基于PLC 的壓裝試漏一體機控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)★

李 彬，黃美蓮，黎鈺珍

（廣東理工學院電氣與電子工程學院，廣東 肇慶 526100）

引言

鏈條蓋零件在加工過程中和裝配后都需要進行氣密性檢測，主要采用壓縮空氣輔以必要的水浸式檢漏，完成上述檢測所使用的設備就是試漏機[1]。同時由于鏈條蓋產品后續(xù)加工需要壓裝油封，并檢測高度和壓力值，完成上述檢測所使用的設備就是壓裝機[2]。這兩臺專用設備分開完成不同的工序，每一個工序都需要人工上料，費時費力。為進一步提升企業(yè)生產效率，設計一款壓裝試漏一體機，專用于鏈條蓋產品壓裝油封和腔體檢測，并檢測高度和壓力值，還可以進行壓裝檢測油封彈簧和工件區(qū)分[1-3]。

1 壓裝試漏機系統(tǒng)

設備回原位后，將待檢測產品放在夾具底板上，放入油封，為了安全采用雙手啟動，進行彈簧、工件到位檢測，主壓缸進壓緊工件，工件安裝到位檢測，進行壓力、試漏、高度檢測，結果檢測的判斷，如果檢測合格將自動復位回原位[4]。

設備主要由機架本體、上下臺板、立柱、試漏用組件、壓裝用組件、電動缸、油缸、氣缸、液壓系統(tǒng)、傳感器、氣動控制，電器控制箱，導向機構，產品試漏定位工裝、氣動檢測系統(tǒng)、電氣線路和儲氣罐等組成[5]。

氣動系統(tǒng)共設置6 個氣缸，6 路氣缸由PLC 控制實現(xiàn)聯(lián)動，分別用于實現(xiàn)打點、封堵、支撐、壓裝、檢測、鎖緊的功能，氣動原理圖如圖1 所示。采用車間統(tǒng)一氣源為動力源，額定工作壓力0.3～0.5 MPa，氣動系統(tǒng)是對機器運行提供動力的裝置，由氣源、三聯(lián)體、儲氣筒、電磁閥、氣密儀、氣缸、氣控閥和匯流塊等元器件組成。車間氣源引入設備后，首先需要經過滑閥進入三聯(lián)件，可以過濾空氣中的塵埃，防止堵塞閥體，提高電磁閥和氣缸的使用壽命。滑臺缸（檢測）：工件到位檢測和產品防錯檢測。檢測缸：工件前位檢測。油封壓裝氣缸：壓入油封。打點缸：控制工作臺上的小型氣缸伸出打點。

液壓系統(tǒng)主要由液壓站、主壓缸、側封油缸、液壓浮支組成，原理圖如圖2 所示。液壓油額定工作壓力為4～5 MPa。主壓缸用于主壓封，工件底面的密封板以一面兩銷定位的方式安裝在機床臺板上，密封板上鑲嵌密封件，裝有定位銷及填充塊。頂面壓桿下行實現(xiàn)工件的底部腔孔的密封，頂面壓緊與工作面臺板間設有有限位塊，保證密封件壓縮一致性。側封油缸用于側壓封，左右側壓封采用整體密封方式。

機床接通氣源、電源、液壓加油、關閉后門和啟動液壓站后，滑臺缸前進用螺紋傳感器進行工件到位檢測和工件區(qū)分，主壓缸前進壓緊，導桿下移把鏈條蓋壓緊在工件支座上。進行前位檢測，油封氣缸壓入油封并回退，回退原位檢測，左右側封缸封堵，檢漏儀動作進行試漏檢測。壓力傳感器和高度傳感器進行檢測。氣密儀判別完成后，執(zhí)行元件復位。

2 PLC 控制系統(tǒng)的設計

控制系統(tǒng)主要由PLC 控制器，輸入/輸出模塊、擴展模塊、觸摸屏、控制按鈕、磁性開關、接近開關、限位開關、光電傳感器等組成。

通過對壓裝試漏一體機工作過程的分析，可以確定有如下輸入點：手動模式下，需要6 個按鈕作為各個工步的控制信號。自動模式下，需要12 個磁性開關用于氣缸前位、原位檢測；2 個接近開關用于工件到位、油缸前位、原位檢測；2 個限位開關用于后門、電箱關閉檢測；光電傳感器檢測漏裝、已壓；位移傳感器檢測壓力、高度，共需39 點輸入。

PLC 的輸出點數(shù)可通過如下方式確定：主壓缸、壓裝缸進、退、慢進6 個輸出；側封、支撐、滑臺缸1 和2、上封缸、檢測缸、打點缸、鎖缸進、退共16 個輸出；伺服電機、氣密儀需要6 個輸出，三色燈、蜂鳴器、機床照明需要5 個輸出。因此，PLC 的輸出點數(shù)共需要35 點輸出。

根據(jù)以上分析，確定實現(xiàn)整個控制流程需要的輸入點數(shù)為39 點，輸出點數(shù)為35 個?？紤]到工作可靠性及性價比等因素，選擇三菱FX3GA-60MR 系列PLC。該系統(tǒng)內置36 點輸入，24 點輸出[3-5]。具體的I/O 分配如表1 所示。

表1 PLC 輸入與輸出端口定義表

輸入X0～X43 共36 點，輸出Y0～X27 共24 點接FX3GA-60MR，輸入X50～X57 接擴展模塊FX2N-8EX，輸出Y30～Y47 接擴展模塊FX2N-16EYR，特殊模塊的輸入地址分配接線圖如圖3 所示。

自動模式下開機進入自動頁面，在自動頁面中，顯示報警指示（原位指示、光柵異常和油封漏裝等）、壓裝數(shù)據(jù)（銷釘高度和銷釘壓力結果等）、選擇自動運行程序（正常壓裝程序、高度校正程序和高度驗證程序等）或選擇頁面（手動頁面、設置頁面和監(jiān)控頁面等）等，觸摸屏顯示畫面如圖4 所示。

在自動頁面中，按下“I/O 監(jiān)控”按鈕進入監(jiān)控頁面中。在監(jiān)控頁面中，可以實時監(jiān)控PLC 輸入和輸出（輸入X0-X57 輸出Y0-Y47）。

3 方案驗證

壓裝試漏一體機的實物如下頁圖5 所示，經過生產驗證，充氣時間、檢測時間、平衡時間、允許泄漏值都達到生產要求。放入油封和產品后機床會自動壓裝、檢測壓力、試漏和檢測高度。壓裝試漏合格復位，不合格停止不動報警。

4 結語

控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)手動和自動控制兩種模式，手動控制時可以用按鈕實現(xiàn)單步運行，自動控制時利用磁性開關、接近開關實現(xiàn)信號的采集和反饋。生產結果表明，該控制系統(tǒng)具有良好的可行性和可靠性。該系統(tǒng)投入生產以后，節(jié)約大量人力成本，避免了資金的浪費，為企業(yè)帶來了一定的經濟和社會效益，具有一定的推廣價值。