PLC控制閥島輸出完成，在鋼筒上方有柱形的警示燈，當(dāng)升起時(shí)，PLC控制I/O輸出燈閃爍，提示操作人員車輛正在測(cè)試，小心防撞柱升起。

8）激光頭系統(tǒng)。該系統(tǒng)共有四部分，分左前，右前，左后，右后，每部分共有三個(gè)激光頭，分別固定在激光頭支架的上部和左右兩部，左右兩側(cè)6個(gè)激光頭串聯(lián)在一起經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換盒再與數(shù)據(jù)采集主機(jī)的激光頭數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換板相接；每個(gè)激光頭又分激光發(fā)射端和攝像頭接收端，工作時(shí)發(fā)射激光束照射輪胎表面，攝像頭根據(jù)設(shè)定區(qū)域采集激光數(shù)據(jù)；每部分激光頭機(jī)構(gòu)下方各有一個(gè)檢測(cè)開(kāi)關(guān)，用于檢測(cè)車輪是否有占位，通過(guò)遠(yuǎn)程I/O模塊反饋給PLC。

9）方向盤水平儀和操作臺(tái)。方向盤水平儀主要是車輛測(cè)試確保方向盤在零度位置，水平儀內(nèi)置了一個(gè)角度傳感器，將角度通過(guò)電壓信號(hào)給水平儀控制器，由該控制轉(zhuǎn)換成RS232通信給監(jiān)控主機(jī)；操作臺(tái)上有測(cè)試按鈕，終止按鈕，急停按鈕等，所有信號(hào)包含水平儀原位開(kāi)關(guān)都通過(guò)遠(yuǎn)程Device net總線模塊反饋給PLC。

2 四輪定位系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

本系統(tǒng)上層網(wǎng)絡(luò)使用的是工業(yè)以太網(wǎng)，用于PLC，觸摸屏HMI和工廠上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；PLC與監(jiān)控主機(jī)之間通信也是采用以太網(wǎng)；PLC與其它分站是基于Device Net現(xiàn)場(chǎng)總線的工業(yè)過(guò)程控制局域網(wǎng)，主要模塊有遠(yuǎn)程I/O模塊，現(xiàn)場(chǎng)總線模塊，閥島等。

網(wǎng)絡(luò)通信架構(gòu)如圖1所示。

3 四輪定位PLC程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

四輪定位有三種工作模式：手動(dòng)、自動(dòng)和標(biāo)定。在手動(dòng)模式下，維修人員可進(jìn)行手動(dòng)操作浮動(dòng)盤鎖緊和松開(kāi)，軸距手動(dòng)調(diào)節(jié)，滑動(dòng)平臺(tái)前進(jìn)和后退，防撞柱升降，對(duì)中機(jī)構(gòu)伸出和縮回，故障處理等動(dòng)作；在自動(dòng)狀態(tài)下檢測(cè)各個(gè)分系統(tǒng)的狀態(tài)正常后，系統(tǒng)開(kāi)始自動(dòng)運(yùn)行；標(biāo)定模式是用于對(duì)四輪定位激光頭進(jìn)行標(biāo)定使用。 四輪定位程序，主要分為設(shè)備PLC與主機(jī)間程序，用于PLC與主機(jī)間信號(hào)交互；設(shè)備控制程序，用于設(shè)備工作模式，輸入輸出點(diǎn)映射以及防撞柱，浮動(dòng)盤，軸距，對(duì)中機(jī)構(gòu)，滑動(dòng)平臺(tái)，水平儀等功能和報(bào)警控制；觸摸屏HMI程序用于顯示報(bào)警信息，設(shè)備手自動(dòng)操作，I/O狀態(tài)顯示，Device net網(wǎng)絡(luò)各站點(diǎn)狀態(tài)顯示等；工廠主機(jī)程序，用于設(shè)備信息發(fā)送給車間設(shè)備狀態(tài)顯示板，顯示設(shè)備報(bào)警信息，便于維修人員處理故障。

4 結(jié)束語(yǔ)

本四輪定位系統(tǒng)采用了PLC來(lái)控制外圍設(shè)備，并采用了Device net網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案，節(jié)約了設(shè)備設(shè)計(jì)成本和時(shí)間，還提高了設(shè)備的穩(wěn)定性。而隨著計(jì)算速度，功能種類，兼容性越來(lái)越強(qiáng)，相信會(huì)在自動(dòng)化發(fā)展中占有極其重要的作用。

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