基于PLC的燈罩密封自動點膠機的設計

趙 英

(遼寧工業大學 機械工程與自動化學院，遼寧 錦州 121001)

0 引言

汽車大燈燈罩的密封非常重要，否則雨水或露水進入后會在車燈內形成霧氣，嚴重時會造成線路短路發生火災。由于燈罩的密封是用密封膠來粘合的，因此燈罩密封點膠是燈罩安裝過程中的一個重要環節。燈罩生產規模較大，生產效率的提高具有非常重要的意義，而生產設備自動化水平的高低，在提高生產效率方面起著舉足輕重的作用，同時也能有效保證點膠質量，因此，自動化點膠設備具有很大的市場需求。基于對點膠設備的深入調研，結合實際生產中對點膠設備的應用要求，本文設計了基于PLC的燈罩密封自動點膠機。

1 基于PLC的燈罩密封自動點膠機整體結構

在燈罩密封過程中，需要點膠頭與燈罩之間有上下、前后、左右的相對運動以及密封膠的噴涂操作，因此可將燈罩密封自動點膠機劃分為點膠頭橫向移動系統、工作臺縱向移動系統、點膠頭升降系統、點膠頭出膠系統4個部分，其整體結構示意圖如圖1所示。點膠頭橫向移動電機、絲杠螺母機構及相配套的導軌和軸承等支撐導向機構構成了點膠頭橫向移動系統；燈罩縱向移動電機、燈罩縱向移動絲杠螺母機構及相配套的導軌和軸承等支撐導向機構構成了工作臺縱向移動系統；點膠頭升降電機、點膠頭升降絲杠螺母機構及相配套的導軌和軸承等支撐導向機構構成了點膠頭升降系統；點膠頭、點膠頭出膠電機、點膠頭出膠絲杠螺母機構及相配套的導軌和軸承等支撐導向機構構成了點膠頭出膠系統。

圖1 自動點膠機整體結構示意圖

燈罩尺寸較小，這一特征決定了運動部件移動距離不大。由于點膠時需要點膠頭和燈罩移動，而點膠頭和燈罩移動時需控制其速度和位置準確度，所以采用具有定位傳動特性的步進電機，而且絲杠螺母傳動精度高，傳動效率高，保證了較好的工作性能，因此采用絲杠螺母機構實現各個方向的傳動。出膠系統也采用絲杠螺母機構，可以實現出膠均勻，而且用絲杠點膠可以避免膠的熱脹冷縮，進而使點膠的效果更佳。步進電機和絲杠螺母的選型取決于燈罩和點膠頭的移動距離、定位要求及載荷大小，燈罩和點膠頭固定在連接于絲杠螺母的滑塊上，為減小摩擦阻力提高傳動精度，各導軌均采用直線滾動導軌。絲杠傳動過程中既受徑向力又受軸向力，因此橫向移動、縱向移動及升降絲杠的軸承均采用以角接觸球軸承和深溝球軸承組合的布局形式。

2 控制系統硬件設計

2.1 控制器的選擇

由于PLC可靠性高，功能強，使用方便，能滿足絕大多數場合的檢測與控制要求，因此將PLC作為自動點膠機控制系統的核心。本控制系統采用西門子公司的S7-200系列PLC(CPU226 DC/DC/DC)，系統中有啟停按鈕及限位開關等輸入信號，有步進電機驅動器的高速脈沖、方向控制等輸出信號，輸入信號和輸出信號均為開關量信號，I/O地址分配見表1。點膠頭橫向移動系統、工作臺縱向移動系統、點膠頭升降系統、點膠頭出膠系統均采用步進電機驅動，需4個高速脈沖口，而CPU226只有2個高速脈沖輸出口，又由于點膠頭升降與點膠頭出膠及點膠頭橫向移動與工作臺縱向移動均分時操作，因此可將點膠頭升降電機與點膠頭出膠電機共用一個高速脈沖口，而點膠頭橫向移動電機與工作臺縱向移動電機共用另一個高速脈沖口，高速脈沖口的分時切換可由繼電器觸點實現。控制系統電路圖如圖2所示。

圖2 控制系統電路圖

表1 PLC的I/O地址分配

2.2 步進電機的驅動

橫向移動、縱向移動和升降運動選用的步進電動機型號均為57HS09的兩相混合式步進電機，額定電流為2.5 A，采用DM542型步進電動機驅動器。DM542型驅動器直流20 V～50 V供電，相數為2，分配方式為二相四拍，具有16檔細分功能，可通過面板上的撥碼開關SW5～SW8進行設置。點膠頭出膠選用42BYGH28-401A兩相步進電機，額定電流為1.68 A，采用DM542C微型步進電機驅動器，除驅動能力稍弱外，其接線及設置與DM542型步進電動機驅動器相同。

3 控制流程

整個點膠過程是從啟動信號開始的。啟動按鈕按下后系統開始自動運行，根據燈罩及點膠頭的位置信號判斷工作進程，從而控制各電機正反轉運行以控制燈罩的縱向運動和點膠頭的橫向運動、升降運動及點膠頭的出膠動作。控制程序流程如圖3所示。

圖3 控制程序流程

4 結語

本文設計的燈罩密封自動點膠機由于驅動采用步進電機、傳動采用絲杠螺母機構、支撐導向采用直線滾動導軌，從而保證了點膠和出膠都很均勻，通過PLC編程可自動實現點膠操作，效率較高，點膠質量好。