汽車(chē)保險(xiǎn)杠沖孔機(jī)床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

黃夢(mèng)洋

(湖北省機(jī)電研究設(shè)計(jì)院， 湖北 武漢 430070)

汽車(chē)保險(xiǎn)杠沖孔機(jī)床是機(jī)電一體化產(chǎn)品．沖孔機(jī)床以PLC(可編程控制器)為核心，控制保險(xiǎn)杠的到位、定位、工作平臺(tái)的移動(dòng)以及保險(xiǎn)杠夾緊、沖孔返回等動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)保險(xiǎn)杠孔的自動(dòng)加工．汽車(chē)保險(xiǎn)杠沖孔機(jī)床的工作原理如圖1所示，各氣缸的運(yùn)動(dòng)由電磁換向閥和形成開(kāi)關(guān)控制，并由PLC實(shí)現(xiàn)步進(jìn)控制．

1-沖孔氣缸; 2-工作臺(tái)平移氣缸; 3-工作臺(tái);

其中汽車(chē)保險(xiǎn)杠沖孔機(jī)床的控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)設(shè)備完成加工任務(wù)的核心，汽車(chē)保險(xiǎn)杠的加工是按照一定的順序完成的，因此，本文基于PLC和FameView設(shè)計(jì)汽車(chē)保險(xiǎn)杠沖孔機(jī)床控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)操作與監(jiān)控等功能．

1 汽車(chē)保險(xiǎn)杠沖孔機(jī)床控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 汽車(chē)保險(xiǎn)杠沖孔機(jī)床控制流程

汽車(chē)保險(xiǎn)杠沖孔機(jī)床的沖孔過(guò)程主要分為三個(gè)階段，沖孔前準(zhǔn)備階段(包括保險(xiǎn)杠到位、定位、移動(dòng)到?jīng)_孔位置、夾緊)、沖孔階段、沖孔完成返回階段．保險(xiǎn)杠沖孔機(jī)床的工作流程見(jiàn)圖2.

圖 2 汽車(chē)保險(xiǎn)杠沖孔機(jī)床控制流程圖

在開(kāi)始工作前，機(jī)床首先進(jìn)行自檢測(cè)，在保證傳感器、行程開(kāi)關(guān)等硬件沒(méi)有故障的情況下，工作面板上顯示綠色按鈕；若存在故障則發(fā)生報(bào)警，直至故障解除；在工作過(guò)程中，每個(gè)動(dòng)作都有傳感器對(duì)工作完成情況進(jìn)行確認(rèn)，再進(jìn)入下一個(gè)工作階段．

1.2 汽車(chē)保險(xiǎn)杠沖孔機(jī)床控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

針對(duì)沖孔機(jī)床的控制要求，可以采用繼電器控制和PLC控制．本文采用可編程控制器實(shí)現(xiàn)機(jī)床的控制，采用觸摸屏設(shè)計(jì)了人機(jī)交互界面，通過(guò)這種方法，沖孔機(jī)床的很多加工參數(shù)都能夠直接顯示到界面上，使得機(jī)床的操作更加人性化．控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3．

圖 3 汽車(chē)保險(xiǎn)杠沖孔機(jī)床控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 基于PLC的汽車(chē)保險(xiǎn)杠沖孔機(jī)床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 基于PLC的汽車(chē)保險(xiǎn)杠沖孔機(jī)床控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

PLC按其硬件結(jié)構(gòu)可以分為以下三種：整體式、疊加式和插件式．根據(jù)汽車(chē)保險(xiǎn)杠沖孔機(jī)床的特點(diǎn)，本文選擇整體式PLC控制．沖孔機(jī)床實(shí)現(xiàn)的是間斷的工作形式，對(duì)PLC輸出點(diǎn)的工作頻率要求不高，故本文選用PLC的控制輸出類型為繼電器．結(jié)合汽車(chē)保險(xiǎn)杠沖孔機(jī)床的特點(diǎn)，綜合比較分析PLC的性能，F(xiàn)X2N型在滿足沖孔機(jī)床控制要求的情況下，性價(jià)比較高[1]．

為使汽車(chē)保險(xiǎn)杠的沖孔質(zhì)量和沖孔精度達(dá)到要求，在沖孔機(jī)床加工過(guò)程中需要控制加熱棒的溫度在一定范圍內(nèi)，因此要選擇三溫度控制模塊，本系統(tǒng)選擇日本三菱公司生產(chǎn)的型號(hào)為AJ65SBTC4的溫度控制模塊．

本文根據(jù)PLC輸入、輸出設(shè)計(jì)原則并結(jié)合汽車(chē)保險(xiǎn)杠沖孔機(jī)床的工作原理，設(shè)計(jì)出了沖孔機(jī)床的部分PLC輸入和輸出外部接線圖(圖4)[2]．

2.2 基于PLC的汽車(chē)保險(xiǎn)杠沖孔機(jī)床控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

由于汽車(chē)保險(xiǎn)杠沖孔機(jī)床的控制系統(tǒng)是典型的順序控制系統(tǒng)，因此機(jī)床的控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)采用順序功能圖的方法，見(jiàn)圖5．它主要包括兩個(gè)模塊：開(kāi)機(jī)準(zhǔn)備模塊和程序主體模塊．

圖 4 PLC外部接線圖

圖 5 基于PLC的汽車(chē)保險(xiǎn)杠沖孔機(jī)床控制系統(tǒng)

開(kāi)機(jī)準(zhǔn)備模塊又包括初始化模塊、報(bào)警檢測(cè)及報(bào)警解除模塊．初始化模塊實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的初始化設(shè)置，主要是對(duì)各繼電器的復(fù)位，以防發(fā)生意外；報(bào)警檢測(cè)及報(bào)警解除模塊是PLC對(duì)控制系統(tǒng)的硬件進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)的內(nèi)容包括傳感器、限位開(kāi)關(guān)、氣源壓力以及硬件接線等，若出現(xiàn)故障將由人機(jī)交互界面顯示故障代碼，并指導(dǎo)操作人員及時(shí)排除故障進(jìn)行生產(chǎn)；程序主體模塊包括手動(dòng)運(yùn)行模塊和自動(dòng)運(yùn)行模塊．程序主體模塊是整個(gè)控制軟件的核心，它控制沖孔機(jī)床完成沖孔的任務(wù)．[3]

3 基于FameView的汽車(chē)保險(xiǎn)杠沖孔機(jī)床控制系統(tǒng)人機(jī)界面設(shè)計(jì)

3.1 人機(jī)界面設(shè)計(jì)流程

本文選用北京捷控科技有限公司的FameviewTPC-121進(jìn)行汽車(chē)保險(xiǎn)杠沖孔機(jī)床控制系統(tǒng)人機(jī)界面設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)流程見(jiàn)圖6．[4-6]

圖 6 人機(jī)界面設(shè)計(jì)步驟

3.2 人機(jī)界面開(kāi)發(fā)

本文采用可編程控制器和觸摸屏設(shè)計(jì)適合沖孔機(jī)床的控制系統(tǒng)，通過(guò)人機(jī)交互界面可以快捷地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳遞，人機(jī)交互界面由戶登錄界面、報(bào)警界面、自動(dòng)運(yùn)行界面及手動(dòng)運(yùn)行界面組成，且各界面之間可以通過(guò)控制面板上的選擇開(kāi)關(guān)進(jìn)行選擇．

用戶登錄界面見(jiàn)圖7．它的主要作用是實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的登錄、注銷以及各種操作方式的切換．

圖 7 登錄界面

圖8所示分別為自動(dòng)運(yùn)行和手動(dòng)運(yùn)行界面．自動(dòng)運(yùn)行做為機(jī)床的主要工作方式，界面上應(yīng)該包括加工時(shí)的主要參數(shù)，如溫度顯示器、計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器以及報(bào)警提示彈出窗口；手動(dòng)運(yùn)行主要作用是為調(diào)試提供方便而設(shè)計(jì)，因此手動(dòng)界面主要包括各步進(jìn)操作的按鈕以及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)指示燈．

圖 8 系統(tǒng)運(yùn)行界面

4 結(jié)束語(yǔ)

本文在汽車(chē)保險(xiǎn)杠沖孔機(jī)床控制流程的基礎(chǔ)上，基于PLC和FameView設(shè)計(jì)了汽車(chē)保險(xiǎn)杠沖孔機(jī)床控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)；通過(guò)分析對(duì)比，對(duì)控制系統(tǒng)硬件進(jìn)行了選型和設(shè)計(jì)，基于控制系統(tǒng)軟件整體結(jié)構(gòu)和PLC開(kāi)發(fā)環(huán)境，開(kāi)發(fā)了控制系統(tǒng)軟件程序；設(shè)計(jì)了汽車(chē)保險(xiǎn)杠沖孔機(jī)床控制系統(tǒng)軟硬件；基于觸摸屏技術(shù)，將控制按鈕嵌入到觸摸屏中，開(kāi)發(fā)了基于FameView的汽車(chē)保險(xiǎn)杠沖孔機(jī)床控制系統(tǒng)人機(jī)交互界面，既實(shí)現(xiàn)了汽車(chē)保險(xiǎn)杠沖孔機(jī)床的實(shí)時(shí)監(jiān)控，又提高了其人機(jī)交互性能．

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