基于PLC的電氣一體化車燈裝配工作平臺設(shè)計

馮 磊

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

基于PLC的電氣一體化車燈裝配工作平臺設(shè)計

馮 磊

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

通過查閱相關(guān)文獻和對車燈裝配工藝要求的分析，提出基于PLC的電氣一體化車燈裝配工作桌設(shè)計方案。該工作桌由PLC模塊、HMI模塊、計數(shù)電鎖模塊、可升降型材操作平面、氣動控制模塊等組成。本系統(tǒng)選用三菱FX3GA-40MR PLC作為控制器，MCGS觸摸屏作為使用設(shè)定、監(jiān)視模塊，完成系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計、PLC控制程序設(shè)計和人機界面設(shè)計，并對程序進行調(diào)試。經(jīng)過系統(tǒng)調(diào)試后，本工作桌可實現(xiàn)車燈的快速裝配、車燈零件的防愚和裝配人員的操作舒適度改善，達到了設(shè)計要求。

電氣一體化車燈裝配工作桌；PLC模塊；人機界面；人機工程學(xué)

1 設(shè)計背景

二次工業(yè)革命在西方國家率先進行，汽車行業(yè)在西方國家起步同樣也比較早，20世紀以來汽車數(shù)量更是以5年翻一番，因此，與之配套的汽車車燈領(lǐng)域相較于國內(nèi)起步較早，所需的裝配操作平臺更為先進。以德國為主的老牌工業(yè)強國、汽車大國甚至已經(jīng)提出工業(yè)4.0的要求并在逐步落實中。

隨著1978年改革開放，中國以經(jīng)濟建設(shè)為中心，20世紀以來國民經(jīng)濟總額逐年遞增，機動車輛大量增加，車燈廠訂單與日俱增，車燈廠的裝配平臺也在逐步升級改造。車燈裝配工作臺面經(jīng)歷了易力管式、單純手壓裝配式、單純螺絲鎖付式、單純傳感器檢測式操作平臺，這些裝配操作平臺的缺點明顯，效率低下并存在資源浪費、安全隱患等問題，因此迫切需要研發(fā)出自動化水平高、安全有效的新型車燈裝配工作平臺，來提高公司的生產(chǎn)效率和作業(yè)安全。

2 發(fā)展趨勢

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進步，PLC、HMI、PC應(yīng)用技術(shù)的日漸成熟，車燈裝配工作平臺預(yù)計朝著如下幾個方面發(fā)展。

1）一機多用。目前每個車燈廠生產(chǎn)的車燈品牌種類繁多，在同一個品牌下也會有各種型號的車燈。為節(jié)約制造成本，主機廠一般要求車燈供應(yīng)商以最少的投入量產(chǎn)出更多的車燈，這就會造成一條裝配線，在不同時間段能夠裝配出各型號的車燈。

2）車燈工裝夾具快速更換。減少時間的浪費對于車燈意味著產(chǎn)量的增加，根據(jù)生產(chǎn)計劃的要求，車燈裝配線需及時更換車燈的品號，因此，車燈裝配工作平臺就需要裝配員工能夠快速方便更換工裝。

3）電氣一體化。功能單一的裝配平臺，通用性能差，造成公司資源浪費，耗費裝配員工體力，生產(chǎn)效率降低。因此，迫切需要基于PLC、HMI為大腦，氣動元件、電鎖等為四肢，傳感器、螺絲計數(shù)器等為耳目的電氣一體化裝配工作平臺。

4）操作可視化。在實現(xiàn)裝配平臺電氣一體化的基礎(chǔ)上，提出了對裝配線員工操作要求，難度更加提高，操作員工的操作步驟必須符合當前工位的作業(yè)指導(dǎo)書的流程要求，因此，當前操作流程必須實時處于裝配員工的目視監(jiān)管之下。

5）開放裝配流程編輯后臺。每條裝配線會對應(yīng)2～6個品號的燈種共線生產(chǎn)，對應(yīng)的每個裝配工作平臺的裝配職能都會有所不同，因此，每個平臺都需要對應(yīng)每個燈種設(shè)置所需操作步驟流程。開放流程編輯后臺后可以解決前述的問題。

3 機構(gòu)說明

本工作平臺包含觸摸屏、電鎖、電鎖平衡支架、螺絲計數(shù)器、車燈、車燈工裝定位治具、LED平板照明燈、電源開關(guān)明盒、可升降式鋁合金型材框架、電氣一體化航空插頭和電氣控制箱等部件。工作平臺實物圖如圖1所示，外觀示意圖如圖2所示。

圖1 工作平臺實物圖

圖2 工作桌側(cè)外觀示意圖

表1 氣動和電控部分尺寸 mm

電氣一體化控制柜分為氣動和電控2個部分，2個單元中間隔斷，隔斷中下部開圓孔?？刂乒癯叽纾?20 mm×200 mm×500 mm。氣動和電控部分尺寸見表1。

圖3為電氣一體化控制柜主板布局。左側(cè)為氣動控制單元，使用日本CKD C2020-10-WUV 氣動三聯(lián)件，其包含油水過濾器、調(diào)速控制閥、氣源開關(guān)單元。氣動執(zhí)行元件使用CKD M4GD280R-C6-T10 W-5-3 電磁閥組，其中包含3個三位五通閥和2個二位五通閥。電控單元采用橫排布局。

圖3 控制箱主板排布

4 電路及軟件設(shè)計

本電氣一體化裝配工作平臺主回路由外部220 V電源進入明裝空開電源箱，經(jīng)過一個2P-16A斷路器后，分別進入電控柜和工作桌的LED平板照明燈和拖線板，控制回路電源由一塊臺灣明緯NES-35-24輸出24 V電壓，分送至人機界面、端子排、PLC、中繼等各回路，如圖4所示。

圖4 電氣一體化裝配工作平臺電路

PLC與觸摸屏之間的交互信號，通過3m編程線連接三菱PLC 422接口和MCGS 的232接口。MCGS在設(shè)備串口中設(shè)置為串口通信，在串口通信下選擇FX三菱系列PLC，如圖5所示。

圖5 HMI連接通信

本電氣一體化裝配工作平臺采用臺灣奇力速螺絲計數(shù)器，根據(jù)實際鎖附車燈所需螺絲使用扭力選擇 SKPBC32HL-100型控制器配 519HL型電批。如圖6所示。

圖6 HMI連接通信

本系統(tǒng)人機界面設(shè)計的目的有3點：①實時監(jiān)控設(shè)備的工作狀態(tài)，在HMI自動畫面上可以清晰地看到當前設(shè)備的運轉(zhuǎn)狀態(tài)是否正常，通過觸摸屏控制以便調(diào)試，相關(guān)控制按鈕如圖7所示；HMI手自動操作畫面、設(shè)定執(zhí)行步驟狀態(tài)如圖8所示。②監(jiān)控當前執(zhí)行步驟如圖9所示。③通過觸摸屏設(shè)定運行參數(shù)，如圖10所示。

5 總結(jié)

基于PLC的電氣一體化車燈裝配平臺，逐漸改變以往功能單一的裝配平臺模式，極大地提高了勞動效率和修剪作業(yè)品質(zhì)。新型車燈裝配平臺的研制對車燈廠裝配工藝和裝配制造機械的發(fā)展有著重要意義和科學(xué)價值。同時，也在眾多車燈同行領(lǐng)域率先自主研發(fā)出省時省力的裝配平臺，有助于公司在同行業(yè)競爭中立于不敗之地。

圖8 運行步驟設(shè)定畫面

圖9 步驟運行畫面

圖10 參數(shù)設(shè)定畫面

［1］ 王也仿.可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2001.

［2］ 郁汗琪，郭健.可編程序控制器原理及應(yīng)用［M］.北京：中國電力出版社，2004. ［3］ DANIEL E.Kandray，P.E.可編程自動化技術(shù)［M］.楊德勝，王翡翠，譯.北京：科學(xué)出版社，2014.

［4］ 鄭鳳翼.圖解PLC控制系統(tǒng)梯形圖和語句表［M］.北京：人民郵電出版社，2006.

（編輯 楊 景）

Design of Electric Integrated Lamp Assembly Working Platform Based On PLC

FENG Lei
(SAIC GM Wuling Automobile Co.， Ltd.，Liuzhou 545007，China)

Based on relevant literatures and the analysis of lamp assembly requirements， this article puts forward a design scheme for the integrated working platform of electric headlamp assembly based on PLC， which mainly consists of PLC module， HMI module， counting electric lock module， adjustable profile operation plane，pneumatic control module， etc. This system consists of Mitsubishi fx3ga PLC as the controller， MCGS touch screen as the setting and monitoring module. Then the hardware circuit design， PLC control program design and HMI design are completed and debugged. This working platform achieves fast lamp assembly， avoids lamp parts mismatch and improves the operation comfort for assembly staff， which meets design requirements.

working platform of electric vehicle lamp assembly；PLC module；HMI；ergonomics

U463.65

A

1003-8639（2017）07-0038-04

2017-06-14

馮磊（1988-），男，廣西南寧人，助理工程師，研究方向為汽車燈具產(chǎn)品前期質(zhì)量開發(fā)。