隨著汽車制造業的飛速發展，汽車裝配生產線的自動化程度也越來越高。在車輪總成工藝中，輪胎裝配生產是全自動輪胎裝配線的重要環節。為了提高生產效率、降低勞動強度和保證生產質量，設計了以PLC為控制核心，結合電一液伺服控制及伺服變頻技術的自動裝胎機控制系統。

1 系統組成及工作原理

自動裝胎系統的結構示意圖如圖1所示。

圖1裝胎機結構圖

    送胎時，先把輪轂放在支架一上，再把輪胎斜放在輪轂之上，小車上升托起輪胎和輪轂后加速向裝胎機內運行；為保證裝胎效率和定位精度，在接近目標時，遇到限速傳感器使小車低速運行直至到達裝胎位置；小車下降將輪胎輪轂放在支架二上后返回，由支架二上的卡盤固定輪轂等待組裝。

    裝胎時，由升降液壓缸帶動裝胎頭整體下降，3個電液伺服閥推動各自的伸縮缸將裝胎頭內的裝胎臂、裝胎器和壓胎器調整到合適位置，裝胎器伸人輪胎與輪轂之間的間隙，由裝胎臂帶動旋轉第一圈將輪胎下緣導入輪轂，輪胎自然下落后，電液伺服閥推動壓胎器壓住輪胎，裝胎臂帶動裝胎器旋轉第二圈使輪胎上緣導入輪轂完成組裝，且小車入位準備送出輪胎。

裝胎完成后，裝胎頭帶動裝胎臂、裝胎器和壓胎器回原位等待下一個輪胎到來。回原位信號和支架一上的輪胎就緒信號啟動小車上升將裝好的輪胎托起然后送出，同時下一個需組裝的輪胎又送人裝胎機，如此循環完成自動組裝。

2 PLC電氣控制系統

    PLC為該控制系統的核心，根據生產工藝過程需要18個數字輸入點、15個數字輸出點。系統選用西門子CPU226 DC／DC／DC型PLC，根據電液伺服系統中有3個模擬量輸入(3個位移傳感器)和3個模擬量輸出(3個伺服放大器)的要求，擴展了3個EM235模塊。電氣控制系統圖如圖2所示。

圖2 PLC控制系統圖

2．1 PLC的I／O分配及功能

    輪胎輸送系統占用PIE的10．4一11．4、Q1．1一Q1．6，與MM440變頻器組合驅動一臺三相異步電動機。

PLC對伺服電機的控制由11．5--12．1、Qo．0一Q0．3配合實現。

在電液伺服系統中的3個EM235模塊，分別控制裝胎臂、裝胎器和壓胎器達到精確定位。具體I／O分配及功能如表1所示。

表1 I／O分配表

續表1

2．2監控系統

    為便于操作和對整個生產過程進行監控，系統以西門子TPl70B作為上位機對裝胎機的運行狀態進行監控。在觸摸屏上分別組態了小車運行速度I／O域，裝胎臂、裝胎器及壓胎器I／O域，設備的報警畫面，各運動部件的手動調節按鈕。其中速度I／O域用于設定小車的速度；裝胎臂、裝胎器及壓胎器I／O域可根據不同型號的輪胎及時調整位移量；設備的報警畫面供在設備發生故障時查閱；各運動部件的手動調節按鈕供設備調整時使用。

3輪胎輸送系統

    輪胎和輪轂是由一個沿直線導軌運動的小車運送到裝胎機中。由于在運送輪胎的過程中放在小車上的輪胎無固定裝置，小車快速停止輪胎會因慣性太大而脫落，故要求開始時中速運行在接近目標位置時減速運行，返回時因車上無輪胎可高速運行以節省時問提高生產效率，接近停止位置時低速運行以減少沖擊。為實現上述功能系統采用西門子MM440變頻器的4段固定頻率控制方式來實現輪胎的輸送。

4裝胎臂的伺服控制系統

    裝胎過程是由裝胎臂經兩次旋轉完成。系統采用伺服電機及驅動器與PLC配合組成電氣交流伺服系統實現控制要求。PLC作為控制器發送高速脈沖信號給伺服驅動器驅動電機旋轉。伺服電機運行的速度與一個脈沖旋轉的角度由電子齒輪比設定。

    伺服電機所選配編碼器為：2 500 p／r，5線制增量式，分辨率為10 000 P／r。如伺服電機每轉一圈需3 600個脈沖，則設定電子齒輪比為25／9。

控制過程中，在伺服驅動器的脈沖+方向工作模式下，Qo．0發脈沖信號，控制電機的轉速和目標位置；Qo．1發方向信號，控制電機正反兩個方向的運動。在裝胎頭上設置了參考點傳感器用于限位及尋找參考點。控制思路是：通過Fro模式輸出一個50％占空比脈沖串，用于控制伺服電機的速度和旋轉角度。當發生故障停機后，由12．1給出回原點信號迅速返回參考點。圖3為高速脈沖方式位置控制流程圖。

圖3高速脈沖位置

5裝胎機液壓系統

(1)液壓系統的組成

    裝胎頭的上升和下降、裝胎臂的尺寸調整及裝胎器和壓胎器的下降深度調節都靠液壓驅動。液壓系統如圖4所示。

圖4 液壓系統圖

其中裝胎頭的上升和下降都是液壓缸的滿行程運動，所以一個開關閥7DT即可控制其上升下降，而裝胎臂、裝胎器和壓胎器都要有準確的位置調節，系統中采用了3組電液伺服裝置來實現。圖中1DT為裝胎臂電液伺服閥，2DT為裝胎器電液伺服閥，3DT為壓胎器電液伺服閥，4DT、5DT、6DT為開關閥。根據實際要求作者選用了動圈式電液伺服閥及與之配套的伺服放大器。

(2)電液伺服系統分析

   電液伺服系統主要包括位置控制系統、速度控制系統和力矩控制系統等。裝 胎機的3套電液伺服裝置是位置控制系統，分別控制裝胎臂、壓胎器和裝胎器。由于控制原理完全相同，所以只就裝胎臂控制系統加以說明。系統框圖如圖5所示。

圖5 伺服系統框圖

系統以PLC作為閉環比較點，以觸摸屏輸入的位移量(Du1)作為裝胎臂伸縮的給定信號，位移傳感器將伸縮缸位移龍。轉換成電壓信號Uf輸出，Uf再經過A／D轉換與Du1比較運算得到偏差信號U1，并經伺服放大器轉換成電流信號驅動伺服閥，最終使伸縮缸向目標位置運動。

6結論

    系統將PLC、觸摸屏、液壓伺服、變頻調速及伺服電機控制結合在一起實現了自動裝胎功能，單個輪胎的組裝時間減少到13 s，只有手工裝胎的1／5，同時使生產過程中的輪轂劃傷減少到0．1％，大大提高了勞動效率和生產質量。