基于PLC的汽车仪表指针压装控制系统设计

牛腾星

摘要：文章针对PLC的汽车仪表指针压装控制系统设计展开叙述，分别对整机硬件组成及工作工艺流程、控制系统构成、方案设计以及软件设计进行研究，希望可以不断提升汽车工艺，推动工业发展。

关键词：PLC；汽车仪表指针；系统设计

一、前言

在深入調查与分析现阶段汽车仪表生产和装配企业的生产设备及工艺基本特点和要求的基础上，我们看到现行的汽车仪表指针压装过程中存在压力不能实时检测、压装间隙不能精确控制、压装位置点不灵活、不能适用于多种车型仪表生产等问题，因而设计与制作本仪表指针压装控制系统以解决以上问题是重要的和必要的。

二、整机硬件组成及工作工艺流程

2.1 硬件组成

该汽车仪表指针自动压装系统主要硬件结构由PLC控制系统、触摸屏、伺服电机系统、结构框架、仪表支撑移动平台、平台气缸和压装气缸、XY轴运动丝杆组模、操作面板、气动阀及气路等构成[1]。

2.2 工作工艺流程

根据产品实际生产流程要求，其工作工艺流程如下：平台、压装气缸复位到位，放置仪表；仪表上电，判断电流是否超标；平台前进，压装气缸XY轴运动，寻找坐标点；压装气缸达到压装点，压装气缸下压；过程中判断压装压力，超出限定值时复位并退出；第一个压装合格后，压装气缸弹起并移动至下一个压装点；连续压装全部点后，气缸弹起并移动回到XY轴原点；平台退出，取出合格仪表，仪表压装流程结束.要说明的是工作过程中，任意时刻按下停止按钮，系统将复位，即气缸弹起并回复原点，平台退出[2]。

三、控制系统方案设计

控制系统采用自上而下的主从两层控制结构，触摸显示屏作为协调管理级（上层），其余作为直接控制级（下层）.直接控制级由自动压装电控系统、仪表安放与移送平台、指针压装系统、仪表电流检测系统、压力检测系统等组成.触摸显示屏协调管理PLC，进行数据通信，实现工业控制.该系统的自动压装电控系统输入输出端口分别与仪表安放与移送平台、还与压力检测系统、仪表电流检测系统的输出端连接；自动压装电控系统的输出端口还与指针压装系统的输入端连接.自动压装电控系统，用于接受电流、压力检测判断和压装流程监控；仪表安放与移送平台，用于固定的待装配汽车组合仪表，以及把仪表移送到指定的压装位置；指针压装系统，用于对仪表进行指针压装，保证指针和仪表盘面之间的合理间隙；仪表电流检测系统，用于检测仪表通电瞬间和正常通电状态下的电流值，从而为系统对仪表电路的合格判断提供数据，提前淘汰废品，并提高生产效率；压力检测系统，用于压装指针压力的实时检测[3]。

四、控制系统软件设计

该控制系统软件由PLC控制软件和触摸屏控制软件2部分组成，用于接受电流、压力检测判断和压装流程监控等功能.

4.1 PLC控制程序设计

PLC控制程序设计有调试、手动、自动3种运行工作模式，采用模块化设计方法.在PLC工作时，系统程序循环扫描主程序，主程序再调用各种功能子程序，完成控制任务.9个子程序：系统复位子程序，电流检测与判断子程序，平台前进子程序，读取坐标子程序，气缸XY轴移动子程序，压装气缸下压子程序，压力检测与判断子程序，压力检测与判断子程序，多点压装判别子程序[4]。

4.1.1 调试运行工作模式

在调试运行工作模式下，技术员可进行系统手动操作和参数设置.在“压制点设置界面”选择“压制选择”下方的按钮，即可选定某一压制点.在选定某一压制点后，在“限位1、限位2、限位3”下方选定相应的按钮，即可选定某一限位（限位高低可通过调节压制气缸上方的限位钢棒来实现）。

4.1.2 手动运行工作模式

在手动运行工作模式下，手动运行工作模式状态指示灯常亮，操作员可对二台伺服电机进行X、Y轴方向的手动运行操作，并可对平台和压制气缸进行独立操作。

4.1.3 自动运行工作模式

在自动运行工作模式下，自动运行工作模式状态指示灯常亮，自动进行汽车仪表指针压装控制。还可通过压装坐标的灵活选择，实现一个组合仪表多达八个指针任意连续压制的目标。系统具有可靠稳定性高、易操作、柔性好、高灵敏度的优点，使控制系统变得经济、高效、稳定且便于维护，完全能满足当前指针式汽车仪表装配企业的生产要求[5]。

五、汽车仪表系统总体结构

系统总体结构图控制系统由协调管理级、控制级、执行级组成3级控制架构。执行级是控制结构的最底层，主要包括模拟量信号采集单元（由压力传感器、电流传感器）、数字量输入输出单元（由限位开关、按钮、指示灯、蜂鸣器、伺服驱动器组成）、脉冲信号采集与处理单元、高速脉冲输出单元、伺服运动系统、气动系统（由两个不同行程的气缸组成）和各种传感器，它是整个系统的执行部09分；控制级是3级控制结构的中间层，主要包括PLC主机、模拟量模块和通信模块等，它可以完成执行级中各设备间的控制，并可以将执行级的数据上传到协调管理级，它是连接执行级和协调管理级的桥梁；协调管理级是人机界面的触摸屏，它可以完成对系统设备状态的在线监控、输入输出参数的监控与设定、设备故障报警等。采用3级控制架构的控制方式可以提高系统的诊断效果和稳定性，降低出错率，从而对系统设备的平稳运行产生积极作用[6]。

六、结束语

本文提出了基于西门子PLC和触摸屏技术的汽车仪表指针自动压装系统的具体设计方案，解决了目前汽车仪表指针压装中存在的缺陷：通过对仪表通电动态电流进行监控，不合格仪表在压装指针前自动被淘汰；对指针压装的压力值实时监测，根据指针压力合格范围进行自动压装，避免压装压力过小导致指针脱落，压力过大损坏仪表等情况出现，大大降低了废品率；可保证指针的精确定位，从而可提高指针压装的速度和进一步提高产品的合格率。

参考文献：

[1] 邓其贵. 基于PLC技术的汽车仪表指针压装系统的研究及其工程实现[D]. 广西大学， 2012.

[2] 许德成. 汽车仪表指针压入设备控制系统设计[D]. 吉林大学， 2007.

[3] 李杨， 蓝伟铭. 一种汽车仪表指针帽体与仪表盘压装系统的设计[J]. 装备制造技术， 2016（1）：74-77.

[4] 王小明， 鲍晓敏， 刘爱博. 基于PLC的货车滚动轴承压装机控制系统设计[J]. 机械工程与自动化， 2010（6）：138-139.

[5] 高飞， 汤志祥. 基于PLC的组合仪表压针轴机控制系统[J]. 电气自动化， 2006， 28（6）：51-52.

[6] 沈红卫. 基于单片机的智能系统设计与实现[M]. 电子工业出版社， 2005.

（作者单位：长城汽车股份有限公司

河北省汽车工程技术研究中心）