基于PLC与伺服液压的装胎机控制系统设计

许星晖 县维平

摘 要：在装胎机的控制系统中，PLC作为控制的核心，将伺服液压机、位移传感器和变频器串联起来，高效精确的完成装胎机的自动成胎功能。本文从伺服液压的控制原理出发，探讨伺服液压在装胎机控制系统中的应用，并设计一种将PLC作为基础，合理应用伺服液压的控制系统，稳定提高装配的效率和装配产品的质量。

关键词： PLC；位置伺服控制；电液伺服控制；装胎机

随着自动化技术的快速发展，汽车制造业也得到了快速的发展，对于汽车装配的自动化要求也越来越高。而在汽车装配的流程中，轮胎装备的自动化是实现整体装配自动化的重要环节。轮胎装配的生产效率低、劳动强度大，应用以PLC为控制核心，并结合了伺服液压的自动轮胎装配机控制系统，可以有效提高汽车装配的自动化程度和轮胎装配的生产质量。

1系统组成及工作原理

出于保证装胎机效率和精度的目的，在车辆与目标相接近的时候，限速传感器就会使车辆低速行驶，使车辆到达装载位置，当车辆将轮胎轮放置在第二支架上之后才会返回。轮毂由第二支架上的夹头固定，等待装配。

在轮胎的装载过程中，首先由提升液压缸驱动，将轮胎头整体下移，然后通过三台电液伺服阀的膨胀缸来调整轮胎臂和装载机的位置，在轮胎头中找到合适的位置，方便拖车的插入。在轮胎初步装载成功之后，轮胎臂开始带动轮胎和轮毂进行第一圈转动。由于轮胎臂插入了轮胎和轮毂的缝隙，所以在轮胎臂的旋转的过程中，轮胎会出现落后。因此，电液伺服阀会推动轮胎压机，按下轮胎，将轮胎的上缘和轮毂组装，完成轮胎的整体装载。

在轮胎安装后，轮胎头部驱动轮胎臂、安装装置和轮胎压回到原来的位置，等待下一个轮胎到达。支架上的返回原位信号和轮胎就绪信号启动汽车以抬起加载的轮胎并将其发送出去。

2 PLC 电气控制系统

在装胎机控制系统中，首要的控制要求是在控制系统接通电源的第一时间，就需要执行PLC和触摸屏的初始化程序，然后再由PLC对系统是否满足启动条件进行检测。如果不满足以上条件，触摸屏将会直接显示出报警信息，同时系统不进行正常工作，需要经过调试后进入下一程序；如果满足以上条件，装胎机控制系统就将处于待机状态，接下来的具体操作如下：

（1）开启“启动”按钮，使伺服电机进入待机专题，并且给复卷力矩电机发送启动信号。在开启绕组电机的“启动”按钮后，开始运行绕组转矩点击，并且由编码器将该电机的脉冲信号发送给PLC，由PLC处理后向驱动器发送，从而保证伺服电机的同时运行和跟踪接线。

（2）在设备处于待机状态下

开启“手动调试”按钮，操作人员在调试界面里进入手动调试状态，将卷绕机、放线机和线缆伺服电机进行手动调试，并在调试完成之后回到主界面。

与手动调试相对应的，在自动操作的过程中，启动按钮会同时启动绕线电机和绕线伺服电机进入倒计状态，将绕线电机启动进入运行状态。在自动状态中，编码器会自动向绕线伺服驱动器输送脉冲信号，启动绕线电机并跟踪绕线机，在检测到设备出现不正常情况的时候停止进入待机状态。

在启动“停止”按钮之后，引取电机和排线点击会立刻停止运行，编码器也会立刻停止发送脉冲信号，但是收卷电机会在30s之后进入停止状态。在點击“复位”按钮的时候，排线电机会自动返回到初始状态并自动进入待机状态。

在装胎机控制系统中，PLC作为整个控制系统的核心，有18个数字输入点和15个数字输出点。根据伺服液压系统的生产工艺，该系统需要三个输入量和三个输出量，分别是三个位移传感器和三个伺服放大器，这要求装胎机控制系统扩展三个EM235模块，以满足伺服液压系统的需求。

2.1 监控系统

为了方便操作和监控整个生产过程，该系统使用西门子tp.170b作为上位计算机来监控轮胎装载机的运行状况。

在该监控系统中，将监控模块分为八个部分。其中汽车的配置行驶速度、安装臂通过l/0域进行控制和监视；轮胎装载机、轮胎压力机、设备的报警和各个运动部件有着自己的手动调节按钮。在监控系统中，还可以通过1/0字段调整小车的速度；通过1/0场，根据轮胎的不同类型对福手臂、轮胎装载机和轮胎的类型进行调整；最后，专用的报警屏幕专用于设备的故障检查，而手动调节按钮提供给每个部件局部调整的基础。

2.2 伺服控制原理

在装胎机控制系统中，伺服系统是属于一种反馈控制系统，伺服系统所得到的脉冲信号是用来与事先给定的数值进行比较的，系统可以根据比较的结果对系统进行调整，同样以脉冲信号的方式修正系统中所存在的误差。根据给定数值和输入脉冲信号的不同，伺服控制系统可以按照目的分为三种模式：速度、转矩和位置控制模式。其中，速度控制模式是用来调整电机的输出速度，转矩控制模式和位置控制模式则是是用来控制电机输出的转矩、速度和角度。

液压装缸机缸盖螺栓自动锁紧时，伺服控制器发送的脉冲信号决定了旋转头和缸盖螺栓的相对位置。而脉冲信号的频率又决定了旋转头的旋转速度。而由PLC向伺服驱动器发送的脉冲信号，决定旋转头通过点到点的位置控制来决定旋转头的控制方式。

3轮胎输送系统

轮胎和车轮是通过一辆沿着直线轨道行驶的汽车运送到轮胎装载机上的。由于在运送轮胎的过程中放在小车.上的轮胎无固定装置，如果汽车快速停止，轮胎会因惯性过大而脱落。因此，需要在靠近目标位置时开始减速。在返回的过程中，为了节省资源、提高生产的效率，车上告诉旋转的轮胎会停止。在停止位置附近运行时，低速运行。减少影响。为了保证上述功能的正常实现，本文主要采用西门子MM440变频器，该变频器具有四级的定频控制方式，可以有效实现轮胎的快速输送功能。

4装胎臂的伺服控制系统

在轮胎的整体装载过程中，需要两次旋转轮胎臂才能完成轮胎的装配。在装胎机控制系统中，为了完成这一操作，主要采用了交流伺服系统，该系统由伺服电机和驱动器配合PLC构成，通过PLC对伺服驱动器发送高速脉冲信号，从而驱动电机旋转。而伺服电机作为一种机械构件，其旋转的角度和速度都是由电子齿轮的比率设定。其公式为：

电子齿轮比=编码器分辨率/转一圈所需脉冲

5 装胎机液压系统

5.1液压系统的组成

在液压系统中，许多器械的调整都依赖于液压的驱动，比如胎头的升降、胎臂的尺寸调整、和压胎机的落料深度等等。特别是对于安装头的升降活动，都是通过开关阀7DT和液压缸进行全行程运动。

5.2电液伺服系统分析

在电液伺服系统中主要有三大控制系统，即位置、速度和力矩。应用在装胎机控制系统中的电液伺服系统主要是采用了位置控制系统，将轮胎臂、轮胎压机和轮胎装载机进行分别控制。电液伺服系统对这三者的控制原理是完全相同的，本文只对轮胎臂控制系统进行详细说明。

小结

本文所设计的装胎机控制系统同时结合了PLC和伺服液压系统，结合变频调速器和伺服电机控制器，可以实现自动安装轮胎的功能。应用装胎机控制系统，不单能够使装载轮胎的效率得到进步，还能将轮毂在生产过程中产生划痕的概率降到千分之一，同时提高了劳动的效率和质量。

参考文献：

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