基于PLC的全自动空调出风口测力设备.pdf

务l 匐 ,tb 基于P L C 的全 自动空调出风 口测力设备 Aut om at i c f or ce m easur i ng d evi ce o f ai r condi t i oni n g v ent base d on PLC 王姬懿，乔凤斌，蔡智亮 V V ANG Hu a ． Y i 。QI A0 F e n g ． b i n．CAI Zh i ． 1 i a n g 上海航天设备制造总厂，上海，2 0 0 2 4 5 摘要采用基于P L C 的位置控制模式实现对空调出风口扇叶滑块的受力检测 ，详细介绍了系统的硬 件、软件设计和人机界面设计。本系统具有测试定位精准 ， 运行稳定性强， 操作简单 ， 安全性 良好等优点，具有重要的实用价值。 关键词 测力设备 ； 可编程控制器 ； 定位；人机界面 中图分类号 T P2 7 3 文献标识码 A 文章编号1 0 0 9 -0 1 3 4 2 0 1 3 O l 下 一 0 1 3 6 - 0 3 D o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ J ． i s s n ． 1 0 0 9 - 0 1 3 4 ． 2 0 1 3 ． 0 1 下 ． 3 9 0 引言 随着汽 车工业的发展，人们对汽 车的要求越 来越 高，汽车 空调 出风 口扇 叶上滑块所受的横 向 滑动 力和纵 向摇摆 力的大小直接表征 了滑块安装 的好坏和扇叶表面 的粗糙度 ，因此检测空调 出风 口扇叶上滑块受力大小具有重要意义。 此前 ，空调 出风 口模 具生产厂家采用推力计 测力，这种 测试方法效率低 ，只能抽检部分产品 进 行测试 ，一方面严重影响 了企业的产能 ，另一 方面造成了不 良产品的漏检。 本文针 对某空调 出风 口企业工件 检测要求研 制了一套以P L C 为控制核心，具有人机界面设计的 自动控制测力设备Ⅲ。提高了测试精度，增加 了企 业产能 。 1 设计要求与设计难点 1 ． 1设计要求 针对企业要求，测力设备需具有以下功能 1 测试精度 为0 ． 1 N，多次测试 力值波动 在 2 0 ％内。 2 从工件放入检测设备到打印出测试数据时 间在4 5 s 内。 3 设备安全性 良好。若测力数据平均值不在 1 ．5 N T N 范围内，停机报警。 1 ． 2设计难点 滑块尺寸 小，测力设备 与滑块的接触 面积为 4 mm X 5 0 mm，接触面积很小 ，要求P L C 位置控制 精度高，系统的机械结构运动精度高。同时为避 免 损伤滑块 ，设备 与滑块 的接触面要光滑 。本文 采用测力传感器 固定夹具模拟人手拨动滑块测试 阻力。夹具与滑块的接触面积小 ，且夹具光滑 ， 不会损伤滑块。 滑块 的位 置影 响测力传感器 的测力 角度 。为 避免因滑块位置不一致造成测力角度偏差 ，导致 测力传感器砸伤工件 ，需先对滑块位置初始化 ， 加入初始化到位传感器，检测初始化是否到位 ， 保证滑块初始化后处于同一位置。 为提高 系统 安全性 ，在工件工作区域需安装 安全光栅 ，正常工作时，打扰 安全光栅 ，系统停 机报警 。通过 以上设计，避免正常工作时人手伸 入 测试区域被机械结构砸 伤，也 防止 了人手 对初 始化到位传感器的影响。 根据设计 难点建立对操作平 台建立模型 ，如 图1 所示。 电棚． 图1操作平台模型 收稿日期2 0 1 2 - 0 9 - 2 0 作者简介王姬懿 1 9 8 7一，女，湖北人，工程师，硕士，研究方向为P L C 控制。 [ 1 3 6 1 第3 5 卷第1 期2 0 1 3 - 0 1 下 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m I 匐 似 在滑块位 置与水平面垂直时测试得到横 向滑 动力 。测试纵 向摇摆力时 ，以滑块 与扇叶 的接触 点为轴心 ，使得滑块前后摇摆4 5 度，得到一个 回 合过程中纵 向摇摆力的平均值 。 设 备 的工 作 流程 如 下 扇 叶 处 于导 轨 前端 时 ，设备前端气缸动作 ，夹具拨动滑块 ，对滑块 位置进行初始化 ，初始化后的滑块位置与水平面 垂直 。初始化到位传感器对滑块初始化位置进行 判断，经初始化到位后的扇叶运行至导轨尾部 ， 导轨 尾部的电机带动后面横梁运行到所需位置 ， 此时气缸动作 ，测力传感器上的夹具夹紧滑块 ， 对左右 扇叶上 的滑块分别进 行横向滑动力值的测 试 ，测试 完横 向滑动 力值 ，夹具 在电机 的带动下 带动滑块前后摇摆4 5 度进行纵向摇摆力的测试 。 测试完纵 向摇摆 力，扇 叶运动 到导轨前部 ，结束 一 个回合的测试 。 2 控制系统设计 系统 的具体配置方案如下 1 Q， U 选择 。为控制测试时间 E 4 5 s 内，需提高 处理速度，采用三菱Q 0 2 H C P U，缩短测试时间 。 2 定位模块选择 。采用Q D7 5 P 4 的位置控 制 模 式 ，通过 “脉冲 信号 ”执行 控制 ，实现 复 杂 定位 。 3 外 围传感器选择 。采用I n t e r f 器 ，精 确 度高 达0 ． 0 5％， 满足 系统 所需0 ． 1 N精度 要 求 。不 需在 外部 进 行扭矩 换 算 ，更直 观 显示 力值 。 采用 欧姆 龙F3 S J E安全 光 栅 ，增 加 测试 安全性 。采 用 光 电开关 作 为初 始化 到 位传感器。 4 数据采 集卡选择 。 采用NI US B一 6 3 4 1 数据采集 卡，采样率达到5 0 0 k S ／ s 。 控制 系统 构成如图2 所 示 。 系统 在调 试 中发 现 ， 数据 采 集卡 采 集的 电流值 较小 ，采集 卡信 号 易受调 试环 境 和传 感器 信号 的干 扰 。加 入放 大 电路对 数据 采集卡采集 的电流进行放大 。通 过放大电路，干 扰得到降低 。 3 系统软件设计 3 ． 1软件设计 系统软件部分设计 包括 P L C 程序设计 与人机 界面软件设计 。 P L C 控制系统设计了一键式复位，在停机报警 后，按复位按钮 ，可使系统 自动回到原点。P L C 位 置控制需满足以下要求 保证滑块初始化后位置在垂直平面上 ； 保证测试横 向滑动力和纵 向摇摆力时气缸 的 位置正好处于测试所需位置，不得损坏模具； 移动工件至导轨后部和导轨前部 。 在工件测试 中，需对数据进行采集处理 。每 次采集用数 字触发的方式采集一个通道 ，采集完 毕对力值平均值进行分析 。当平均值在 1 ． 5 N 7 N 时，操作指令通过RS 2 3 2 串 口从 触摸屏送入打 印 机 ，打印 出力值数据 。若不在 1 ． 5 N 7 N阈值范 围 内，控制电平变化 ，与急停 回路 串联的继电器开 关断开，停机报警 。 为保 证 力传 感 器 测试数 据 与采 集 卡 采集 数 据 同步 。系统采用P L C 程 序和上位机程 序同步化 设计 图2系统构成图 第3 5 卷第1 期2 0 1 3 - 0 1 下 [ 1 3 7 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m l 匐 似 1 测试前上位机给P L C一个脉冲信号，程序 处于 测试等待状态 。1 0 s 内按动工件测试平台启动 按钮 ，控制平台开始运行 ；如超过 1 0 s ，程序等待 超时，需重新启动程序。 2 力传感器开始进行测试时，P L C给上位机 一 个脉冲 ，进行数据的采集 ，保证 采集卡每个通 道的采集时 间与力传感器测试 时间一致，从而确 保测试数据的准确性 。 3 测试完一 个工件 后 ，上位 机处于 等待状 态。当力传感器再次进行测试时，P L C 发给上位机 的脉冲信号 ，上位机对第二个工件 的数据进行处 理，以此进行循环。 如 图3 所 示为软件 流程 图 ，左 边部分 为P LC 的控 制 流 程 ，右 边 部 分 为 人 机 界 面 软 件 控 制 流程 。 图3软件流程图 3 ． 2 人机界面 系统 采 用人 机 界 面 方 便 灵 活 ，如 图4 所 示 为 系 统 人 机 界 面 ，人 机 界 面 具 有 如 下 功 能 和 特点 1 企 业 可 查 询 工 人 工 号 ，方 便 企 业 进 行 管理。 2 配置测试阈值1 ．5 N 7 N，如不在阈值范围 内，系统将报警。点击C o n fi g u r e ，可配置阈值 。 [ 1 3 8 1 第3 5 卷第1 期2 0 1 3 0 1 下 3 实时显示 当前测试值 ，测试完毕生成打印 标签 。 4 工人选择保存数据，系统会按时间 自动生 成e x c e l 文件，便于工人操作 。 图4 人机界面图 4 结束语 本 设 备 已成 功 用于 车 间实 际生 产 。经过 运 行观 察 ，系统 运行 稳定 ，设 备 的测试 精度 高 ， 力值 的波动不超过2 0 ％。当测力数据平均值超过 1 ． 5 N 7 N时，设备停机报警。系统有较高的安全系 数 ，保证了工人 的安全。 同时系统操作 简便，对工人零 要求，并方便 企业查询数据 。本设备 的研制改变了空调 出风 口 模具 检测仅依靠人工检测的局面，对于汽车模具 行业提高 产能 ，以及检验标准化具 有极大 的应用 价值。 参考文献 [ 1 】王烈准． 电气控制与P L C应用技术【 M】 ． 北京 机械工业出 版社， 2 0 1 0 ． [ 2 】孙振强． 可编程控制器原理及应用教程【 M】 ． 北京 清华大 学出版社， 2 0 0 5 ． 【 3 】王永华． 现代电气控制及P L C应用技术【 M】 ． 北京 北京航 空航天大学 出版社， 2 0 0 5 ． 【 4 】李立 宗． VB程序设计教程 【 M】 ． 天津 南开大学 出版 社， 2 0 0 9 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m