一种自动控制试验工装

刘芳解，梁寿良，邱伯才，覃 竣

（1.柳州五菱汽车工业有限公司，广西 柳州545007；2.柳州达迪通信技术股份有限公司，广西 柳州 545006）

0　引言

在产品开发试验验证中，涉及频繁连续某个动作等较大的工作量，从而引出了设计一种自动控制的试验装置来代替传统的人工操作，实现自动执行所需的动作。该自动控制试验系统装置可用于各种试件往复、升降、开闭等类型的耐久循环试验，具有较强的灵活性及实用性，可同期开展两种试件以上的试验，且只要从硬件及软件上稍作改动，即可延伸或扩展成控制另外一种试验的系统装置。

（1）问题来源及分析

1）环卫垃圾车的举升机构耐久试验次数达数千上万次（分别为卸料及卸箱动作，如图1、图2），如人工操作进行，那么劳动强度及人工计数难度大。

图1　卸料动作展示图

图2　卸箱动作展示图

2）执行卸箱动作时，要求有数百上千次模拟实际使用情况，如垃圾箱与车身非在同一条平行直线理想状态上，实际情况垃圾箱可能会与车身有一定的夹角。在试验时，如为了模拟垃圾箱与车身形成一定的夹角，每进行1次就进行1次人工搬动重量接近1 000 kg的垃圾箱，这样不仅劳动强度大，且角度不易控制。

（2）工装实现的意义

本工装不仅满足试验执行动作的自动控制、计数，且满足垃圾箱在进行卸箱过程能自动使垃圾箱与车身形成一定的夹角，满足模拟实际用户非理想状态的情况，达到验证效果，并解决了以上人工操作带来的劳动强度大及疲劳问题。

1　设计思路及技术要点难点

1.1　设计思路

自动控制试验系统工装首先在硬件上考虑能自动执行动作，然后在软件上程序编制、设置垃圾箱的举升时间、下降时间、动作切换时间及每个动作循环之间的定时及循环累计计数。在执行卸箱动作时，能满足垃圾箱与车身形成一定角度的自动控制。

1.2　要点

本工装构思的关键点在于：

（1）将可编程序控制器（PLC）[1]、电路及气路控制系统、执行机构、电线束等高度集成为一个试验工装；

（2）充分利用编程序控制器（PLC）的特点实现试验过程按设定程序的自动控制；

（3）利用气缸、气阀开关等执行器的特点实现控制动作按设定程序的精确操作[2]；

（4）实现自动执行动作控制，自动计数，意外断电时自动储存次数，待开机继续试验时次数记忆及累计。

（5）在卸箱动作中，垃圾箱与车身自动形成一定角度的控制工装。

1.3　难点

现有技术需要根据使用的可编程序控制器（PLC）的特点情况来考虑试验工装的设计，可编程序控制器（PLC）与各执行器、管线的集成度不高，每项试验都需要重新连接可编程序控制器（PLC）、各执行器件，这是费时费力不经济的过程，并且现有技术对行程的控制较差，也没有限位保护措施，同时对操作人员的技术要求较高。

2　工装实现

2.1　试验执行动作的自动控制

工装部件的结构如图3、图4所示，各部件的说明及作用叙述如下：

框架：是一个焊接件，用于将本工装用的气缸与此气缸控制的举升控制开关（按键或摇杆）进行稳固安装在其中，使气缸的活塞杆动作时直接控制举升控制开关。

气缸：是一种机械元件，通过压缩气体的压力转换为气缸的活塞杆往复直线伸缩机械运动[3]。本工装使用其目的是通过活塞杆的伸缩运动控制垃圾箱的举升控制开关。

可编程序控制器（PLC）：是一种可编程序的控制器，灵活性较好，只要将编制好的程序下载至其中，根据内部程序处理，即可输出各种信号来控制不同类型的电子产品及机械产品，是整个自动控制试验工装执行命令信号的核心。

12/24 V直流电源：主要给气阀开关提供12/24 V的直流电源工作电压。

气阀开关：是一个控制气压气流的输出，与气缸连接。输入端通过气管与气源（空压机）连接，输出端通过气管与气缸连接，输出端的气压气流方向决定气缸活塞杆的伸或缩动作。

电线束：用于电源、可编程程序控制器、气阀开关、继电器等的信号连接。

图3　控制开关为按键式时的工装展示

图4　控制开关为摇杆式时的工装展示

2.2　垃圾箱与车身形成一定角度的工装实现

（1）设想1：在地面上制作一个导轨，垃圾箱被卸箱及钩拉起时沿着与车身有30°±5°角度的导轨运行，但涉及导轨的不易制作及安装，因此不采取此方法。

（2）设想2（本工装运用）：将垃圾箱的后轮（见图5），进行加工焊接。将轮子与支架扭转到要求的角度后重新焊接，然后安装在垃圾箱上，使其垃圾箱运行到地面上时与车身形成的要求的角度，加工焊接后的轮子示意图见图6展示。

图5　卸箱过程后轮着地展示

图6　垃圾箱后轮加工焊接后展示

2.3　工作原理

当电源接通后，通过可编程序控制器（PLC）输出各种执行命令，自动控制气阀开关，气阀开关工作后通过气压/气流触发气缸活塞杆进行伸或缩动作，气缸活塞杆的动作促使垃圾箱的举升控制开关进行工作，最终实现了垃圾箱的举升及下降循环动作[4]。

垃圾箱的举升/下降动作时间、循环计数等功能均由可编程序控制器（PLC）编程控制，当次数达到设定值时，自动停止运行。从用户实际使用情况及考虑举升油缸油温性能问题，每个循环动作之间设置了一定的间隔时间并注入可编程序控制器（PLC）中。设计流程图如图7所示。

图7　设计流程图

3　结束语

本自动控制试验的系统工装满足了多年来我司开发的多款环卫垃圾车的举升机构的循环动作考核试验需求，解除人重复对控制开关进行操纵、计数等的疲劳。具有经济适用性，只要从硬件上或软件上稍作改动，即可实现控制另外的一种试验工装，如曾进行的轮椅服务车的座椅/轮椅控制举升平台的举升耐久、洒水车用的浮球开关升降、继电器循环通断、车门开闭等等的耐久试验。

参考文献：

[1]王 俊.可编程序控制器（PLC）概述[J].科技资讯，2008（29）：23-25.

[2]陶玉静，范才智，田章福，等.两位五通电动气阀动态特性研究[J].推进技术，2006，27（6）：542-545.

[3]姜 杨，柳洪义，田洪海，等．电磁阀测试系统综合控制系统[J]．东北大学学报（ 自然科学报），2010，31（1）：103-106．

[4]毛卫平，顾 建．PLC在气压传动控制实验中的应用[J]．机床与液压，2004（4）：148-149．