隨著汽車制造業(yè)的飛速發(fā)展，汽車裝配生產(chǎn)線的自動化程度也越來越高。在車輪總成工藝中，輪胎裝配生產(chǎn)是全自動輪胎裝配線的重要環(huán)節(jié)。為了提高生產(chǎn)效率、降低勞動強度和保證生產(chǎn)質量，設計了以PLC為控制核心，結合電一液伺服控制及伺服變頻技術的自動裝胎機控制系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)組成及工作原理

自動裝胎系統(tǒng)的結構示意圖如圖1所示。

圖1裝胎機結構圖

    送胎時，先把輪轂放在支架一上，再把輪胎斜放在輪轂之上，小車上升托起輪胎和輪轂后加速向裝胎機內運行；為保證裝胎效率和定位精度，在接近目標時，遇到限速傳感器使小車低速運行直至到達裝胎位置；小車下降將輪胎輪轂放在支架二上后返回，由支架二上的卡盤固定輪轂等待組裝。

    裝胎時，由升降液壓缸帶動裝胎頭整體下降，3個電液伺服閥推動各自的伸縮缸將裝胎頭內的裝胎臂、裝胎器和壓胎器調整到合適位置，裝胎器伸人輪胎與輪轂之間的間隙，由裝胎臂帶動旋轉第一圈將輪胎下緣導入輪轂，輪胎自然下落后，電液伺服閥推動壓胎器壓住輪胎，裝胎臂帶動裝胎器旋轉第二圈使輪胎上緣導入輪轂完成組裝，且小車入位準備送出輪胎。

裝胎完成后，裝胎頭帶動裝胎臂、裝胎器和壓胎器回原位等待下一個輪胎到來?；卦恍盘柡椭Ъ芤簧系妮喬ゾ途w信號啟動小車上升將裝好的輪胎托起然后送出，同時下一個需組裝的輪胎又送人裝胎機，如此循環(huán)完成自動組裝。

2 PLC電氣控制系統(tǒng)

    PLC為該控制系統(tǒng)的核心，根據(jù)生產(chǎn)工藝過程需要18個數(shù)字輸入點、15個數(shù)字輸出點。系統(tǒng)選用西門子CPU226 DC／DC／DC型PLC，根據(jù)電液伺服系統(tǒng)中有3個模擬量輸入(3個位移傳感器)和3個模擬量輸出(3個伺服放大器)的要求，擴展了3個EM235模塊。電氣控制系統(tǒng)圖如圖2所示。

圖2 PLC控制系統(tǒng)圖

2．1 PLC的I／O分配及功能

    輪胎輸送系統(tǒng)占用PIE的10．4一11．4、Q1．1一Q1．6，與MM440變頻器組合驅動一臺三相異步電動機。

PLC對伺服電機的控制由11．5--12．1、Qo．0一Q0．3配合實現(xiàn)。

在電液伺服系統(tǒng)中的3個EM235模塊，分別控制裝胎臂、裝胎器和壓胎器達到精確定位。具體I／O分配及功能如表1所示。

表1 I／O分配表

續(xù)表1

2．2監(jiān)控系統(tǒng)

    為便于操作和對整個生產(chǎn)過程進行監(jiān)控，系統(tǒng)以西門子TPl70B作為上位機對裝胎機的運行狀態(tài)進行監(jiān)控。在觸摸屏上分別組態(tài)了小車運行速度I／O域，裝胎臂、裝胎器及壓胎器I／O域，設備的報警畫面，各運動部件的手動調節(jié)按鈕。其中速度I／O域用于設定小車的速度；裝胎臂、裝胎器及壓胎器I／O域可根據(jù)不同型號的輪胎及時調整位移量；設備的報警畫面供在設備發(fā)生故障時查閱；各運動部件的手動調節(jié)按鈕供設備調整時使用。

3輪胎輸送系統(tǒng)

    輪胎和輪轂是由一個沿直線導軌運動的小車運送到裝胎機中。由于在運送輪胎的過程中放在小車上的輪胎無固定裝置，小車快速停止輪胎會因慣性太大而脫落，故要求開始時中速運行在接近目標位置時減速運行，返回時因車上無輪胎可高速運行以節(jié)省時問提高生產(chǎn)效率，接近停止位置時低速運行以減少沖擊。為實現(xiàn)上述功能系統(tǒng)采用西門子MM440變頻器的4段固定頻率控制方式來實現(xiàn)輪胎的輸送。

4裝胎臂的伺服控制系統(tǒng)

    裝胎過程是由裝胎臂經(jīng)兩次旋轉完成。系統(tǒng)采用伺服電機及驅動器與PLC配合組成電氣交流伺服系統(tǒng)實現(xiàn)控制要求。PLC作為控制器發(fā)送高速脈沖信號給伺服驅動器驅動電機旋轉。伺服電機運行的速度與一個脈沖旋轉的角度由電子齒輪比設定。

    伺服電機所選配編碼器為：2 500 p／r，5線制增量式，分辨率為10 000 P／r。如伺服電機每轉一圈需3 600個脈沖，則設定電子齒輪比為25／9。

控制過程中，在伺服驅動器的脈沖+方向工作模式下，Qo．0發(fā)脈沖信號，控制電機的轉速和目標位置；Qo．1發(fā)方向信號，控制電機正反兩個方向的運動。在裝胎頭上設置了參考點傳感器用于限位及尋找參考點?？刂扑悸肥牵和ㄟ^Fro模式輸出一個50％占空比脈沖串，用于控制伺服電機的速度和旋轉角度。當發(fā)生故障停機后，由12．1給出回原點信號迅速返回參考點。圖3為高速脈沖方式位置控制流程圖。

圖3高速脈沖位置

5裝胎機液壓系統(tǒng)

(1)液壓系統(tǒng)的組成

    裝胎頭的上升和下降、裝胎臂的尺寸調整及裝胎器和壓胎器的下降深度調節(jié)都靠液壓驅動。液壓系統(tǒng)如圖4所示。

圖4 液壓系統(tǒng)圖

其中裝胎頭的上升和下降都是液壓缸的滿行程運動，所以一個開關閥7DT即可控制其上升下降，而裝胎臂、裝胎器和壓胎器都要有準確的位置調節(jié)，系統(tǒng)中采用了3組電液伺服裝置來實現(xiàn)。圖中1DT為裝胎臂電液伺服閥，2DT為裝胎器電液伺服閥，3DT為壓胎器電液伺服閥，4DT、5DT、6DT為開關閥。根據(jù)實際要求作者選用了動圈式電液伺服閥及與之配套的伺服放大器。

(2)電液伺服系統(tǒng)分析

   電液伺服系統(tǒng)主要包括位置控制系統(tǒng)、速度控制系統(tǒng)和力矩控制系統(tǒng)等。裝 胎機的3套電液伺服裝置是位置控制系統(tǒng)，分別控制裝胎臂、壓胎器和裝胎器。由于控制原理完全相同，所以只就裝胎臂控制系統(tǒng)加以說明。系統(tǒng)框圖如圖5所示。

圖5 伺服系統(tǒng)框圖

系統(tǒng)以PLC作為閉環(huán)比較點，以觸摸屏輸入的位移量(Du1)作為裝胎臂伸縮的給定信號，位移傳感器將伸縮缸位移龍。轉換成電壓信號Uf輸出，Uf再經(jīng)過A／D轉換與Du1比較運算得到偏差信號U1，并經(jīng)伺服放大器轉換成電流信號驅動伺服閥，最終使伸縮缸向目標位置運動。

6結論

    系統(tǒng)將PLC、觸摸屏、液壓伺服、變頻調速及伺服電機控制結合在一起實現(xiàn)了自動裝胎功能，單個輪胎的組裝時間減少到13 s，只有手工裝胎的1／5，同時使生產(chǎn)過程中的輪轂劃傷減少到0．1％，大大提高了勞動效率和生產(chǎn)質量。