汽車前懸外傾角檢測(cè)系統(tǒng)電控設(shè)計(jì)研究

陳翰雯，王莉莉，曾慶文，鄭志明，韋理顥

（1. 柳州城市職業(yè)學(xué)院，廣西 柳州 545036；2. 廣西汽車集團(tuán)有限公司，廣西 柳州 545007）

0 引 言

提高原有前懸總成裝配線的自動(dòng)化程度關(guān)鍵在于前懸外傾角的檢測(cè)[1]。原汽車前懸外傾角是采取線下檢測(cè)或者線下抽查的方式進(jìn)行檢測(cè)，無法100%確保前懸總成的合格率，誤差因素較大。所以，急需設(shè)計(jì)能進(jìn)行線上100%檢測(cè)率的汽車前懸外傾角檢測(cè)系統(tǒng)，確保汽車前懸外傾角產(chǎn)品的合格率。

1 系統(tǒng)總設(shè)計(jì)

汽車前懸外傾角檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)置安裝在前懸總成裝配線上，對(duì)其所生產(chǎn)的汽車前懸外傾角進(jìn)行線上檢測(cè)，能保證100%的檢測(cè)率，進(jìn)而確保前懸產(chǎn)品的檢測(cè)率，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 汽車前懸外傾角檢測(cè)系統(tǒng)

系統(tǒng)主要由測(cè)量水平調(diào)整機(jī)構(gòu)、頂升機(jī)構(gòu)、壓緊機(jī)構(gòu)、測(cè)量升降機(jī)構(gòu)以及傳感器等組成。測(cè)量時(shí)，利用壓緊氣缸使得壓緊機(jī)構(gòu)下降壓緊汽車前懸產(chǎn)品，同時(shí)使測(cè)量機(jī)構(gòu)下降到指定高度，使傳感器的兩個(gè)測(cè)量頭都接觸到減震器上，通過傳感器兩個(gè)測(cè)量頭測(cè)量的高度差，利用反正切公式計(jì)算汽車前懸外傾角的角度值，對(duì)該角度值的誤差進(jìn)行判斷，從而判斷產(chǎn)品是否合格。系統(tǒng)同時(shí)配備數(shù)據(jù)追溯系統(tǒng)，如圖2所示，對(duì)所測(cè)量的汽車前懸外傾角角度值進(jìn)行顯示和儲(chǔ)存，可以進(jìn)一步優(yōu)化和提高后期產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和質(zhì)量。

圖2 汽車前懸外傾角檢測(cè)追溯系統(tǒng)

2 系統(tǒng)電氣硬件設(shè)計(jì)

汽車前懸外傾角系統(tǒng)電氣硬件部分中，工控一體機(jī)選擇研華TPC-1282T，PLC選擇臺(tái)達(dá)PLC的DVP系列12SA211R，位移測(cè)試傳感器選擇基恩士激光位移傳感器IL-100，掃描槍選擇迅寶LI4278。其中，上位機(jī)與PLC通信選配了臺(tái)達(dá)Ethernet通信模塊DVPEN01-SL。該模塊支持以太網(wǎng)MODBUSTCP通信和串口通信，上位機(jī)與激光位移傳感器通信選配了RS1A模塊進(jìn)行串口通信。系統(tǒng)電氣硬件組成結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 汽車前懸外傾角系統(tǒng)電氣硬件組成

2.1 上位機(jī)開發(fā)

汽車前懸外傾角檢測(cè)系統(tǒng)中的上位機(jī)開發(fā)選擇使用微軟公司的Visual Basic。它是微軟公司開發(fā)的一種通用的基于對(duì)象的程序設(shè)計(jì)語言，為結(jié)構(gòu)化的、模塊化的、面對(duì)對(duì)象的、包含協(xié)助開發(fā)環(huán)境的事件驅(qū)動(dòng)為機(jī)制的可視化程序設(shè)計(jì)語言。

Visual Basic能提供WinSock控件，利用該控件可以直接訪問TCP和UDP的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，不需要調(diào)用Winsock AP。通過設(shè)置WinSock控件的屬性及對(duì)該控件的調(diào)用，建立上位機(jī)與PLC之間的TCP通信[2]。

Visual Basic還能提供MSComm控件。MSComm控件是Microsoft公司提供的簡(jiǎn)化Windows下串行通信編程的ActiveX控件，為應(yīng)用程序提供串行接口收發(fā)數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)便方法，而汽車前懸外傾角檢測(cè)系統(tǒng)中的傳感器數(shù)據(jù)和掃碼槍采用的就是串口通信方式。

2.2 通信模塊

臺(tái)達(dá)Ethernet通信模塊DVPEN01-SL有3種通信 格 式 ——ASCII、RTU和 MODBUS TCP/IP， 具 有RS232和Ethernet接口。上位機(jī)通過Ethernet接口建立MODBUS TCP/IP通信，速度更快，也更加方便。MODBUS通信協(xié)議作為工業(yè)領(lǐng)域的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，可以更加快捷地建立工業(yè)電子設(shè)備之間的連接。臺(tái)達(dá)官方提供的MODBUS TCP/IP通信資料協(xié)定如圖4所示，在使用Visual Basic開發(fā)上位機(jī)時(shí)必須嚴(yán)格遵守其協(xié)議，建立好通信后可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，上位機(jī)進(jìn)行讀寫PLC寄存器數(shù)據(jù)，與PLC進(jìn)行交互數(shù)據(jù)。

圖4 MODBUS TCP/IP通信資料協(xié)定

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

檢測(cè)時(shí)，設(shè)備要求處于原位狀態(tài)，線上工件進(jìn)入檢測(cè)工件臺(tái)，系統(tǒng)隨之啟動(dòng)。通過PLC控制電磁閥，利用壓緊氣缸，使得壓緊機(jī)構(gòu)下降壓緊汽車前懸產(chǎn)品。產(chǎn)品選擇氣缸進(jìn)行動(dòng)作，使得檢測(cè)機(jī)構(gòu)上升，PLC發(fā)出請(qǐng)求，計(jì)算外傾角的角度。此時(shí)，上位機(jī)根據(jù)采集的激光位移傳感器實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)計(jì)算外傾角，計(jì)算完成后判斷外傾角是否合格。如果合格，顯示OK信息；如果不合格，顯示NG信號(hào)。檢測(cè)完成后，上位機(jī)對(duì)PLC請(qǐng)求反饋，PLC接收到反饋信號(hào)后退回檢測(cè)機(jī)構(gòu)并松開測(cè)試件，整個(gè)檢測(cè)流程結(jié)束。系統(tǒng)主程序流程如圖5所示。

圖5 汽車前懸外傾角檢測(cè)系統(tǒng)主程序流程圖

4 設(shè)計(jì)結(jié)果

根據(jù)硬件及軟件的設(shè)計(jì)，繪制電路圖版進(jìn)行制作并編寫調(diào)試程序，設(shè)計(jì)出基于臺(tái)達(dá)PLC的汽車前懸外傾角檢測(cè)系統(tǒng)。經(jīng)過線上測(cè)試，該系統(tǒng)能有效提高前懸裝配線的自動(dòng)化程度，系統(tǒng)測(cè)量效果良好，能準(zhǔn)確把控汽車前懸外傾角的誤差率，同時(shí)利用系統(tǒng)中的追溯系統(tǒng)有效提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量。

5 結(jié) 論

汽車前懸外傾角檢測(cè)系統(tǒng)的成功開發(fā)，減小了產(chǎn)品外傾角誤差，確保了汽車前懸產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量，同時(shí)可對(duì)汽車前懸外傾角的角度參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和追溯儲(chǔ)存，為產(chǎn)品的進(jìn)一步升級(jí)研發(fā)提供了重要的數(shù)據(jù)支持，為相似新產(chǎn)品的研發(fā)生產(chǎn)提供了參考數(shù)據(jù)，進(jìn)一步推動(dòng)了汽車零配件智能制造自動(dòng)化生產(chǎn)水平的提高。