一種自動(dòng)控制試驗(yàn)工裝

劉芳解，梁壽良，邱伯才，覃 竣

（1.柳州五菱汽車工業(yè)有限公司，廣西 柳州545007；2.柳州達(dá)迪通信技術(shù)股份有限公司，廣西 柳州 545006）

0　引言

在產(chǎn)品開發(fā)試驗(yàn)驗(yàn)證中，涉及頻繁連續(xù)某個(gè)動(dòng)作等較大的工作量，從而引出了設(shè)計(jì)一種自動(dòng)控制的試驗(yàn)裝置來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工操作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)執(zhí)行所需的動(dòng)作。該自動(dòng)控制試驗(yàn)系統(tǒng)裝置可用于各種試件往復(fù)、升降、開閉等類型的耐久循環(huán)試驗(yàn)，具有較強(qiáng)的靈活性及實(shí)用性，可同期開展兩種試件以上的試驗(yàn)，且只要從硬件及軟件上稍作改動(dòng)，即可延伸或擴(kuò)展成控制另外一種試驗(yàn)的系統(tǒng)裝置。

（1）問題來源及分析

1）環(huán)衛(wèi)垃圾車的舉升機(jī)構(gòu)耐久試驗(yàn)次數(shù)達(dá)數(shù)千上萬(wàn)次（分別為卸料及卸箱動(dòng)作，如圖1、圖2），如人工操作進(jìn)行，那么勞動(dòng)強(qiáng)度及人工計(jì)數(shù)難度大。

圖1　卸料動(dòng)作展示圖

圖2　卸箱動(dòng)作展示圖

2）執(zhí)行卸箱動(dòng)作時(shí)，要求有數(shù)百上千次模擬實(shí)際使用情況，如垃圾箱與車身非在同一條平行直線理想狀態(tài)上，實(shí)際情況垃圾箱可能會(huì)與車身有一定的夾角。在試驗(yàn)時(shí)，如為了模擬垃圾箱與車身形成一定的夾角，每進(jìn)行1次就進(jìn)行1次人工搬動(dòng)重量接近1 000 kg的垃圾箱，這樣不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大，且角度不易控制。

（2）工裝實(shí)現(xiàn)的意義

本工裝不僅滿足試驗(yàn)執(zhí)行動(dòng)作的自動(dòng)控制、計(jì)數(shù)，且滿足垃圾箱在進(jìn)行卸箱過程能自動(dòng)使垃圾箱與車身形成一定的夾角，滿足模擬實(shí)際用戶非理想狀態(tài)的情況，達(dá)到驗(yàn)證效果，并解決了以上人工操作帶來的勞動(dòng)強(qiáng)度大及疲勞問題。

1　設(shè)計(jì)思路及技術(shù)要點(diǎn)難點(diǎn)

1.1　設(shè)計(jì)思路

自動(dòng)控制試驗(yàn)系統(tǒng)工裝首先在硬件上考慮能自動(dòng)執(zhí)行動(dòng)作，然后在軟件上程序編制、設(shè)置垃圾箱的舉升時(shí)間、下降時(shí)間、動(dòng)作切換時(shí)間及每個(gè)動(dòng)作循環(huán)之間的定時(shí)及循環(huán)累計(jì)計(jì)數(shù)。在執(zhí)行卸箱動(dòng)作時(shí)，能滿足垃圾箱與車身形成一定角度的自動(dòng)控制。

1.2　要點(diǎn)

本工裝構(gòu)思的關(guān)鍵點(diǎn)在于：

（1）將可編程序控制器（PLC）[1]、電路及氣路控制系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電線束等高度集成為一個(gè)試驗(yàn)工裝；

（2）充分利用編程序控制器（PLC）的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)過程按設(shè)定程序的自動(dòng)控制；

（3）利用氣缸、氣閥開關(guān)等執(zhí)行器的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)控制動(dòng)作按設(shè)定程序的精確操作[2]；

（4）實(shí)現(xiàn)自動(dòng)執(zhí)行動(dòng)作控制，自動(dòng)計(jì)數(shù)，意外斷電時(shí)自動(dòng)儲(chǔ)存次數(shù)，待開機(jī)繼續(xù)試驗(yàn)時(shí)次數(shù)記憶及累計(jì)。

（5）在卸箱動(dòng)作中，垃圾箱與車身自動(dòng)形成一定角度的控制工裝。

1.3　難點(diǎn)

現(xiàn)有技術(shù)需要根據(jù)使用的可編程序控制器（PLC）的特點(diǎn)情況來考慮試驗(yàn)工裝的設(shè)計(jì)，可編程序控制器（PLC）與各執(zhí)行器、管線的集成度不高，每項(xiàng)試驗(yàn)都需要重新連接可編程序控制器（PLC）、各執(zhí)行器件，這是費(fèi)時(shí)費(fèi)力不經(jīng)濟(jì)的過程，并且現(xiàn)有技術(shù)對(duì)行程的控制較差，也沒有限位保護(hù)措施，同時(shí)對(duì)操作人員的技術(shù)要求較高。

2　工裝實(shí)現(xiàn)

2.1　試驗(yàn)執(zhí)行動(dòng)作的自動(dòng)控制

工裝部件的結(jié)構(gòu)如圖3、圖4所示，各部件的說明及作用敘述如下：

框架：是一個(gè)焊接件，用于將本工裝用的氣缸與此氣缸控制的舉升控制開關(guān)（按鍵或搖桿）進(jìn)行穩(wěn)固安裝在其中，使氣缸的活塞桿動(dòng)作時(shí)直接控制舉升控制開關(guān)。

氣缸：是一種機(jī)械元件，通過壓縮氣體的壓力轉(zhuǎn)換為氣缸的活塞桿往復(fù)直線伸縮機(jī)械運(yùn)動(dòng)[3]。本工裝使用其目的是通過活塞桿的伸縮運(yùn)動(dòng)控制垃圾箱的舉升控制開關(guān)。

可編程序控制器（PLC）：是一種可編程序的控制器，靈活性較好，只要將編制好的程序下載至其中，根據(jù)內(nèi)部程序處理，即可輸出各種信號(hào)來控制不同類型的電子產(chǎn)品及機(jī)械產(chǎn)品，是整個(gè)自動(dòng)控制試驗(yàn)工裝執(zhí)行命令信號(hào)的核心。

12/24 V直流電源：主要給氣閥開關(guān)提供12/24 V的直流電源工作電壓。

氣閥開關(guān)：是一個(gè)控制氣壓氣流的輸出，與氣缸連接。輸入端通過氣管與氣源（空壓機(jī)）連接，輸出端通過氣管與氣缸連接，輸出端的氣壓氣流方向決定氣缸活塞桿的伸或縮動(dòng)作。

電線束：用于電源、可編程程序控制器、氣閥開關(guān)、繼電器等的信號(hào)連接。

圖3　控制開關(guān)為按鍵式時(shí)的工裝展示

圖4　控制開關(guān)為搖桿式時(shí)的工裝展示

2.2　垃圾箱與車身形成一定角度的工裝實(shí)現(xiàn)

（1）設(shè)想1：在地面上制作一個(gè)導(dǎo)軌，垃圾箱被卸箱及鉤拉起時(shí)沿著與車身有30°±5°角度的導(dǎo)軌運(yùn)行，但涉及導(dǎo)軌的不易制作及安裝，因此不采取此方法。

（2）設(shè)想2（本工裝運(yùn)用）：將垃圾箱的后輪（見圖5），進(jìn)行加工焊接。將輪子與支架扭轉(zhuǎn)到要求的角度后重新焊接，然后安裝在垃圾箱上，使其垃圾箱運(yùn)行到地面上時(shí)與車身形成的要求的角度，加工焊接后的輪子示意圖見圖6展示。

圖5　卸箱過程后輪著地展示

圖6　垃圾箱后輪加工焊接后展示

2.3　工作原理

當(dāng)電源接通后，通過可編程序控制器（PLC）輸出各種執(zhí)行命令，自動(dòng)控制氣閥開關(guān)，氣閥開關(guān)工作后通過氣壓/氣流觸發(fā)氣缸活塞桿進(jìn)行伸或縮動(dòng)作，氣缸活塞桿的動(dòng)作促使垃圾箱的舉升控制開關(guān)進(jìn)行工作，最終實(shí)現(xiàn)了垃圾箱的舉升及下降循環(huán)動(dòng)作[4]。

垃圾箱的舉升/下降動(dòng)作時(shí)間、循環(huán)計(jì)數(shù)等功能均由可編程序控制器（PLC）編程控制，當(dāng)次數(shù)達(dá)到設(shè)定值時(shí)，自動(dòng)停止運(yùn)行。從用戶實(shí)際使用情況及考慮舉升油缸油溫性能問題，每個(gè)循環(huán)動(dòng)作之間設(shè)置了一定的間隔時(shí)間并注入可編程序控制器（PLC）中。設(shè)計(jì)流程圖如圖7所示。

圖7　設(shè)計(jì)流程圖

3　結(jié)束語(yǔ)

本自動(dòng)控制試驗(yàn)的系統(tǒng)工裝滿足了多年來我司開發(fā)的多款環(huán)衛(wèi)垃圾車的舉升機(jī)構(gòu)的循環(huán)動(dòng)作考核試驗(yàn)需求，解除人重復(fù)對(duì)控制開關(guān)進(jìn)行操縱、計(jì)數(shù)等的疲勞。具有經(jīng)濟(jì)適用性，只要從硬件上或軟件上稍作改動(dòng)，即可實(shí)現(xiàn)控制另外的一種試驗(yàn)工裝，如曾進(jìn)行的輪椅服務(wù)車的座椅/輪椅控制舉升平臺(tái)的舉升耐久、灑水車用的浮球開關(guān)升降、繼電器循環(huán)通斷、車門開閉等等的耐久試驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王 俊.可編程序控制器（PLC）概述[J].科技資訊，2008（29）：23-25.

[2]陶玉靜，范才智，田章福，等.兩位五通電動(dòng)氣閥動(dòng)態(tài)特性研究[J].推進(jìn)技術(shù)，2006，27（6）：542-545.

[3]姜 楊，柳洪義，田洪海，等．電磁閥測(cè)試系統(tǒng)綜合控制系統(tǒng)[J]．東北大學(xué)學(xué)報(bào)（ 自然科學(xué)報(bào)），2010，31（1）：103-106．

[4]毛衛(wèi)平，顧 建．PLC在氣壓傳動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用[J]．機(jī)床與液壓，2004（4）：148-149．