一種自動控制試驗工裝

劉芳解，梁壽良，邱伯才，覃 竣

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

0　引言

在產品開發試驗驗證中，涉及頻繁連續某個動作等較大的工作量，從而引出了設計一種自動控制的試驗裝置來代替傳統的人工操作，實現自動執行所需的動作。該自動控制試驗系統裝置可用于各種試件往復、升降、開閉等類型的耐久循環試驗，具有較強的靈活性及實用性，可同期開展兩種試件以上的試驗，且只要從硬件及軟件上稍作改動，即可延伸或擴展成控制另外一種試驗的系統裝置。

（1）問題來源及分析

1）環衛垃圾車的舉升機構耐久試驗次數達數千上萬次（分別為卸料及卸箱動作，如圖1、圖2），如人工操作進行，那么勞動強度及人工計數難度大。

圖1　卸料動作展示圖

圖2　卸箱動作展示圖

2）執行卸箱動作時，要求有數百上千次模擬實際使用情況，如垃圾箱與車身非在同一條平行直線理想狀態上，實際情況垃圾箱可能會與車身有一定的夾角。在試驗時，如為了模擬垃圾箱與車身形成一定的夾角，每進行1次就進行1次人工搬動重量接近1 000 kg的垃圾箱，這樣不僅勞動強度大，且角度不易控制。

（2）工裝實現的意義

本工裝不僅滿足試驗執行動作的自動控制、計數，且滿足垃圾箱在進行卸箱過程能自動使垃圾箱與車身形成一定的夾角，滿足模擬實際用戶非理想狀態的情況，達到驗證效果，并解決了以上人工操作帶來的勞動強度大及疲勞問題。

1　設計思路及技術要點難點

1.1　設計思路

自動控制試驗系統工裝首先在硬件上考慮能自動執行動作，然后在軟件上程序編制、設置垃圾箱的舉升時間、下降時間、動作切換時間及每個動作循環之間的定時及循環累計計數。在執行卸箱動作時，能滿足垃圾箱與車身形成一定角度的自動控制。

1.2　要點

本工裝構思的關鍵點在于：

（1）將可編程序控制器（PLC）[1]、電路及氣路控制系統、執行機構、電線束等高度集成為一個試驗工裝；

（2）充分利用編程序控制器（PLC）的特點實現試驗過程按設定程序的自動控制；

（3）利用氣缸、氣閥開關等執行器的特點實現控制動作按設定程序的精確操作[2]；

（4）實現自動執行動作控制，自動計數，意外斷電時自動儲存次數，待開機繼續試驗時次數記憶及累計。

（5）在卸箱動作中，垃圾箱與車身自動形成一定角度的控制工裝。

1.3　難點

現有技術需要根據使用的可編程序控制器（PLC）的特點情況來考慮試驗工裝的設計，可編程序控制器（PLC）與各執行器、管線的集成度不高，每項試驗都需要重新連接可編程序控制器（PLC）、各執行器件，這是費時費力不經濟的過程，并且現有技術對行程的控制較差，也沒有限位保護措施，同時對操作人員的技術要求較高。

2　工裝實現

2.1　試驗執行動作的自動控制

工裝部件的結構如圖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（按鍵或搖桿）進行穩固安裝在其中，使氣缸的活塞桿動作時直接控制舉升控制開關。

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

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，根據內部程序處理，即可輸出各種信號來控制不同類型的電子產品及機械產品，是整個自動控制試驗工裝執行命令信號的核心。

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

氣閥開關：是一個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）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作。

電線束：用于電源、可編程程序控制器、氣閥開關、繼電器等的信號連接。

圖3　控制開關為按鍵式時的工裝展示

圖4　控制開關為搖桿式時的工裝展示

2.2　垃圾箱與車身形成一定角度的工裝實現

（1）設想1：在地面上制作一個導軌，垃圾箱被卸箱及鉤拉起時沿著與車身有30°±5°角度的導軌運行，但涉及導軌的不易制作及安裝，因此不采取此方法。

（2）設想2（本工裝運用）：將垃圾箱的后輪（見圖5），進行加工焊接。將輪子與支架扭轉到要求的角度后重新焊接，然后安裝在垃圾箱上，使其垃圾箱運行到地面上時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

當電源接通后，通過可編程序控制器（PLC）輸出各種執行命令，自動控制氣閥開關，氣閥開關工作后通過氣壓/氣流觸發氣缸活塞桿進行伸或縮動作，氣缸活塞桿的動作促使垃圾箱的舉升控制開關進行工作，最終實現了垃圾箱的舉升及下降循環動作[4]。

垃圾箱的舉升/下降動作時間、循環計數等功能均由可編程序控制器（PLC）編程控制，當次數達到設定值時，自動停止運行。從用戶實際使用情況及考慮舉升油缸油溫性能問題，每個循環動作之間設置了一定的間隔時間并注入可編程序控制器（PLC）中。設計流程圖如圖7所示。

圖7　設計流程圖

3　結束語

本自動控制試驗的系統工裝滿足了多年來我司開發的多款環衛垃圾車的舉升機構的循環動作考核試驗需求，解除人重復對控制開關進行操縱、計數等的疲勞。具有經濟適用性，只要從硬件上或軟件上稍作改動，即可實現控制另外的一種試驗工裝，如曾進行的輪椅服務車的座椅/輪椅控制舉升平臺的舉升耐久、灑水車用的浮球開關升降、繼電器循環通斷、車門開閉等等的耐久試驗。

參考文獻：

[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.兩位五通電動氣閥動態特性研究[J].推進技術，2006，27（6）：542-545.

[3]姜 楊，柳洪義，田洪海，等．電磁閥測試系統綜合控制系統[J]．東北大學學報（ 自然科學報），2010，31（1）：103-106．

[4]毛衛平，顧 建．PLC在氣壓傳動控制實驗中的應用[J]．機床與液壓，2004（4）：148-149．