汽車歧管檢測與打標一體機控制系統(tǒng)設計

蔣　玲，張　超

(1.蕪湖職業(yè)技術學院 電氣工程學院，安徽 蕪湖 241006；2.佛吉亞排氣控制技術開發(fā)(上海)有限公司，上海 201107)

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汽車歧管檢測與打標一體機控制系統(tǒng)設計

蔣玲1，張超2

(1.蕪湖職業(yè)技術學院 電氣工程學院，安徽 蕪湖 241006；2.佛吉亞排氣控制技術開發(fā)(上海)有限公司，上海 201107)

摘要：汽車排氣歧管檢測與打標一體機是根據(jù)汽車零部件制造商的需要專門研制的，用于檢測汽車歧管氣密性及筒體打標的一種裝置。該裝置是由機械、氣動和PLC控制三大系統(tǒng)組成的，采用三菱PLC、傳感器等元器件和日本SMC的氣動元件來實現(xiàn)汽車歧管自動檢測與自動打標。歧管檢測與打標一體機從投產以來，工作可靠，運行穩(wěn)定，較好地完成歧管氣密性檢測與打標任務，完全能滿足生產工藝的要求。

關鍵詞：汽車排氣歧管；氣密性檢測；打標；一體機；PLC

0前言

汽車排氣歧管是將發(fā)動機工作時產生的廢氣,從多個汽缸中順利排出的重要零件, 它的工作情況直接關系到發(fā)動機的工作可靠性和使用耐久性，同時會直接影響著汽車的舒適性、廢氣的順利排放、廢氣的催化轉換處理和發(fā)動機的效率。在汽車歧管產品生產過程中，對其進行密封性檢測己成為不可缺少的一個重要的工序。為了讓用戶能夠方便直觀地了解這些汽車零部件的基本信息，需要在這些產品的表面進行信息標示，工業(yè)標記成為汽車零部件過程的重要工序之一。

目前的汽車歧管生產過程，工作人員先進行歧管氣密檢測，氣密檢測合格后再搬運到打標機上進行筒體打標，但是當大批量生產時常常誤工、誤時，效率低下，不利于產品快速流動，生產線上的產品積壓現(xiàn)象較為嚴重；由于原先的兩臺設備本身獨立工作，每臺設備都需要工裝夾持裝置和電氣控制系統(tǒng)，設備制造費用高，維護工作量大。另外氣密機檢測的結果對打標機不產生任何影響，即氣密合格與不合格產品在打標機均能打標，不具備防錯功能，不利于大批量生產作業(yè)，導致操作工在操作過程中將不合格的產品當作合格的產品進行了打標，出現(xiàn)不合格產品流向客戶，導致索賠，既造成經濟損失又損害了公司的聲譽。

汽車歧管氣密性檢測及打標功能一體機即是在此背景下開發(fā)設計的，其主要用于汽車歧管氣密性檢測、歧管打標[1]。本設計已獲得實用新型專利(專利號201420518856.3)。

1工作原理及組成

汽車歧管檢測與打標一體機包括氣密檢測及打標公用的檢測裝夾平臺、待測工件、收縮氣缸、壓緊氣缸、打標機、電氣控制系統(tǒng)。其特征在于：按下啟動按鈕后，首先壓緊氣缸將工件壓緊在裝有密封圈的平臺上，收縮氣缸封堵住另一出口，快速充氣閥打開向歧管內充氣，當與歧管相連通的壓力傳感器達到規(guī)定的壓力時，快速充氣閥關閉，打開裝有流量傳感器的慢充閥，確保壓力恒定，若流量傳感器的值小于設定值，系統(tǒng)顯示合格，合格指示燈亮，系統(tǒng)自動排氣，收縮氣缸縮回，打標機啟動開始打標，打標結束后，壓緊氣缸縮回，釋放出工件；若流量傳感器的值大于設定值，系統(tǒng)顯示不合格，不合格指示燈亮，并發(fā)出聲光報警，系統(tǒng)自動排氣，收縮氣缸縮回，打標機不啟動打標程序，壓緊氣缸不縮回，工件始終處于壓緊狀態(tài)，不能拿出，只有按下不合格產品解鎖按鈕才能縮回壓緊氣缸，取下工件，實現(xiàn)了僅有歧管氣密檢驗合格才能打標的防錯和一次裝夾完成檢測、打標兩次作業(yè)的目的。其結構如圖1所示。

圖1　檢測及打標工裝結構圖

2氣動控制系統(tǒng)的設計

圖2　氣動控制回路的工作原理圖

氣動控制系統(tǒng)是汽車歧管檢測與打標一體機的執(zhí)行機構之一，該氣動控制系統(tǒng)主要實現(xiàn)工件與裝有密封圈的平臺之間的夾緊與松開，汽車歧管另一出口的封堵與松開。由PLC實現(xiàn)開關量邏輯控制。氣動控制回路的工作原理如圖2所示。1Y1、2Y1為控制氣缸運動的單電控二位五通電磁閥，1B1、1B2、2B1、2B2為安裝在氣缸極限工作位置上的磁性傳感器。

3PLC控制系統(tǒng)的設計

3.1 系統(tǒng)硬件設計

PLC控制系統(tǒng)設計包括系統(tǒng)方案設計和PLC選型。主要依據(jù)工藝過程和技術要求，以及最優(yōu)控制原則，確定系統(tǒng)的控制方案[2-3]。在PLC選型時，應詳細分析工藝過程的特點和控制要求，確定有哪些信號輸入給PLC，哪些負載由PLC驅動，是開關量還是模擬量，是直流量還是交流量，以及電壓等級等，并估算所需存儲器容量，最后選擇性價比較高的PLC和設計相應的控制系統(tǒng)[4]。

圖3　設備控制系統(tǒng)

在該系統(tǒng)中，控制部分采用三菱小型PLC，型號為FX2N-24MR。作為該一體機控制系統(tǒng)的核心部件PLC，其輸入端口接入系統(tǒng)所需的各開關、主令信號按鈕，PLC輸出端主要與要控制的電磁閥、繼電器和工作狀態(tài)信號指示燈等相連，系統(tǒng)所需的各種邏輯控制要求全部在PLC內部實現(xiàn)，工作過程通過外部指示燈顯示。設備控制系統(tǒng)如圖3所示，PLC的外部接線如圖4所示。

3.2系統(tǒng)軟件設計

PLC控制程序是汽車歧管檢測與打標一體機控制系統(tǒng)設計的核心，一體機使用效果與程序設計的可靠性有關，設備操作是否人性化也與程序設計有很大關系，另外PLC程序設計時要盡量縮短其運行時間，從而提高設備的運行效率。此一體機程序由原點回歸、手動調整程序、自動運行操作程序等構成。設備通電、氣源接通后，先在手動狀態(tài)下進行一次原點回歸[5]。

一般情況下設備的參數(shù)都已經設好，如無必要不需對設備進行調整。手/自動選擇開關應置于自動檔，操作員首先將工件放入后，雙手啟動，設備進入自動運行狀態(tài)。

自動運行的順序如圖5所示。

圖5自動運行流程圖自動運行中如果按下急?；蛟O備發(fā)生故障，立即停止，急停指示燈閃爍，以示提醒。確定無安全隱患后，將運行方式開關選擇置于手動位置，按回原點按鈕設備自動回到初始狀態(tài)。到達原位后原位指示燈常亮提示復位結束設備正常。

手動操作程序主要是在設備維修和調試過程中使用，便于單步操作設備[3]。采用三菱PLC對系統(tǒng)進行控制，控制系統(tǒng)的控制要求改變時，只需將程序進行修改，就能滿足系統(tǒng)要求，非常靈活方便，簡化了硬件系統(tǒng)結構，控制電路部分接線大大減少。

4結語

汽車歧管檢測與打標一體機根據(jù)用戶的要求進行設計制作的，本設備采用機、電、氣一體化設計、氣動部分采用日本SMC的氣動控制元件，電氣控制系統(tǒng)由三菱FX2N系列PLC；設備具有手動、自動、故障報警和顯示等功能。

該設備將原先的兩道工序、兩臺設備經過整合和機電一體化設計之后變成一臺設備和一道工序，減少了工人的重復操作，縮短了操作的時間，降低了勞動強度，比原設備工作時間節(jié)約了15秒，同時提高了工作效率，節(jié)約了生產成本和設備投入。通過PLC程序設計和外圍控制電路處理，將工件氣密檢測和打標聯(lián)系起來形成互鎖，合格工件打標，不合格工件不打標，且不合格工件不會自動釋放，只有按下不合格產品解鎖按鈕才能釋放開不合格工件，進行了有效的防錯，杜絕了不合格產品流向客戶。

在工業(yè)實踐中，該設備既可用于汽車歧管氣密性檢測和打標，也可用于汽車排氣系統(tǒng)其它部件的氣密性檢測與打標，以及其它行業(yè)產品氣密性檢測與打標[1]。

參考文獻

[1] 蔣玲,張超,萬鸞飛,等.一種用于汽車歧管檢測與打標的裝置:201420518856.3[P].2015-01-21.

[2] 廖常初.PLC基礎及應用(第三版)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2014:145-146.

[3] 李乃夫,何瓊,蓋超會,等.可編程控制器技術[M].北京:高等教育出版社，2014:239-241.

[4] 湯自春,許建平,劉耀元,等.PLC技術應用[M].北京:高等教育出版社,2015：177-178.

[5] 蔣玲,張超.三元催化器GBD封裝設備控制系統(tǒng)設計[J].西安航空學院學報,2015(1):53-57,79.

[責任編輯、校對：梁春燕]

Design of Control System for Automobile Exhaust Manifold Detection and Marking

JIANGLing1,ZHANGChao2

(1.Department of Electrical Engineering,Wuhu Institute of Technology,Wuhu 241006,China;2.Faurecia Exhaust Control Technology Development (Shanghai) Co.,Ltd.,Shanghai 201107,China)

Abstract：Automobile exhaust manifold detection and marking machine is a kind of device especially designed to detect manifold air tightness and mark for cylinder based on the need of auto part manufacturers.The device is composed of mechanical system,pneumatic system and PLC.It employs the MITSUBISHI PLC,sensor components and SMC pneumatic components researched and developed by Japan to control automatic detecting and automatic marking.The machine has been working stably since its production,suitable for detecting exhaust manifold air tightness and marking for cylinder.The automobile exhaust manifold detection and marking machine can fully meet the process requirements.

Key words：automobile exhaust manifold;leak detection;marking;integrated machine;PLC

中圖分類號：U464

文獻標識碼：A

文章編號：1008-9233(2016)01-0060-04

作者簡介：蔣玲(1974-)，女，安徽桐城人，副教授，從事PLC及自動控制方面的教學和研究。

基金項目：蕪湖職業(yè)技術學院2015年度校級科學研究項目(Wzyzr201501)；實用新型專利(專利號201420518856.3)

收稿日期：2015-11-09