基于PLC與伺服液壓的裝胎機控制系統設計

許星暉 縣維平

摘 要：在裝胎機的控制系統中，PLC作為控制的核心，將伺服液壓機、位移傳感器和變頻器串聯起來，高效精確的完成裝胎機的自動成胎功能。本文從伺服液壓的控制原理出發，探討伺服液壓在裝胎機控制系統中的應用，并設計一種將PLC作為基礎，合理應用伺服液壓的控制系統，穩定提高裝配的效率和裝配產品的質量。

關鍵詞： PLC；位置伺服控制；電液伺服控制；裝胎機

隨著自動化技術的快速發展，汽車制造業也得到了快速的發展，對于汽車裝配的自動化要求也越來越高。而在汽車裝配的流程中，輪胎裝備的自動化是實現整體裝配自動化的重要環節。輪胎裝配的生產效率低、勞動強度大，應用以PLC為控制核心，并結合了伺服液壓的自動輪胎裝配機控制系統，可以有效提高汽車裝配的自動化程度和輪胎裝配的生產質量。

1系統組成及工作原理

出于保證裝胎機效率和精度的目的，在車輛與目標相接近的時候，限速傳感器就會使車輛低速行駛，使車輛到達裝載位置，當車輛將輪胎輪放置在第二支架上之后才會返回。輪轂由第二支架上的夾頭固定，等待裝配。

在輪胎的裝載過程中，首先由提升液壓缸驅動，將輪胎頭整體下移，然后通過三臺電液伺服閥的膨脹缸來調整輪胎臂和裝載機的位置，在輪胎頭中找到合適的位置，方便拖車的插入。在輪胎初步裝載成功之后，輪胎臂開始帶動輪胎和輪轂進行第一圈轉動。由于輪胎臂插入了輪胎和輪轂的縫隙，所以在輪胎臂的旋轉的過程中，輪胎會出現落后。因此，電液伺服閥會推動輪胎壓機，按下輪胎，將輪胎的上緣和輪轂組裝，完成輪胎的整體裝載。

在輪胎安裝后，輪胎頭部驅動輪胎臂、安裝裝置和輪胎壓回到原來的位置，等待下一個輪胎到達。支架上的返回原位信號和輪胎就緒信號啟動汽車以抬起加載的輪胎并將其發送出去。

2 PLC 電氣控制系統

在裝胎機控制系統中，首要的控制要求是在控制系統接通電源的第一時間，就需要執行PLC和觸摸屏的初始化程序，然后再由PLC對系統是否滿足啟動條件進行檢測。如果不滿足以上條件，觸摸屏將會直接顯示出報警信息，同時系統不進行正常工作，需要經過調試后進入下一程序；如果滿足以上條件，裝胎機控制系統就將處于待機狀態，接下來的具體操作如下：

（1）開啟“啟動”按鈕，使伺服電機進入待機專題，并且給復卷力矩電機發送啟動信號。在開啟繞組電機的“啟動”按鈕后，開始運行繞組轉矩點擊，并且由編碼器將該電機的脈沖信號發送給PLC，由PLC處理后向驅動器發送，從而保證伺服電機的同時運行和跟蹤接線。

（2）在設備處于待機狀態下

開啟“手動調試”按鈕，操作人員在調試界面里進入手動調試狀態，將卷繞機、放線機和線纜伺服電機進行手動調試，并在調試完成之后回到主界面。

與手動調試相對應的，在自動操作的過程中，啟動按鈕會同時啟動繞線電機和繞線伺服電機進入倒計狀態，將繞線電機啟動進入運行狀態。在自動狀態中，編碼器會自動向繞線伺服驅動器輸送脈沖信號，啟動繞線電機并跟蹤繞線機，在檢測到設備出現不正常情況的時候停止進入待機狀態。

在啟動“停止”按鈕之后，引取電機和排線點擊會立刻停止運行，編碼器也會立刻停止發送脈沖信號，但是收卷電機會在30s之后進入停止狀態。在點擊“復位”按鈕的時候，排線電機會自動返回到初始狀態并自動進入待機狀態。

在裝胎機控制系統中，PLC作為整個控制系統的核心，有18個數字輸入點和15個數字輸出點。根據伺服液壓系統的生產工藝，該系統需要三個輸入量和三個輸出量，分別是三個位移傳感器和三個伺服放大器，這要求裝胎機控制系統擴展三個EM235模塊，以滿足伺服液壓系統的需求。

2.1 監控系統

為了方便操作和監控整個生產過程，該系統使用西門子tp.170b作為上位計算機來監控輪胎裝載機的運行狀況。

在該監控系統中，將監控模塊分為八個部分。其中汽車的配置行駛速度、安裝臂通過l/0域進行控制和監視；輪胎裝載機、輪胎壓力機、設備的報警和各個運動部件有著自己的手動調節按鈕。在監控系統中，還可以通過1/0字段調整小車的速度；通過1/0場，根據輪胎的不同類型對福手臂、輪胎裝載機和輪胎的類型進行調整；最后，專用的報警屏幕專用于設備的故障檢查，而手動調節按鈕提供給每個部件局部調整的基礎。

2.2 伺服控制原理

在裝胎機控制系統中，伺服系統是屬于一種反饋控制系統，伺服系統所得到的脈沖信號是用來與事先給定的數值進行比較的，系統可以根據比較的結果對系統進行調整，同樣以脈沖信號的方式修正系統中所存在的誤差。根據給定數值和輸入脈沖信號的不同，伺服控制系統可以按照目的分為三種模式：速度、轉矩和位置控制模式。其中，速度控制模式是用來調整電機的輸出速度，轉矩控制模式和位置控制模式則是是用來控制電機輸出的轉矩、速度和角度。

液壓裝缸機缸蓋螺栓自動鎖緊時，伺服控制器發送的脈沖信號決定了旋轉頭和缸蓋螺栓的相對位置。而脈沖信號的頻率又決定了旋轉頭的旋轉速度。而由PLC向伺服驅動器發送的脈沖信號，決定旋轉頭通過點到點的位置控制來決定旋轉頭的控制方式。

3輪胎輸送系統

輪胎和車輪是通過一輛沿著直線軌道行駛的汽車運送到輪胎裝載機上的。由于在運送輪胎的過程中放在小車.上的輪胎無固定裝置，如果汽車快速停止，輪胎會因慣性過大而脫落。因此，需要在靠近目標位置時開始減速。在返回的過程中，為了節省資源、提高生產的效率，車上告訴旋轉的輪胎會停止。在停止位置附近運行時，低速運行。減少影響。為了保證上述功能的正常實現，本文主要采用西門子MM440變頻器，該變頻器具有四級的定頻控制方式，可以有效實現輪胎的快速輸送功能。

4裝胎臂的伺服控制系統

在輪胎的整體裝載過程中，需要兩次旋轉輪胎臂才能完成輪胎的裝配。在裝胎機控制系統中，為了完成這一操作，主要采用了交流伺服系統，該系統由伺服電機和驅動器配合PLC構成，通過PLC對伺服驅動器發送高速脈沖信號，從而驅動電機旋轉。而伺服電機作為一種機械構件，其旋轉的角度和速度都是由電子齒輪的比率設定。其公式為：

電子齒輪比=編碼器分辨率/轉一圈所需脈沖

5 裝胎機液壓系統

5.1液壓系統的組成

在液壓系統中，許多器械的調整都依賴于液壓的驅動，比如胎頭的升降、胎臂的尺寸調整、和壓胎機的落料深度等等。特別是對于安裝頭的升降活動，都是通過開關閥7DT和液壓缸進行全行程運動。

5.2電液伺服系統分析

在電液伺服系統中主要有三大控制系統，即位置、速度和力矩。應用在裝胎機控制系統中的電液伺服系統主要是采用了位置控制系統，將輪胎臂、輪胎壓機和輪胎裝載機進行分別控制。電液伺服系統對這三者的控制原理是完全相同的，本文只對輪胎臂控制系統進行詳細說明。

小結

本文所設計的裝胎機控制系統同時結合了PLC和伺服液壓系統，結合變頻調速器和伺服電機控制器，可以實現自動安裝輪胎的功能。應用裝胎機控制系統，不單能夠使裝載輪胎的效率得到進步，還能將輪轂在生產過程中產生劃痕的概率降到千分之一，同時提高了勞動的效率和質量。

參考文獻：

[1]楊志永， 李輝. 基于PLC與伺服液壓的裝胎機控制系統設計[J]. 機床與液壓， 2012， 40（2）：53-55.

[2]孔艷艷. 基于PLC和伺服控制的液壓裝缸機控制系統設計[J]. 蘭州工業學院學報， 2014， 21（2）：18-20.

[3]車勇， 陳義慶， 陳理君. 基于PLC的室內輪胎噪聲試驗控制系統設計[J]. 可編程控制器與工廠自動化， 2009（1）：40-42.