張敬民

（煙臺正海汽車內(nèi)飾件有限公司）

目前國內(nèi)汽車市場發(fā)展迅速，天窗款車型尤其受到消費者青睞。天窗遮陽板的制作標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)格，對遮陽板滑動力的測試成為檢驗遮陽板質(zhì)量高低的一個重要標(biāo)準(zhǔn)。目前遮陽板制作廠家對滑動力的測試往往依賴市場流通儀器，手工操作，測試誤差較大。文章的設(shè)計方案利用PLC可編程控制器和精密儀器相結(jié)合，通過編程完成遮陽板滑動力的精確測試，控制產(chǎn)品質(zhì)量，應(yīng)用前景廣闊。

1 設(shè)計思路

1）滑動力的測試要求能做到非常直觀地顯示過程數(shù)據(jù)，用于數(shù)據(jù)監(jiān)控和記錄，即：通過觸摸屏與PLC模擬量編程[1]，采集遮陽板運動過程的實時滑動力數(shù)值上傳于觸摸屏顯示，做滑動力變化曲線用于實時監(jiān)控，設(shè)計上做到操作方便。

2）滑動力的檢測數(shù)值必須要求準(zhǔn)確，以市場上流通的數(shù)顯式推拉力計為參考對象，通過工裝測試的滑動力與使用標(biāo)準(zhǔn)計量工具的測試結(jié)果誤差不能超過1 N，即：使用PLC模擬量模塊連接力傳感器，通過PLC編程實現(xiàn)遮陽板滑動力的采集與數(shù)據(jù)上傳[1]。

3）天窗遮陽板在滑軌上往復(fù)移動，要求勻速且速度可調(diào)、加減速可調(diào)、位移可調(diào)。不同的產(chǎn)品因為天窗孔尺寸不同，扶手孔位置不同，要求做到牽引遮陽板運動的傳感器的起點位置必須靈活可調(diào)。如果在工裝上安裝機械定位裝置，不同產(chǎn)品需要反復(fù)調(diào)整，操作不便，而且不穩(wěn)定。采用電動執(zhí)行器，通過PLC編程靈活控制步進電機的位移[2]，可以輕易實現(xiàn)以上功能。

4）遮陽板快速放置到導(dǎo)軌上指定位置，中間要求檢測天窗遮陽板內(nèi)含有的4片金屬片是否存在，即：在遮陽板導(dǎo)軌的入口兩側(cè)分別安裝磁性開關(guān)，通過PLC編程實現(xiàn)金屬片的檢測，如果存在金屬片，程序正常運行；如果沒有金屬片，聲光報警燈啟動，且PLC程序不運行，提示操作人員對遮陽板采取措施。

5）天窗遮陽板安裝到導(dǎo)軌上指定位置后，要求稱重傳感器探頭尋找扶手孔位置定位準(zhǔn)確，并牽引遮陽板實現(xiàn)往復(fù)運動，即：在電動執(zhí)行器滑塊上安裝氣缸，氣缸活塞桿上裝配稱重傳感器，程序控制氣缸的升降和伺服電機的運動實現(xiàn)主動尋找扶手孔位置功能。

2 關(guān)鍵備件選型

1）控制裝置選用性價比較高的西門子s7-200PLC及EM231模擬量模塊；

2）計量裝置采用德國burster，0～200 N力傳感器及其配套的放大器；

3）操作和數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置選擇西門子Smart 700觸摸屏，成本較低，能夠滿足使用需求；

4）驅(qū)動裝置選用SMC電動執(zhí)行器，內(nèi)置步進電機，通過驅(qū)動器與PLC聯(lián)機實現(xiàn)程序控制；

5）執(zhí)行器滑塊上安裝SMC氣缸，氣缸上安裝力傳感器；

6）遮陽板金屬片的檢測采用歐姆龍磁性開關(guān)。

3 編程思路

3.1 PLC及觸摸屏程序結(jié)構(gòu)

PLC控制程序根據(jù)需要分為主程序、手動操作、自動運行、計量及選擇產(chǎn)品5個部分；觸摸屏程序分為主界面、手動操作、報警信息、程序選擇及檢測滑動力共5個畫面。

3.2 手動操作

手動部分的功能通過操作觸摸屏和按鈕站按鍵實現(xiàn)伺服電機的開關(guān)、尋原點、前進、后退、暫停及氣缸的升降和金屬片檢測等。

3.3 報警功能

根據(jù)實時測量結(jié)果統(tǒng)計，PLC程序設(shè)置滑動力檢測超過80 N為滑動力超限，此時自動運行程序關(guān)閉；滑動力檢測值超過100 N為嚴(yán)重超限，此時手動和自動程序都關(guān)閉，必須人工調(diào)整，使傳感器下降到氣缸下限安全位置，故障才可以復(fù)位?；瑒恿z測程序運行期間發(fā)生報警，報警畫面會顯示報警信息，以此保護非常昂貴的進口備件“稱重傳感器”。

3.4 產(chǎn)品選擇和伺服控制[2]

在觸摸屏編輯畫面，將需要檢驗的不同產(chǎn)品信息按照編碼排列，另外擴展若干個產(chǎn)品供開發(fā)新產(chǎn)品使用。點擊需要測試滑動力的遮陽板代碼，PLC程序?qū)⒆詣诱{(diào)用不同的程序步。程序步編號為10進制，10進制編號轉(zhuǎn)換成2進制格式的編號，控制對應(yīng)的中間繼電器。中間繼電器發(fā)序號給步進電機控制器，控制器調(diào)用對應(yīng)步進電機的動作序號，步進電機根據(jù)指令完成動作。

因為不同的產(chǎn)品尺寸不同，扶手孔位置不同，需要根據(jù)各產(chǎn)品的尺寸提前在步進電機控制器設(shè)置每一個程序步的位移、速度、加速度、減速度及運動模式等參數(shù)。PLC根據(jù)觸摸屏操作指令運行程序，發(fā)序號給步進電機驅(qū)動器，依次完成電機尋找扶手孔、氣缸上升、滑塊后退及滑塊前進等動作。

步進電機和氣缸的動作流程：1）電機尋找參考點（開機僅執(zhí)行1次）；2）放置天窗遮陽板（期間完成金屬片檢測）；3）啟動按鍵，傳感器尋找扶手孔；4）氣缸上升，傳感器頭伸入扶手孔；5）滑塊帶動遮陽板后退到設(shè)定位移；6）延時后滑塊前進到起始位置；7）延時后氣缸下降，傳感器歸位，完成1個循環(huán)。再次更換天窗遮陽板，步進電機不需要再次尋找扶手孔。當(dāng)按下啟動鍵時，氣缸直接上升，電動執(zhí)行器帶動遮陽板往復(fù)移動，完成動作。電動執(zhí)行器滑塊帶動遮陽板在往復(fù)運動過程中，稱重傳感器會采集遮陽板運動過程的滑動力，通過PLC將數(shù)據(jù)上傳于觸摸屏。

3.5 滑動力檢測

稱重傳感器連接放大器，放大器輸出-10～10 V的電壓信號到s7-200PLC模擬量模塊EM231。通過PLC編程，采集到的電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，數(shù)字信號按照比例轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的滑動力信號（0～200 N），然后自動將數(shù)據(jù)上傳于觸摸屏顯示[1]。

通過觸摸屏編程，做一個實時監(jiān)控滑動力的曲線圖。天窗遮陽板在步進電機的牽引下，做往復(fù)運動，觸摸屏?xí)@示遮陽板整個運動過程滑動力的變化，比較形象地展示滑動力的波動曲線。

為了更準(zhǔn)確地顯示和記錄數(shù)據(jù)，需要在滑動力檢測畫面設(shè)置變量，分別采集遮陽板前進和后退過程的5個點的滑動力值。通過PLC編程計算遮陽板運動過程最大值、最小值、力平均值和實時值。遮陽板往復(fù)運動過程觸摸屏?xí)詣佑涗洸⒈４孢@些數(shù)據(jù)，同時會在觸摸屏實時顯示滑動力變化的動態(tài)曲線，用于監(jiān)控滑動力變化過程的穩(wěn)定性。遮陽板停止運動，動態(tài)曲線自動消失。當(dāng)按下啟動鍵，繼續(xù)測試下一個遮陽板滑動力時，觸摸屏記載的上一組數(shù)據(jù)會自動清零，并顯示重新測試的結(jié)果。圖1示出天窗遮陽板滑動力測試觸摸屏截圖。

4 結(jié)論

通過使用以上方案制作的工裝進行試驗，測試汽車天窗遮陽板往復(fù)移動過程的滑動力。通過對單件產(chǎn)品多次測試比對、對多件產(chǎn)品進行測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析以及使用標(biāo)準(zhǔn)檢測儀器對遮陽板單點滑動力的數(shù)據(jù)測量與使用工裝測量數(shù)據(jù)進行比對，發(fā)現(xiàn)測量誤差最大值＜0.5 N，完全符合要求。該工裝的實際應(yīng)用除了數(shù)據(jù)測量準(zhǔn)確以外，更重要的是提高了滑動力測試的自動化操作水平和數(shù)據(jù)上傳。遮陽板運動過程其速度、加速度及位移等參數(shù)可根據(jù)需要靈活調(diào)整，運行穩(wěn)定。針對不同的產(chǎn)品可一鍵調(diào)用對應(yīng)的測量程序，實現(xiàn)快速定位，快速檢測。

本研究尚有不足之處，需要后續(xù)進一步完善：1）天窗遮陽板滑動力的測試如何與遮陽板條形碼掃描結(jié)合使用；2）將觸摸屏讀取的數(shù)據(jù)上傳至上位機，與遮陽板條碼信息綁定。這2種數(shù)據(jù)的整合將更有利于天窗遮陽板的質(zhì)量控制。