基于PLC控制原理研究稱重?cái)?shù)據(jù)波動(dòng)可探測性任星星

任星星　楊青

摘 要：裝配工廠變速箱稱重加油工位的稱重?cái)?shù)據(jù)會(huì)受到費(fèi)斯托電缸執(zhí)行器控制的機(jī)械部件的變化、工位稱重平臺(tái)支撐圓柱銷的磨損而產(chǎn)生失真的問題，主要現(xiàn)象是稱重顯示儀數(shù)據(jù)出現(xiàn)持續(xù)波動(dòng)，而這類自動(dòng)工位，即無操作員工，也無防錯(cuò)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，這就導(dǎo)致稱重失真的工件由本工位流入下一加油工位，使得加油量失真，從而引起變速箱質(zhì)量問題。針對(duì)這類數(shù)據(jù)異常波動(dòng)的問題，本文基于PLC控制原理研究數(shù)據(jù)波動(dòng)可探測性，利用極差法的數(shù)學(xué)思想，使用PLC邏輯控制工具，使得數(shù)據(jù)波動(dòng)能夠有效探測并及時(shí)將波動(dòng)超限值的數(shù)據(jù)報(bào)警提示出來，杜絕質(zhì)量問題產(chǎn)生及流出本工位。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)波動(dòng) PLC控制原理 極差法 可探測

1 引言

近年來，隨著中國汽車行業(yè)的迅猛發(fā)展，對(duì)CVT（無極變速箱）的需求越來越大，質(zhì)量越來越高，在國外技術(shù)封鎖及高額產(chǎn)品費(fèi)用的驅(qū)動(dòng)下，CVT的國產(chǎn)替代越來越受到國內(nèi)車企的迫切重視，但是在CVT國產(chǎn)替代的過程中，難免產(chǎn)生各類質(zhì)量問題，這些問題需要我們?nèi)スリP(guān)解決。本文主要闡述在變速箱稱重加油質(zhì)量控制環(huán)節(jié)，由于受外部環(huán)境影響，如費(fèi)斯托電缸執(zhí)行器控制的機(jī)械部件的變化、工位稱重平臺(tái)支撐圓柱銷的磨損以及輥道運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)，導(dǎo)致稱重?cái)?shù)據(jù)產(chǎn)生無規(guī)律性抖動(dòng)，存在潛在性稱重量、加油量失效的問題，從而引起加油量失真等一連串關(guān)聯(lián)性質(zhì)量問題。

本文針對(duì)稱重?cái)?shù)據(jù)抖動(dòng)而產(chǎn)生的潛在性稱重量、加油量失效的問題，基于PLC控制原理研究數(shù)據(jù)波動(dòng)的可探測性，利用極差法的數(shù)學(xué)思想，使用PLC邏輯工具，PLC在0.5秒的時(shí)間間隔自動(dòng)監(jiān)控記錄三組數(shù)據(jù)，取其中兩兩差值的絕對(duì)值的最大值拿去和產(chǎn)品公差計(jì)算所得理論值進(jìn)行比較，波動(dòng)值小于產(chǎn)品公差計(jì)算所得理論值即判定為合理數(shù)據(jù)波動(dòng)，大于等于產(chǎn)品公差計(jì)算所得理論值即判定為不合格的數(shù)據(jù)波動(dòng)，立即報(bào)警提示并鎖定工件放行，基于該原理使得數(shù)據(jù)波動(dòng)能夠有效探測并及時(shí)將波動(dòng)超限值的數(shù)據(jù)報(bào)警提示出來，杜絕質(zhì)量問題產(chǎn)生及流出本工位。

2 稱重?cái)?shù)據(jù)波動(dòng)無法探測的原因分析

2.1 工位稱重工作原理

稱重工位通過頂升機(jī)構(gòu)將托盤完全頂升后，利用費(fèi)斯托電缸將頂升的托盤與工件托舉脫離頂升后，轉(zhuǎn)移到梅特勒托利多臺(tái)秤上進(jìn)行稱重，稱重所得的數(shù)值顯示在IND570顯示儀上，顯示儀再通過Profibus總線（工業(yè)通訊總線）將重量數(shù)據(jù)傳輸給裝配工廠區(qū)域PLC（可編程的邏輯控制器），PLC再根據(jù)接收到的重量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來，在下一工位結(jié)合存儲(chǔ)的重量數(shù)據(jù)計(jì)算所需的加油量。

2.2 稱重?cái)?shù)據(jù)波動(dòng)原因分析

一臺(tái)變速器由設(shè)備將其頂升放置到稱臺(tái)上的過程中，不可避免的受到機(jī)械、電氣等外界因素的影響，導(dǎo)致在稱臺(tái)上的稱重出現(xiàn)數(shù)據(jù)波動(dòng)。由于稱重?cái)?shù)據(jù)波動(dòng)的產(chǎn)生具有多種原因，本文從人、機(jī)、料、法、環(huán)5個(gè)方面分析稱重?cái)?shù)據(jù)波動(dòng)異常原因，具體歸納如下所述：

1）機(jī)械設(shè)備問題

由于日夜不停的生產(chǎn)，設(shè)備的機(jī)型部分不可避免的會(huì)產(chǎn)生老化、磨損，特別是在設(shè)備電子稱重臺(tái)的支撐柱的接觸部分會(huì)累計(jì)磨損，由于四個(gè)支撐柱的磨損程度不能完全一致，這會(huì)導(dǎo)致支撐面有高度差產(chǎn)生，引起稱重時(shí)托盤晃動(dòng)。

2）托盤問題

裝配工廠使用的輥道托盤，平整度是有差異的，再加上常年累月的磨損消耗，平整度的差異會(huì)變得越來越大，當(dāng)平整度較大的托盤在稱重工位被頂升起來稱重時(shí)，會(huì)出現(xiàn)因平整度差異導(dǎo)致接觸面失衡，造成數(shù)據(jù)波動(dòng)情況。

3）輥道運(yùn)行震動(dòng)問題

裝配工廠輥道運(yùn)行進(jìn)行產(chǎn)生一定的物理震動(dòng)，通過機(jī)械介質(zhì)的的傳導(dǎo)，震動(dòng)是可以影響到臺(tái)秤的測量的精準(zhǔn)度，在實(shí)際臺(tái)秤稱重設(shè)備設(shè)計(jì)中將盡可能的脫離輥道的震動(dòng)干擾進(jìn)行稱重測量，將輥道的震動(dòng)干擾降至最低。

2.3 稱重設(shè)備無數(shù)據(jù)波動(dòng)探測算法

稱重設(shè)備由臺(tái)秤壓力傳感器實(shí)時(shí)將稱重?cái)?shù)據(jù)發(fā)送給IND570顯示儀，IND570顯示儀再經(jīng)過Profibus（現(xiàn)場通訊總線）將數(shù)據(jù)以浮點(diǎn)型的格式發(fā)送給PLC（可編程的邏輯控制器），PLC在收到數(shù)據(jù)后，對(duì)這個(gè)最終數(shù)據(jù)進(jìn)行重量判斷是否在工藝稱重重量設(shè)定范圍內(nèi)，在此傳輸過程為實(shí)時(shí)傳輸，沒有數(shù)據(jù)波動(dòng)探測算法，在工位為自動(dòng)工位的情況下，數(shù)據(jù)波動(dòng)極難被員工發(fā)現(xiàn)，這就導(dǎo)致了稱重重量偏離實(shí)際，導(dǎo)致后續(xù)加油工藝的加油量失真。

3 對(duì)策及措施驗(yàn)證

針對(duì)分析出來的三個(gè)引起稱重?cái)?shù)據(jù)波動(dòng)的問題，設(shè)備機(jī)械問題、托盤問題造成的稱重?cái)?shù)據(jù)波動(dòng)極不容易被發(fā)現(xiàn)，而設(shè)備測量算法和PLC控制程序又不具備探測波動(dòng)的算法功能。根據(jù)分析出來的問題，可以基于PLC控制原理來研究稱重?cái)?shù)據(jù)波動(dòng)的可探測性，利用極差法的數(shù)學(xué)思想，使用PLC邏輯控制工具，使得數(shù)據(jù)波動(dòng)能夠有效探測并及時(shí)將波動(dòng)超限值的數(shù)據(jù)報(bào)警提示出來，杜絕質(zhì)量問題產(chǎn)生及流出本工位。

以變速箱CTF25A2種類的變速箱為例，產(chǎn)線上變速箱與托盤總重量約為197.527kg，如下圖1為數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理后的異常波動(dòng)曲線與理想波動(dòng)曲線對(duì)比圖，X坐標(biāo)為時(shí)間（S），Y坐標(biāo)為重量（kg）。

可見，隨著時(shí)間X的推移，若臺(tái)秤處于正常生產(chǎn)狀態(tài)（理想狀態(tài)），IND570顯示儀顯示重量將會(huì)接近于197.527KG，呈現(xiàn)微小窄幅震蕩波動(dòng)狀態(tài);若模擬臺(tái)秤處于受外界干擾特別嚴(yán)重的狀態(tài)，在其他條件不變的情況下，IND570顯示儀顯示重量將呈現(xiàn)圍繞197.52KG做持續(xù)不斷的寬幅震蕩波動(dòng)運(yùn)動(dòng)，呈現(xiàn)有一定規(guī)律的波動(dòng)狀態(tài);針對(duì)這種受外界導(dǎo)致數(shù)據(jù)波動(dòng)的干擾問題，我們根據(jù)觀察統(tǒng)計(jì)出來的波動(dòng)規(guī)律，按照一定的時(shí)間間隔在波動(dòng)曲線上取值，如圖2所示即一次稱重分別在0.5s時(shí)間間隔取值所得（a，b，c，d，e，f，g，h）為例。當(dāng)然，在實(shí)際工業(yè)運(yùn)用中可以取N個(gè)數(shù)據(jù)，以達(dá)到更為有效的異常數(shù)據(jù)波動(dòng)監(jiān)控。

利用極差公式：

極差的最大值=MAX{|a-b|，a-c|，|a-d|，|a-e|，|a-f|，|a-g|，|a-h|，|b-c|，…，|g-h|}，即為圖2任意取點(diǎn)兩兩值的差值的絕對(duì)值的集合中的最大值為最終數(shù)值結(jié)果。

極差集合中的最大值與產(chǎn)品公差計(jì)算所得理論值進(jìn)行數(shù)值比較，如產(chǎn)品公差計(jì)算所得理論值為0.015kg（變速箱CTF25A2產(chǎn)品公差），顯然，根據(jù)極差公式和波動(dòng)圖示可知，數(shù)據(jù)異常波動(dòng)時(shí)必然有一組數(shù)據(jù)間差值的絕對(duì)值大于0.015kg，而理想波動(dòng)重量值的取點(diǎn)后的極差集合中的最大值小于公差設(shè)定值。通過如上極差計(jì)算的方法將異常波動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢杂行綔y，當(dāng)波動(dòng)取值的極差Max超過我們設(shè)定的監(jiān)控設(shè)定公差時(shí)，立即反饋設(shè)備不合格提示信號(hào)并將本工件Tag（電子記憶儲(chǔ)存標(biāo)簽）地址位寫2（代表不合格）。

4 結(jié)論

在工業(yè)生產(chǎn)中，針對(duì)變速箱稱重?cái)?shù)據(jù)異常波動(dòng)等類似的問題，可以基于PLC控制原理將稱重?cái)?shù)據(jù)波動(dòng)變得可以探測，區(qū)分出限定范圍內(nèi)的正常波動(dòng)和超出限定范圍的異常波動(dòng)，以便針對(duì)異常波動(dòng)進(jìn)一步監(jiān)控并分析，排查造成數(shù)據(jù)異常波動(dòng)的機(jī)械設(shè)備問題、托盤問題等，有效提高生產(chǎn)線變速箱產(chǎn)品輸出質(zhì)量及加油量的生產(chǎn)制造一致性。

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