汽車保險杠沖孔機床控制系統(tǒng)設(shè)計

黃夢洋

(湖北省機電研究設(shè)計院， 湖北 武漢 430070)

汽車保險杠沖孔機床是機電一體化產(chǎn)品．沖孔機床以PLC(可編程控制器)為核心，控制保險杠的到位、定位、工作平臺的移動以及保險杠夾緊、沖孔返回等動作，從而實現(xiàn)保險杠孔的自動加工．汽車保險杠沖孔機床的工作原理如圖1所示，各氣缸的運動由電磁換向閥和形成開關(guān)控制，并由PLC實現(xiàn)步進控制．

1-沖孔氣缸; 2-工作臺平移氣缸; 3-工作臺;

其中汽車保險杠沖孔機床的控制系統(tǒng)是實現(xiàn)設(shè)備完成加工任務(wù)的核心，汽車保險杠的加工是按照一定的順序完成的，因此，本文基于PLC和FameView設(shè)計汽車保險杠沖孔機床控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了系統(tǒng)操作與監(jiān)控等功能．

1 汽車保險杠沖孔機床控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.1 汽車保險杠沖孔機床控制流程

汽車保險杠沖孔機床的沖孔過程主要分為三個階段，沖孔前準備階段(包括保險杠到位、定位、移動到?jīng)_孔位置、夾緊)、沖孔階段、沖孔完成返回階段．保險杠沖孔機床的工作流程見圖2.

圖 2 汽車保險杠沖孔機床控制流程圖

在開始工作前，機床首先進行自檢測，在保證傳感器、行程開關(guān)等硬件沒有故障的情況下，工作面板上顯示綠色按鈕；若存在故障則發(fā)生報警，直至故障解除；在工作過程中，每個動作都有傳感器對工作完成情況進行確認，再進入下一個工作階段．

1.2 汽車保險杠沖孔機床控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

針對沖孔機床的控制要求，可以采用繼電器控制和PLC控制．本文采用可編程控制器實現(xiàn)機床的控制，采用觸摸屏設(shè)計了人機交互界面，通過這種方法，沖孔機床的很多加工參數(shù)都能夠直接顯示到界面上，使得機床的操作更加人性化．控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖3．

圖 3 汽車保險杠沖孔機床控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 基于PLC的汽車保險杠沖孔機床控制系統(tǒng)設(shè)計

2.1 基于PLC的汽車保險杠沖孔機床控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計

PLC按其硬件結(jié)構(gòu)可以分為以下三種：整體式、疊加式和插件式．根據(jù)汽車保險杠沖孔機床的特點，本文選擇整體式PLC控制．沖孔機床實現(xiàn)的是間斷的工作形式，對PLC輸出點的工作頻率要求不高，故本文選用PLC的控制輸出類型為繼電器．結(jié)合汽車保險杠沖孔機床的特點，綜合比較分析PLC的性能，F(xiàn)X2N型在滿足沖孔機床控制要求的情況下，性價比較高[1]．

為使汽車保險杠的沖孔質(zhì)量和沖孔精度達到要求，在沖孔機床加工過程中需要控制加熱棒的溫度在一定范圍內(nèi)，因此要選擇三溫度控制模塊，本系統(tǒng)選擇日本三菱公司生產(chǎn)的型號為AJ65SBTC4的溫度控制模塊．

本文根據(jù)PLC輸入、輸出設(shè)計原則并結(jié)合汽車保險杠沖孔機床的工作原理，設(shè)計出了沖孔機床的部分PLC輸入和輸出外部接線圖(圖4)[2]．

2.2 基于PLC的汽車保險杠沖孔機床控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

由于汽車保險杠沖孔機床的控制系統(tǒng)是典型的順序控制系統(tǒng)，因此機床的控制系統(tǒng)程序設(shè)計采用順序功能圖的方法，見圖5．它主要包括兩個模塊：開機準備模塊和程序主體模塊．

圖 4 PLC外部接線圖

圖 5 基于PLC的汽車保險杠沖孔機床控制系統(tǒng)

開機準備模塊又包括初始化模塊、報警檢測及報警解除模塊．初始化模塊實現(xiàn)控制系統(tǒng)的初始化設(shè)置，主要是對各繼電器的復(fù)位，以防發(fā)生意外；報警檢測及報警解除模塊是PLC對控制系統(tǒng)的硬件進行檢測，檢測的內(nèi)容包括傳感器、限位開關(guān)、氣源壓力以及硬件接線等，若出現(xiàn)故障將由人機交互界面顯示故障代碼，并指導(dǎo)操作人員及時排除故障進行生產(chǎn)；程序主體模塊包括手動運行模塊和自動運行模塊．程序主體模塊是整個控制軟件的核心，它控制沖孔機床完成沖孔的任務(wù)．[3]

3 基于FameView的汽車保險杠沖孔機床控制系統(tǒng)人機界面設(shè)計

3.1 人機界面設(shè)計流程

本文選用北京捷控科技有限公司的FameviewTPC-121進行汽車保險杠沖孔機床控制系統(tǒng)人機界面設(shè)計，設(shè)計流程見圖6．[4-6]

圖 6 人機界面設(shè)計步驟

3.2 人機界面開發(fā)

本文采用可編程控制器和觸摸屏設(shè)計適合沖孔機床的控制系統(tǒng)，通過人機交互界面可以快捷地實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳遞，人機交互界面由戶登錄界面、報警界面、自動運行界面及手動運行界面組成，且各界面之間可以通過控制面板上的選擇開關(guān)進行選擇．

用戶登錄界面見圖7．它的主要作用是實現(xiàn)控制系統(tǒng)的登錄、注銷以及各種操作方式的切換．

圖 7 登錄界面

圖8所示分別為自動運行和手動運行界面．自動運行做為機床的主要工作方式，界面上應(yīng)該包括加工時的主要參數(shù)，如溫度顯示器、計時器、計數(shù)器以及報警提示彈出窗口；手動運行主要作用是為調(diào)試提供方便而設(shè)計，因此手動界面主要包括各步進操作的按鈕以及設(shè)備運行狀態(tài)指示燈．

圖 8 系統(tǒng)運行界面

4 結(jié)束語

本文在汽車保險杠沖孔機床控制流程的基礎(chǔ)上，基于PLC和FameView設(shè)計了汽車保險杠沖孔機床控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)；通過分析對比，對控制系統(tǒng)硬件進行了選型和設(shè)計，基于控制系統(tǒng)軟件整體結(jié)構(gòu)和PLC開發(fā)環(huán)境，開發(fā)了控制系統(tǒng)軟件程序；設(shè)計了汽車保險杠沖孔機床控制系統(tǒng)軟硬件；基于觸摸屏技術(shù)，將控制按鈕嵌入到觸摸屏中，開發(fā)了基于FameView的汽車保險杠沖孔機床控制系統(tǒng)人機交互界面，既實現(xiàn)了汽車保險杠沖孔機床的實時監(jiān)控，又提高了其人機交互性能．

[參考文獻]

[1] 高春甫，賀新升，陸 爽. 三菱可編程控制器應(yīng)用技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010.

[2] 孫志義，孫 蓓.PLC控制系統(tǒng)給設(shè)計[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010.

[3] 曹 衛(wèi)，張 巍. PLC控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計[J].甘肅科技，2010，26(1)：22-24.

[4] 北京杰控科技有限公司. Fame View 組態(tài)軟件使用手冊：10/2009[M].北京：北京杰控科技有限公司，2009.

[5] Da′na S, Sagahyroon A， Elrayes A，et al. Development of a monitoring and control platform for PLC-based applications[J].Computer Standards & Interfaces，2008,30:157-166.

[6] Seo Ryong Koo，Poong Hyun Seong. Software design specication and analysis technique (SDSAT) for the development of safety-critical systems based on a programmable logic controller (PLC) [J]．Reliability Engineering and System Safety，2006，91:648-664.