汽車輪胎組裝電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、汽車輪胎組裝電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)【摘要】：千里之行始于足下，作為汽車行駛的四只腳，汽車輪胎的重要性不言而喻。輪胎性能的優(yōu)劣直接影響到車輛的性能，因而輪胎組裝系統(tǒng)是關(guān)系到輪胎產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵工藝裝備。隨著工控技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的人機(jī)界面（HMI）產(chǎn)品被應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)控制中，實(shí)現(xiàn)了可編程序控制器（PLC）的人機(jī)交互問(wèn)題。本文先是深入淺出的介紹了西門子PLC以及HMI的基礎(chǔ)知識(shí)，然后融會(huì)貫通，利用觸摸屏控制技術(shù)設(shè)計(jì)了輪胎組裝電氣控制系統(tǒng)，省時(shí)省力、操作簡(jiǎn)單、安全可靠，符合汽車行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。本設(shè)計(jì)在HMI組態(tài)軟件WinCC flexible里制作控制系統(tǒng)界面，在西門子S7-300PLC編程軟件STEP7里

2、進(jìn)行編程與仿真，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線將觸摸屏與PLC進(jìn)行連接，在觸摸屏上對(duì)輪胎組裝的部分主要?jiǎng)幼鬟M(jìn)行控制與監(jiān)控?；具_(dá)到了實(shí)時(shí)性、逼真性和可操作性的要求。【關(guān)鍵詞】：PLC；人機(jī)界面；觸摸屏；WinCC flexible軟件1.輪胎組裝生產(chǎn)線的工藝流程整條線包括：輪胎納入、輪胎組裝、輪胎充氣、反彈力檢測(cè)、動(dòng)平衡檢測(cè)效正和輪胎碼放六道工序工藝流程如圖1所示：圖1 工藝流程圖（1）輪胎納入本工序要求工作人員按預(yù)定的序號(hào)把輪胎和輪轂放到生產(chǎn)線傳送帶上，同時(shí)將序號(hào)輸入到觸摸屏，整條生產(chǎn)線的每一道工序都要嚴(yán)格按此順序生產(chǎn)。在這道工序中控制分為傳送帶的控制和序號(hào)的輸入，傳送帶采用S7-300PLC控制，序號(hào)的輸入

3、由西門子TP177B觸摸屏完成，并在觸摸屏中編輯了傳送帶電機(jī)的過(guò)載報(bào)警信息。（2）輪胎組裝所謂輪胎組裝是將納入?yún)^(qū)傳送過(guò)來(lái)的輪胎和輪轂自動(dòng)的組裝在一起并傳送到下一工序.在此處輪胎由專門設(shè)計(jì)的傳送裝置送入裝胎機(jī)，裝胎機(jī)內(nèi)設(shè)有卡盤固定輪轂并能測(cè)量輪轂的尺寸已確定型號(hào)并和納入?yún)^(qū)傳來(lái)的序號(hào)比較如相同開始組裝，不同則停機(jī)報(bào)警。組裝過(guò)程是由一套液壓氣動(dòng)裝置完成?？刂菩盘?hào)由現(xiàn)場(chǎng)總線傳入S7-300PLC并由其驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)個(gè)個(gè)執(zhí)行器協(xié)調(diào)動(dòng)作完成組裝，輪胎的傳送裝置由變頻器控制速度可由工作人員按生產(chǎn)要求適當(dāng)調(diào)節(jié)以控制生產(chǎn)的速度。此工序設(shè)手動(dòng)自動(dòng)兩種控制方式，自動(dòng)控制由PLC程序自動(dòng)完成，觸摸屏進(jìn)行監(jiān)控，觸摸屏采用西門

4、子TP177B。手動(dòng)控制的各個(gè)部分均在觸摸屏中編輯了控制按鈕以便調(diào)試和維修。裝胎機(jī)結(jié)構(gòu)圖如圖2 圖2 裝胎機(jī)結(jié)構(gòu)圖（3）輪胎充氣車輪總成自動(dòng)裝配線充氣機(jī)是在車輪裝配過(guò)程中，利用傳送鏈將輪胎總成輸送到充氣工位進(jìn)行定位后，液壓系統(tǒng)將一定量的氣壓自動(dòng)充入輪胎，并將輪胎轉(zhuǎn)入下一個(gè)工位的集機(jī)、電、液一體化的自動(dòng)充氣裝置。本裝置整個(gè)工作過(guò)程均由PLC、A/D模塊電控系統(tǒng)控制，自動(dòng)化程度高，操作簡(jiǎn)便，充氣壓力穩(wěn)定，工作可靠。本工序同樣要進(jìn)行型號(hào)的選擇與設(shè)定比較如果不同要停機(jī)報(bào)警。在本工序同樣有手動(dòng)自動(dòng)兩種方式控制。自動(dòng)方式由觸摸屏進(jìn)行監(jiān)控，生產(chǎn)數(shù)據(jù)和報(bào)警情況均顯示在觸摸屏上。手動(dòng)方式共調(diào)試和維修使用，在觸摸

5、屏上編輯了相應(yīng)的控制按鈕。（4）反彈測(cè)試反彈力的大小，如超出設(shè)定范圍則視為不合格。該工序主要有兩部分組成一部分是模仿路面的伺服控制系統(tǒng)模仿路面并給輪胎施加一定壓力，另一部分是驅(qū)動(dòng)輪胎旋轉(zhuǎn)部分，此處為伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。（5）動(dòng)平衡輪胎的動(dòng)平衡參數(shù)是輪胎參數(shù)中最重要的參數(shù)之一，直接關(guān)系輪胎的質(zhì)量好壞。所以此道工序至關(guān)重要。此處主要設(shè)備為平衡機(jī)，還有一些效正補(bǔ)償?shù)妮o助裝置組成。（6）輪胎的碼放此道工序主要是將做好的輪胎五條為一組碼放整齊，以便運(yùn)輸。主要設(shè)備包括一臺(tái)碼胎機(jī)和傳送帶由于比較簡(jiǎn)單所以采用S7-300PLC就可實(shí)現(xiàn)。由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限以及本人水平有限，只實(shí)現(xiàn)（1）、（2）輪胎納入和組裝的部分主要?jiǎng)?/p>

6、作。動(dòng)作過(guò)程如下：人工把輪胎和輪轂放在傳送小車上（輪胎在下，輪轂在上），按下啟動(dòng)按鈕后，小車向前走，到達(dá)裝胎機(jī)正下方后停止前進(jìn)，裝胎頭下降當(dāng)碰到輪轂時(shí)，按壓器下降收緊，按住輪轂，然后伺服電機(jī)帶動(dòng)機(jī)械裝置，將輪轂旋轉(zhuǎn)裝入輪胎。按壓器收回，裝胎頭上升。小車?yán)^續(xù)前進(jìn)，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，每五個(gè)為一組。2系統(tǒng)硬件2.1硬件選型 根據(jù)實(shí)際的控制要求，采用觸摸屏控制與手動(dòng)控制并用的控制方式。PLC選用西門子S7-300，CPU型號(hào)S7315F-DP，電源模塊PS307，輸入模塊QX80，輸出模塊4塊直流24V，繼電器輸出。 觸摸屏選用西門子TP177B.TP177B，通用的觸摸面板，滿足PROFIBUS DP 或

7、ROFINET各種應(yīng)用環(huán)境。并且易于使用，可靠，低維護(hù)，可報(bào)警，滿足控制要求，所以選擇西門子HMI設(shè)備中的TP177B。圖3所示為TP177B 正面圖。圖3 TP177B的正面圖2.2硬件連接本系統(tǒng)硬件連接分為兩個(gè)階段：組態(tài)階段和運(yùn)行階段。在進(jìn)行項(xiàng)目組態(tài)階段，觸摸屏TP177B與計(jì)算機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)連接。利用串口電纜連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)觸摸屏組態(tài)、程序下載和測(cè)試等。在設(shè)備運(yùn)行階段，觸摸屏TP177B與PLC通過(guò)以太網(wǎng)連接。利用MPI電纜連接，實(shí)現(xiàn)與PLC通信。通過(guò)PLC完成數(shù)據(jù)采集和設(shè)備控制，并將系統(tǒng)設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)在觸摸屏上顯示出來(lái)。3建立變量表1是本系統(tǒng)的變量表，其中包括了系統(tǒng)的PLC變量和HMI變量。

8、此表中只列出了系統(tǒng)的直接變量，另外還有一些系統(tǒng)工作過(guò)程中的間接變量并沒(méi)有在此羅列。表1系統(tǒng)變量圖序號(hào)I/O地址信號(hào)內(nèi)容變量類型1M0.0自動(dòng)手動(dòng)按鈕HMI變量2M0.1自動(dòng)啟動(dòng)按鈕HMI變量3M0.2手動(dòng)小車前進(jìn)按鈕HMI變量4M0.3手動(dòng)小車后退按鈕HMI變量5M0.4手動(dòng)裝胎頭上升按鈕HMI變量6M0.5手動(dòng)裝胎頭下降按鈕HMI變量7M0.6傳送小車越位報(bào)警HMI變量8M1.0傳送小車報(bào)警HMI變量9Q1.0傳送小車前進(jìn)狀態(tài)HMI變量10Q1.1裝胎頭下降狀態(tài)HMI變量11Q1.2按壓器收緊狀態(tài)HMI變量12Q1.3旋轉(zhuǎn)狀態(tài)HMI變量13Q1.4按壓器放松狀態(tài)HMI變量14Q1.5裝胎頭上

9、升狀態(tài)HMI變量15Q1.6傳送小車后退狀態(tài)HMI變量16M0.0自動(dòng)手動(dòng)狀態(tài)PLC變量17M0.1自動(dòng)啟動(dòng)按鈕PLC變量18M0,2自動(dòng)停止按鈕PLC變量19M0.3小車前進(jìn)按鈕PLC變量20M0.4小車后退按鈕PLC變量21M0.5裝胎頭上升按鈕PLC變量22M0.6裝胎頭下降按鈕PLC變量23M1.0自動(dòng)中PLC變量24M2.0小車前進(jìn)1PLC變量25M2.1小車前進(jìn)2PLC變量26M2.2小車后退1PLC變量27M2.3小車后退2PLC變量28M2.4裝胎頭上升PLC變量29M2.5裝胎頭上升1PLC變量30M2.6裝胎頭下降PLC變量31M2.7裝胎頭下降2PLC變量32M3.0小車

10、起始位置PLC變量33M3.1小車停止位PLC變量34M3.2檢查貨PLC變量35M3.3裝胎點(diǎn)PLC變量36Q1.0小車前進(jìn)中PLC變量37Q1.1裝胎頭下降中PLC變量38Q1.2按壓收緊中PLC變量39Q1.3旋轉(zhuǎn)裝入PLC變量40Q1.4按壓放松中PLC變量41Q1,5裝胎頭上升中PLC變量42Q1.6小車后退中PLC變量4.變量的生成與組態(tài)根據(jù)項(xiàng)目的具體情況，設(shè)計(jì)需要的變量及意義，如表1所示。表中列出的都是外部變量，即與PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的變量，在PLC中均有實(shí)際的地址，其值隨PLC程序的執(zhí)行而改變。在“項(xiàng)目視圖”中，雙擊“變量”，打開“變量編輯器”。根據(jù)表1創(chuàng)建HMI變量，如圖4所

11、示。圖4 HMI變量5.觸摸屏的畫面設(shè)計(jì)1.組態(tài)起始畫面起始畫面也是本項(xiàng)目的歡迎畫面，除了設(shè)置“歡迎使用輪胎組裝電控系統(tǒng)”文本域，還組態(tài)了兩個(gè)按鈕，用于用戶的登陸和注銷。如圖5所示。圖5 起始畫面2.組態(tài)主畫面在主畫面中（見(jiàn)圖6），設(shè)置與其他三個(gè)畫面切換的按鈕，并設(shè)手動(dòng)/自動(dòng)開關(guān)和解除報(bào)警按鈕，用于統(tǒng)一管理與控制。圖6 主畫面3.組態(tài)自動(dòng)界面 在自動(dòng)界面中（見(jiàn)圖7），能夠監(jiān)視輪胎組裝的個(gè)數(shù)，每做完一個(gè)，燈亮一個(gè)，做完五個(gè)就會(huì)被送走，重新計(jì)數(shù)。設(shè)有自動(dòng)和停止按鈕，當(dāng)按下自動(dòng)按鈕之后，PLC程序執(zhí)行，組裝動(dòng)作自動(dòng)運(yùn)行。圖7 自動(dòng)界面5.手動(dòng)界面 在手動(dòng)界面中（見(jiàn)圖8），按下相應(yīng)的按鈕，就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)

12、的動(dòng)作。 圖8 手動(dòng)界面6.組態(tài)用戶管理 在運(yùn)行時(shí)，單擊主畫面中的“用戶管理”按鈕，進(jìn)入用戶管理畫面（見(jiàn)圖9）.在用戶管理畫面中，組態(tài)了一個(gè)用戶視圖、“登陸”和“注銷”兩個(gè)按鈕以及一個(gè)顯示當(dāng)前登錄用戶的I/O域。 圖9 用戶管理界面6.組態(tài)報(bào)警畫面本系統(tǒng)采用的是實(shí)時(shí)報(bào)警窗口（見(jiàn)圖10）。當(dāng)小車越位，輪胎過(guò)載或者裝胎機(jī)等設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，便會(huì)實(shí)時(shí)自動(dòng)報(bào)警，在報(bào)警畫面里顯示報(bào)警內(nèi)容，操作員根據(jù)報(bào)警內(nèi)容，須及時(shí)將報(bào)警解除，方可繼續(xù)工作。圖10 報(bào)警窗口6.PLC組態(tài)及程序程序如下：程序段1：程序段2：程序段3：程序段4： 7.總 結(jié)完成了基于PLC的輪胎組裝電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，在組態(tài)軟件中制作出輪胎組裝的控制界面，編寫好程序后，將觸摸屏與PLC進(jìn)行連接，基本實(shí)現(xiàn)了對(duì)輪胎組裝的局部動(dòng)作的監(jiān)督、控制及報(bào)警等功能，使操作人員通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的計(jì)算機(jī)或者觸摸屏，就可