基于PLC的汽車儀表指針壓裝控制系統設計

牛騰星

摘要：文章針對PLC的汽車儀表指針壓裝控制系統設計展開敘述，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，推動工業發展。

關鍵詞：PLC；汽車儀表指針；系統設計

一、前言

在深入調查與分析現階段汽車儀表生產和裝配企業的生產設備及工藝基本特點和要求的基礎上，我們看到現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主要硬件結構由PLC控制系統、觸摸屏、伺服電機系統、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，系統將復位，即氣缸彈起并回復原點，平臺退出[2]。

三、控制系統方案設計

控制系統采用自上而下的主從兩層控制結構，觸摸顯示屏作為協調管理級（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、儀表安放與移送平臺、指針壓裝系統、儀表電流檢測系統、壓力檢測系統等組成.觸摸顯示屏協調管理PLC，進行數據通信，實現工業控制.該系統的自動壓裝電控系統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、儀表電流檢測系統的輸出端連接；自動壓裝電控系統的輸出端口還與指針壓裝系統的輸入端連接.自動壓裝電控系統，用于接受電流、壓力檢測判斷和壓裝流程監控；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，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，用于檢測儀表通電瞬間和正常通電狀態下的電流值，從而為系統對儀表電路的合格判斷提供數據，提前淘汰廢品，并提高生產效率；壓力檢測系統，用于壓裝指針壓力的實時檢測[3]。

四、控制系統軟件設計

該控制系統軟件由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，系統程序循環掃描主程序，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，技術員可進行系統手動操作和參數設置.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壓制氣缸上方的限位鋼棒來實現）。

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，實現一個組合儀表多達八個指針任意連續壓制的目標。系統具有可靠穩定性高、易操作、柔性好、高靈敏度的優點，使控制系統變得經濟、高效、穩定且便于維護，完全能滿足當前指針式汽車儀表裝配企業的生產要求[5]。

五、汽車儀表系統總體結構

系統總體結構圖控制系統由協調管理級、控制級、執行級組成3級控制架構。執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、氣動系統（由兩個不同行程的氣缸組成）和各種傳感器，它是整個系統的執行部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，它可以完成執行級中各設備間的控制，并可以將執行級的數據上傳到協調管理級，它是連接執行級和協調管理級的橋梁；協調管理級是人機界面的觸摸屏，它可以完成對系統設備狀態的在線監控、輸入輸出參數的監控與設定、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的診斷效果和穩定性，降低出錯率，從而對系統設備的平穩運行產生積極作用[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電流進行監控，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，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的研究及其工程實現[D]. 廣西大學， 2012.

[2] 許德成. 汽車儀表指針壓入設備控制系統設計[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[J]. 電氣自動化， 2006， 28（6）：51-52.

[6] 沈紅衛. 基于單片機的智能系統設計與實現[M]. 電子工業出版社， 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）