淺談汽車輪輞自動貼膜設備中控制系統的開發與研制

姚旺，周亮，馮晟，金偉

（湖北省機電研究設計院股份公司，湖北 武漢 430070）

要防止輪胎在運輸過程和存儲過程中，由于日曬雨淋導致制動盤上產生銹蝕。因為制動盤的銹蝕，會導致制動鉗與制動盤摩擦產生頓挫感，客戶初次使用時，會影響駕駛體驗，有損產品形象。因此，為了應對制動盤的銹蝕，廠家會在整車出廠前對輪轂采用貼保護膜的方式進行保護。目前的做法是采用人工粘貼的方式，前后左后4個輪輞都需要粘貼，一般需要一個人或兩人進行作業。并且因為輪輞位置很低，作業人員需要彎腰操作，人機工程狀態很差，容易產生職業病。因此，如何提供一種自動裝配設備進行貼膜作業成為業界需要解決的問題。

1 設備基本結構

輪輞自動貼膜設備主要分為左機和右機，可將汽車四個車輪同時張貼輪輞膜。左右機結構基本相同，單邊設備主要由主體機架、料倉機構、取膜機構、脫膜機構、貼膜機構等組成，如圖1所示。

圖1

料倉機構，用于儲存多種不同尺寸輪輞保護膜。根據不同需求，可自動將對應的輪輞膜送至取料平臺。該機構由伺服料倉提升機、1-5層物料托盤、1-5層托盤止擋器、托盤水平動作氣缸、托盤水平動作定位氣缸等組成。

取膜機構，用于將放置在取料平臺中的輪輞膜取出，每次取出一張，之后將該膜移動到分膜區域并將輪輞膜與保護膜分離。該機構由水平動作伺服、垂直動作伺服、真空吸盤、吸盤升降氣缸、夾爪氣缸、夾爪開合氣缸、分膜升降氣缸、分膜左右擺動氣缸等組成。

脫膜機構，用于將取料機構分離的保護膜剝落，并投入廢紙回收箱中。該機構由水平動作氣缸、夾爪升降氣缸、夾爪動作氣缸等組成。

貼膜機構，用于將撕下保護膜后的輪輞膜轉向，使其有膠一面面對待貼車輪，等待車輪到位后，將輪輞膜貼至車輪上。該機構由水平動作伺服、垂直動作伺服、隨行動作伺服、直角動作氣缸、90度旋轉氣缸、180度旋轉氣缸、貼膜氣缸、貼膜輔助氣缸等組成。

2 電控系統組成

電控系統主要由三菱Q系列PLC、G0T2000系列觸摸屏、三菱CC-Link分布式IO、三菱J4系列伺服系統、SMC電控閥體和氣缸、歐姆龍接近開關和光電開關、施耐德低壓配電等組成。根據設備需求，左右機各有一套完整的電控系統，因此，該設備可左右機同時運行，也可單獨運行。左右兩機PLC之間通過以太網通信方式連接，以實現左右兩機間數據穩定快速傳輸。PLC與HMI之間通過以太網方式通訊，可實時反映設備當前狀態以及伺服運動數據。分布式IO采用CCLink總線方式通訊，可實現IO信號的穩定高速傳輸，并可在線診斷，提高系統的安全性與穩定性。PLC加載位置控制模塊，控制模塊與伺服控制器之間通過SSCNETⅢ/H串行總線通訊，同時控制11套伺服系統。該通訊方式可實現雙向150Mbps的高通訊速率，大幅提升伺服的相應速度，同時也可提高整個伺服系統的抗干擾能力。設備通過以太網模塊與主線連鎖，讀取主線速度以及主線運行狀態，保證設備貼膜隨行速度與主線同步。該設備還可通過以太網模塊與車間網絡通信，提交當前設備狀態以及各種報警信息。設備安裝有RFID讀寫器，帶貼膜小車內安裝有載碼體。RFID讀寫器通過以太網與設備PLC通訊，通過RFID讀取當前車型。設備入口處安裝安全區域掃描儀，可區分車體與人體或其他異常物體，當非車體物體進入設備動作區域時，設備停止當前動作，并產生異物侵入報警。輪輞貼膜設備為全自動設備，當車體隨著主線運動到設備區域時，設備會根據RFID讀取的數據信息，自動選取當前車型對應輪輞膜型號，并控制各個伺服及氣缸配合運動，完成取膜、脫膜、貼膜等一系列動作。

3 軟件設計

該設備軟件設計使用了GX Works2進行PLC編程、GT Designer3進行HMI編程以及運動模塊設置工具、MR Configurator2進行伺服系統編程。

3.1 PLC軟件編程

PLC軟件編程采用梯形圖語言編寫，與電氣操作原理圖相對應，具有直觀性和對應性；與原有繼電器控制相一致，電氣設計人員易于掌握，方便現場設備維護。該程序設計按照設備部件功能、執行元件屬性、通信等特性劃分，共建立25個功能塊。主要可分為主程序、各部件自動運行功能塊、伺服定位功能塊、氣缸動作功能塊、報警功能塊、主線通信功能塊、QRQC網絡通訊功能塊、RFID讀取功能塊等。部分程序內容如圖2所示。

圖2

3.2 觸摸屏軟件編程

觸摸屏操作界面為方便使用者實現觀察設備當前狀態、手動控制設備動作、設置自動運行相關數據等功能，其界面主要可分為歡迎界面、主界面、IO界面、手動控制界面、伺服設置界面、報警界面等。以下為其中部分界面，如圖3所示。

圖3

3.3 伺服系統軟件編程

通過運動模塊設置工具對伺服系統組態，設置軸參數，如齒輪比設置、運動方式設置、上下限設置、回原設置等。通過MR Configurator2軟件對各個單獨伺服系統完成系統參數設置，并對該系統完成整定、微調，從而使該伺服系統在運行中更加穩定可靠。

4 設備動作流程

該設備為全自動設備，使用人員將輪輞保護膜按照設備定義放置在對應托盤中后，啟動設備的自動運行即可。

4.1 設備操作步驟如下

（1）打開設備總電源，單擊設備上電按鈕，等待設備啟動完成；（2）切換到手動狀態，單擊故障清除按鈕，取消當前設備報警；（3）切換到自動狀態，單擊設備復位按鈕，設備自動復位；（4）設備復位完成后，單擊設備啟動按鈕，設備進入自動啟動狀態；（5）設備完成當前工作任務后，切換到手動狀態，設備自動啟動狀態停止；（6）單擊設備斷電按鈕，設備輸出控制切斷；（7）關閉設備總電源。

4.2 設備自動動作步驟如下

（1）設備自動自動完成。

（2）待貼膜車輛隨主線運動至RFID讀取位，讀取當前車輛信息數據。

（3）料倉機構選取當前使用輪輞膜，將存放該型號輪輞膜的托盤輸送至取料位置。

（4）取料機構垂直伺服下降，待膜高度測量機構檢測到吸盤已接觸到膜后停止下降。

（5）吸盤負壓啟動，負壓傳感器反饋負壓形成后，取料機構垂直伺服上升。

（6）取料機構上升到原位后，兩側夾膜氣爪夾緊當前輪輞膜。

（7）取料機構水平伺服啟動，行走至脫膜位，剝膜擺桿下降，進行剝膜動作。

（8）脫膜機構夾爪夾緊輪輞膜貼紙。

（9）貼膜結構夾爪夾緊以脫開貼紙的輪輞膜，脫膜機構動作，完全分開貼紙，取膜機構回原動作，等待下次取膜。

（10）貼膜機構動作，將輪輞膜帶膠側面朝車體方向，并行走至等待貼膜位，脫膜機構回原，等待下次脫膜。

（11）車體觸發貼膜傳感器，貼膜機構進行貼膜動作，并根據主線速度隨行。

（12）貼膜傳感器觸發，判斷貼膜完成，貼膜機構返回，等待下次貼膜。

5 結語

輪輞自動貼膜設備已在東風日產常州工廠正常運行兩年。實踐證明，該設備具有自動化程度高、適應性強、使用安全可靠等特點，充分滿足了用戶的需求。