摩托車補(bǔ)氣閥自動(dòng)裝配機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

郝曉曦，盧駒，陳春鵬

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摩托車補(bǔ)氣閥自動(dòng)裝配機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

郝曉曦1，盧駒1，陳春鵬2

（1.五邑大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，廣東 江門(mén) 529020；2.江門(mén)市江海區(qū)海旭五金制品有限公司，廣東 江門(mén) 529000）

根據(jù)摩托車補(bǔ)氣閥自動(dòng)裝配的工藝要求，設(shè)計(jì)了一款與之配套的自動(dòng)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用可編程邏輯控制器件（PLC）作為控制核心器，并配合多類型傳感器和氣動(dòng)回路使用. 系統(tǒng)采取半閉環(huán)控制模式，嚴(yán)格執(zhí)行工藝流程和時(shí)序要求. 實(shí)證效果表明，所設(shè)計(jì)的自動(dòng)裝配控制系統(tǒng)提高了自動(dòng)裝配機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，提高了自動(dòng)裝配的效率，有效降低了生產(chǎn)成本，同時(shí)為今后類似零件生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化改造提供了經(jīng)驗(yàn)，具有一定的應(yīng)用價(jià)值.

摩托車補(bǔ)氣閥；PLC；自動(dòng)裝配機(jī)

補(bǔ)氣閥是摩托車的重要配件之一，其功用是在發(fā)動(dòng)機(jī)處于某些工況時(shí)，將一定量的新鮮空氣補(bǔ)進(jìn)排氣管內(nèi)，以助燃或稀釋尾氣中的有害氣體，減少污染物的排放. 摩托車補(bǔ)氣閥由二十多個(gè)小零件組裝而成，裝配過(guò)程繁雜且主要依賴人工，工作效率低且難以保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性和一致性. 因此，采用自動(dòng)化裝配是當(dāng)前相關(guān)企業(yè)提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量的重要手段和發(fā)展方向. 可編程邏輯控制器件（PLC）是現(xiàn)代工業(yè)控制中必不可少的控制器件，它具有性能穩(wěn)定、控制精度高、能適合各種控制環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域[1-3]. 為確保高效高質(zhì)地完成補(bǔ)氣閥裝配任務(wù)，本文設(shè)計(jì)了一套以PLC為控制核心器件的自動(dòng)控制系統(tǒng). 該系統(tǒng)與機(jī)械結(jié)構(gòu)相互配合，有效提高了生產(chǎn)效率和裝配質(zhì)量，并使得生產(chǎn)過(guò)程更加安全，生產(chǎn)成本更加低廉.

1 補(bǔ)氣閥自動(dòng)裝配的工作原理

1.1 摩托車補(bǔ)氣閥的結(jié)構(gòu)組成

摩托車補(bǔ)氣閥的結(jié)構(gòu)組成如圖1所示，主要部件包括：連接排氣管的補(bǔ)氣管，連接發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣空濾器的吸氣管，連接進(jìn)氣管的真空吸管和膜片、簧片單向閥等組合閥，以及閥座體、閥蓋和復(fù)位彈簧、密封元件等輔助件.

1.真空吸管；2.真空膜片；3.閥芯柱；4.閥座體；5.復(fù)位彈簧；6.補(bǔ)氣管；7.閥腔；8.簧片單向閥

1.2 自動(dòng)裝配機(jī)的工位分布及控制要求

根據(jù)補(bǔ)氣閥裝配工作的工藝流程，本文設(shè)計(jì)的自動(dòng)裝配機(jī)共設(shè)置5個(gè)工位（如圖2所示）：工位1人工放置閥體，工位2裝配軸套，工位3裝軸件，工位4裝彈簧、小盤(pán)、卡簧，工位5裝關(guān)閉閥片、小盤(pán)、卡簧. 每個(gè)工位均設(shè)置檢測(cè)工件和配件的傳感器，工位上的工作動(dòng)力均由氣缸提供，轉(zhuǎn)動(dòng)大圓盤(pán)可切換工位. 1～5工位中只要有一個(gè)以上工位有工件，則執(zhí)行程序，沒(méi)有工件的工位無(wú)動(dòng)作.

圖2 工位分布圖

根據(jù)補(bǔ)氣閥自動(dòng)裝配機(jī)工作原理和工藝要求，其控制系統(tǒng)需具有如下功能：1）系統(tǒng)上電后，紅色指示燈閃爍，提示系統(tǒng)已上電. 2）按下啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)各個(gè)工位所有動(dòng)作的初始狀態(tài). 滿足初始狀態(tài)時(shí)，綠色指示燈閃爍；不滿足則紅指示燈閃爍一段時(shí)間后自動(dòng)熄滅（不滿足時(shí)可以按復(fù)位按鈕恢復(fù)到初始狀態(tài)）. 3）按下停止按鈕完成一個(gè)工作周期后各個(gè)工位停止工作（按下急停按鈕，除了夾緊動(dòng)作保留外，其他動(dòng)作立刻停止）. 4）完成一個(gè)工作周期后，大圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)小圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，檢測(cè)各個(gè)工位是否有裝配元件，有配件則循環(huán)運(yùn)行，否則紅燈閃爍并蜂鳴.

1.3 各個(gè)工位動(dòng)作順序

每個(gè)工位的控制動(dòng)作是獨(dú)立完成的，各工位的工作示意圖如圖3所示.

圖3 各工位動(dòng)作簡(jiǎn)圖及控制要求

1）工位1為人工安放閥體.

2）工位2的控制流程：氣爪夾緊軸套—垂直氣缸下降—?dú)庾λ砷_(kāi)軸套—垂直氣缸上升.

3）工位3的控制流程：平移氣缸左移—?dú)庾A緊軸件—平移氣缸右移—?dú)庾λ砷_(kāi)一個(gè)小角度—?dú)庾θ砷_(kāi).

4）工位4的控制流程：壓緊氣缸下降—裝配氣缸上升，彈簧、小盤(pán)、卡簧限位松開(kāi)—裝配氣缸下降，彈簧、小盤(pán)、卡簧限位關(guān)閉—壓緊氣缸上升.

5）工位5控制流程：壓緊氣缸下降—裝配氣缸上升，關(guān)閉閥片、小盤(pán)、卡簧限位松開(kāi)—裝配氣缸下降，關(guān)閉閥片、小盤(pán)、卡簧限位關(guān)閉—壓緊氣缸上升.

2 自動(dòng)裝配機(jī)的控制系統(tǒng)

2.1 PLC的選擇與I/O分配

用PLC作控制須先檢測(cè)生產(chǎn)設(shè)備的工作狀態(tài)，并把這些狀態(tài)以數(shù)字或模擬信號(hào)的形式送入PLC，通過(guò)內(nèi)部運(yùn)算，PLC把新的狀態(tài)以數(shù)字或模擬信號(hào)的形式輸出，以控制生產(chǎn)過(guò)程.

在使用PLC的生產(chǎn)過(guò)程中，使用輸入、輸出模塊實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳遞和變換. 自動(dòng)裝配機(jī)自身需要的輸入點(diǎn)數(shù)為46、輸出點(diǎn)數(shù)為24. 由于控制系統(tǒng)中使用了步進(jìn)電機(jī)，需要有高速脈沖輸出端口，因此選用晶體管型PLC；考慮到日后維修或擴(kuò)展使用，應(yīng)將輸入、輸出點(diǎn)數(shù)增加10%～20%的可擴(kuò)展余量來(lái)估算. 本設(shè)計(jì)選擇目前普遍使用的控制各類型機(jī)械動(dòng)作或生產(chǎn)過(guò)程的三菱PLC FX2N-128MT-001，控制系統(tǒng)的I/O分配如表1所示.

表1 控制系統(tǒng)I/O分配表

2.2 控制系統(tǒng)的狀態(tài)流程圖

首先按照生產(chǎn)工藝要求劃分若干個(gè)狀態(tài)步，并按一定的順序設(shè)置控制步驟. 控制系統(tǒng)的狀態(tài)流程如圖4所示. 根據(jù)控制流程，每個(gè)工位的控制順序描述如圖5所示.

圖4 狀態(tài)流程圖

圖5 各工位控制順序流程

2.3 控制系統(tǒng)的時(shí)序設(shè)計(jì)

圖6 各工位加工時(shí)序圖

3 氣動(dòng)回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖7 氣動(dòng)原理圖

4 結(jié)束語(yǔ)

本文根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際需求，以PLC作為控制核心器件，設(shè)計(jì)了一款適用于摩托車補(bǔ)氣閥自動(dòng)裝配的控制系統(tǒng). 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行了控制流程分析、時(shí)序設(shè)計(jì)以及氣動(dòng)回路設(shè)計(jì). 通過(guò)仿真模擬和調(diào)試，所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)能夠較好地配合機(jī)械部分的工作，可完成補(bǔ)氣閥主要零部件的自動(dòng)裝配，能有效提高產(chǎn)品的裝配質(zhì)量和裝配效率，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo). 根據(jù)企業(yè)反饋的信息，該設(shè)備在試運(yùn)行過(guò)程中，裝配效率比人工裝配有大幅提升且裝配質(zhì)量穩(wěn)定，節(jié)約了勞動(dòng)力、降低了裝配成本. 因此，本設(shè)計(jì)對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備自動(dòng)化改造有一定的借鑒作用.

[1] 欒厚寶，胡國(guó)清，陳滿足. 基于PLC的分輪自動(dòng)裝配機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究[J]. 機(jī)械制造與自動(dòng)化，2008, 37(6): 145-147.

[2] 林豐，何用輝. 基于組態(tài)王的自動(dòng)裝配機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 自動(dòng)化與信息工程，2012(1): 16-19.

[3] 汪建業(yè). PLC在多工位自動(dòng)裝配機(jī)中的應(yīng)用[J]. 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2008, 27(3): 12-19.

[責(zé)任編輯：熊玉濤]

Design of a Control System for Automatic Assembly Motorcycle Gulp Valves

HAOXiao-xi1, LUJu1, CHENChun-peng2

(1. School of Mechanical and Electrical Engineering, Wuyi University, Jiangmen 529020, China;2. Jianghai Haixu Hardware Product Co. Ltd., Jiangmen 529000, China)

According to requirements of the motorcycle gulp valve assembly process, an automatic control system is designed. With the programmable logic controller (PLC) as the controller core, with multiple types of sensors and pneumatic circuits, adopting the half-closed-loop control mode and strictly implementing process and timing requirements, the system realizes the automatic control of the pneumatic loops. The system improves the stability and safety of the automatic assembly machine operation, enhances the efficiency of automatic assembly, effectively reduces production cost, and provides reference for future automation upgrading of similar parts, and is therefore of application value for relevant enterprises.

motorcycle gulp valves; PLC; automatic assembly machines

1006-7302（2015）01-0037-06

TP273

A

2014-10-10

2014年廣東省本科高校教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程—大學(xué)生實(shí)踐教學(xué)基地項(xiàng)目【粵教高函〔2014〕97】；五邑大學(xué)本科“3+1”培養(yǎng)模式綜合實(shí)驗(yàn)班畢業(yè)設(shè)計(jì)課題；2013年國(guó)家級(jí)高等學(xué)校大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目.

郝曉曦（1981—），女，陜西西安人，講師，碩士，研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)控制.