許星暉 縣維平

摘 要：在裝胎機(jī)的控制系統(tǒng)中，PLC作為控制的核心，將伺服液壓機(jī)、位移傳感器和變頻器串聯(lián)起來，高效精確的完成裝胎機(jī)的自動成胎功能。本文從伺服液壓的控制原理出發(fā)，探討伺服液壓在裝胎機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，并設(shè)計一種將PLC作為基礎(chǔ)，合理應(yīng)用伺服液壓的控制系統(tǒng)，穩(wěn)定提高裝配的效率和裝配產(chǎn)品的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞： PLC；位置伺服控制；電液伺服控制；裝胎機(jī)

隨著自動化技術(shù)的快速發(fā)展，汽車制造業(yè)也得到了快速的發(fā)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(xiàn)整體裝配自動化的重要環(huán)節(jié)。輪胎裝配的生產(chǎn)效率低、勞動強(qiáng)度大，應(yīng)用以PLC為控制核心，并結(jié)合了伺服液壓的自動輪胎裝配機(jī)控制系統(tǒng)，可以有效提高汽車裝配的自動化程度和輪胎裝配的生產(chǎn)質(zhì)量。

1系統(tǒng)組成及工作原理

出于保證裝胎機(jī)效率和精度的目的，在車輛與目標(biāo)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(dá)裝載位置，當(dāng)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(qū)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(diào)整輪胎臂和裝載機(jī)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(jìn)行第一圈轉(zhuǎn)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(zhuǎn)的過程中，輪胎會出現(xiàn)落后。因此，電液伺服閥會推動輪胎壓機(jī)，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(qū)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(dá)。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(fā)送出去。

2 PLC 電氣控制系統(tǒng)

在裝胎機(jī)控制系統(tǒng)中，首要的控制要求是在控制系統(tǒng)接通電源的第一時間，就需要執(zhí)行PLC和觸摸屏的初始化程序，然后再由PLC對系統(tǒng)是否滿足啟動條件進(jìn)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(tǒng)不進(jìn)行正常工作，需要經(jīng)過調(diào)試后進(jìn)入下一程序；如果滿足以上條件，裝胎機(jī)控制系統(tǒng)就將處于待機(jī)狀態(tài)，接下來的具體操作如下：

（1）開啟“啟動”按鈕，使伺服電機(jī)進(jìn)入待機(jī)專題，并且給復(fù)卷力矩電機(jī)發(fā)送啟動信號。在開啟繞組電機(jī)的“啟動”按鈕后，開始運(yùn)行繞組轉(zhuǎn)矩點擊，并且由編碼器將該電機(jī)的脈沖信號發(fā)送給PLC，由PLC處理后向驅(qū)動器發(fā)送，從而保證伺服電機(jī)的同時運(yùn)行和跟蹤接線。

（2）在設(shè)備處于待機(jī)狀態(tài)下

開啟“手動調(diào)試”按鈕，操作人員在調(diào)試界面里進(jìn)入手動調(diào)試狀態(tài)，將卷繞機(jī)、放線機(jī)和線纜伺服電機(jī)進(jìn)行手動調(diào)試，并在調(diào)試完成之后回到主界面。

與手動調(diào)試相對應(yīng)的，在自動操作的過程中，啟動按鈕會同時啟動繞線電機(jī)和繞線伺服電機(jī)進(jìn)入倒計狀態(tài)，將繞線電機(jī)啟動進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。在自動狀態(tài)中，編碼器會自動向繞線伺服驅(qū)動器輸送脈沖信號，啟動繞線電機(jī)并跟蹤繞線機(jī)，在檢測到設(shè)備出現(xiàn)不正常情況的時候停止進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。

在啟動“停止”按鈕之后，引取電機(jī)和排線點擊會立刻停止運(yùn)行，編碼器也會立刻停止發(fā)送脈沖信號，但是收卷電機(jī)會在30s之后進(jìn)入停止?fàn)顟B(tài)。在點擊“復(fù)位”按鈕的時候，排線電機(jī)會自動返回到初始狀態(tài)并自動進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。

在裝胎機(jī)控制系統(tǒng)中，PLC作為整個控制系統(tǒng)的核心，有18個數(shù)字輸入點和15個數(shù)字輸出點。根據(jù)伺服液壓系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝，該系統(tǒng)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(jī)控制系統(tǒng)擴(kuò)展三個EM235模塊，以滿足伺服液壓系統(tǒng)的需求。

2.1 監(jiān)控系統(tǒng)

為了方便操作和監(jiān)控整個生產(chǎn)過程，該系統(tǒng)使用西門子tp.170b作為上位計算機(jī)來監(jiān)控輪胎裝載機(jī)的運(yùn)行狀況。

在該監(jiān)控系統(tǒng)中，將監(jiān)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(jìn)行控制和監(jiān)視；輪胎裝載機(jī)、輪胎壓力機(jī)、設(shè)備的報警和各個運(yùn)動部件有著自己的手動調(diào)節(jié)按鈕。在監(jiān)控系統(tǒng)中，還可以通過1/0字段調(diào)整小車的速度；通過1/0場，根據(jù)輪胎的不同類型對福手臂、輪胎裝載機(jī)和輪胎的類型進(jìn)行調(diào)整；最后，專用的報警屏幕專用于設(shè)備的故障檢查，而手動調(diào)節(jié)按鈕提供給每個部件局部調(diào)整的基礎(chǔ)。

2.2 伺服控制原理

在裝胎機(jī)控制系統(tǒng)中，伺服系統(tǒng)是屬于一種反饋控制系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)所得到的脈沖信號是用來與事先給定的數(shù)值進(jìn)行比較的，系統(tǒng)可以根據(jù)比較的結(jié)果對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，同樣以脈沖信號的方式修正系統(tǒng)中所存在的誤差。根據(jù)給定數(shù)值和輸入脈沖信號的不同，伺服控制系統(tǒng)可以按照目的分為三種模式：速度、轉(zhuǎn)矩和位置控制模式。其中，速度控制模式是用來調(diào)整電機(jī)的輸出速度，轉(zhuǎn)矩控制模式和位置控制模式則是是用來控制電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩、速度和角度。

液壓裝缸機(jī)缸蓋螺栓自動鎖緊時，伺服控制器發(fā)送的脈沖信號決定了旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)頭的旋轉(zhuǎn)速度。而由PLC向伺服驅(qū)動器發(fā)送的脈沖信號，決定旋轉(zhuǎn)頭通過點到點的位置控制來決定旋轉(zhuǎn)頭的控制方式。

3輪胎輸送系統(tǒng)

輪胎和車輪是通過一輛沿著直線軌道行駛的汽車運(yùn)送到輪胎裝載機(jī)上的。由于在運(yùn)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(biāo)位置時開始減速。在返回的過程中，為了節(jié)省資源、提高生產(chǎn)的效率，車上告訴旋轉(zhuǎn)的輪胎會停止。在停止位置附近運(yùn)行時，低速運(yùn)行。減少影響。為了保證上述功能的正常實現(xiàn)，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(xiàn)輪胎的快速輸送功能。

4裝胎臂的伺服控制系統(tǒng)

在輪胎的整體裝載過程中，需要兩次旋轉(zhuǎn)輪胎臂才能完成輪胎的裝配。在裝胎機(jī)控制系統(tǒng)中，為了完成這一操作，主要采用了交流伺服系統(tǒng)，該系統(tǒng)由伺服電機(jī)和驅(qū)動器配合PLC構(gòu)成，通過PLC對伺服驅(qū)動器發(fā)送高速脈沖信號，從而驅(qū)動電機(jī)旋轉(zhuǎn)。而伺服電機(jī)作為一種機(jī)械構(gòu)件，其旋轉(zhuǎn)的角度和速度都是由電子齒輪的比率設(shè)定。其公式為：

電子齒輪比=編碼器分辨率/轉(zhuǎn)一圈所需脈沖

5 裝胎機(jī)液壓系統(tǒng)

5.1液壓系統(tǒng)的組成

在液壓系統(tǒng)中，許多器械的調(diào)整都依賴于液壓的驅(qū)動，比如胎頭的升降、胎臂的尺寸調(diào)整、和壓胎機(jī)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(guān)閥7DT和液壓缸進(jìn)行全行程運(yùn)動。

5.2電液伺服系統(tǒng)分析

在電液伺服系統(tǒng)中主要有三大控制系統(tǒng)，即位置、速度和力矩。應(yīng)用在裝胎機(jī)控制系統(tǒng)中的電液伺服系統(tǒng)主要是采用了位置控制系統(tǒng)，將輪胎臂、輪胎壓機(jī)和輪胎裝載機(jī)進(jìn)行分別控制。電液伺服系統(tǒng)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(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)說明。

小結(jié)

本文所設(shè)計的裝胎機(jī)控制系統(tǒng)同時結(jié)合了PLC和伺服液壓系統(tǒng)，結(jié)合變頻調(diào)速器和伺服電機(jī)控制器，可以實現(xiàn)自動安裝輪胎的功能。應(yīng)用裝胎機(jī)控制系統(tǒng)，不單能夠使裝載輪胎的效率得到進(jìn)步，還能將輪轂在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生劃痕的概率降到千分之一，同時提高了勞動的效率和質(zhì)量。

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