基于PLC控制原理研究稱重數據波動可探測性任星星

任星星　楊青

摘 要：裝配工廠變速箱稱重加油工位的稱重數據會受到費斯托電缸執行器控制的機械部件的變化、工位稱重平臺支撐圓柱銷的磨損而產生失真的問題，主要現象是稱重顯示儀數據出現持續波動，而這類自動工位，即無操作員工，也無防錯監控數據，這就導致稱重失真的工件由本工位流入下一加油工位，使得加油量失真，從而引起變速箱質量問題。針對這類數據異常波動的問題，本文基于PLC控制原理研究數據波動可探測性，利用極差法的數學思想，使用PLC邏輯控制工具，使得數據波動能夠有效探測并及時將波動超限值的數據報警提示出來，杜絕質量問題產生及流出本工位。

關鍵詞：數據波動 PLC控制原理 極差法 可探測

1 引言

近年來，隨著中國汽車行業的迅猛發展，對CVT（無極變速箱）的需求越來越大，質量越來越高，在國外技術封鎖及高額產品費用的驅動下，CVT的國產替代越來越受到國內車企的迫切重視，但是在CVT國產替代的過程中，難免產生各類質量問題，這些問題需要我們去攻關解決。本文主要闡述在變速箱稱重加油質量控制環節，由于受外部環境影響，如費斯托電缸執行器控制的機械部件的變化、工位稱重平臺支撐圓柱銷的磨損以及輥道運行時產生的振動，導致稱重數據產生無規律性抖動，存在潛在性稱重量、加油量失效的問題，從而引起加油量失真等一連串關聯性質量問題。

本文針對稱重數據抖動而產生的潛在性稱重量、加油量失效的問題，基于PLC控制原理研究數據波動的可探測性，利用極差法的數學思想，使用PLC邏輯工具，PLC在0.5秒的時間間隔自動監控記錄三組數據，取其中兩兩差值的絕對值的最大值拿去和產品公差計算所得理論值進行比較，波動值小于產品公差計算所得理論值即判定為合理數據波動，大于等于產品公差計算所得理論值即判定為不合格的數據波動，立即報警提示并鎖定工件放行，基于該原理使得數據波動能夠有效探測并及時將波動超限值的數據報警提示出來，杜絕質量問題產生及流出本工位。

2 稱重數據波動無法探測的原因分析

2.1 工位稱重工作原理

稱重工位通過頂升機構將托盤完全頂升后，利用費斯托電缸將頂升的托盤與工件托舉脫離頂升后，轉移到梅特勒托利多臺秤上進行稱重，稱重所得的數值顯示在IND570顯示儀上，顯示儀再通過Profibus總線（工業通訊總線）將重量數據傳輸給裝配工廠區域PLC（可編程的邏輯控制器），PLC再根據接收到的重量數據存儲起來，在下一工位結合存儲的重量數據計算所需的加油量。

2.2 稱重數據波動原因分析

一臺變速器由設備將其頂升放置到稱臺上的過程中，不可避免的受到機械、電氣等外界因素的影響，導致在稱臺上的稱重出現數據波動。由于稱重數據波動的產生具有多種原因，本文從人、機、料、法、環5個方面分析稱重數據波動異常原因，具體歸納如下所述：

1）機械設備問題

由于日夜不停的生產，設備的機型部分不可避免的會產生老化、磨損，特別是在設備電子稱重臺的支撐柱的接觸部分會累計磨損，由于四個支撐柱的磨損程度不能完全一致，這會導致支撐面有高度差產生，引起稱重時托盤晃動。

2）托盤問題

裝配工廠使用的輥道托盤，平整度是有差異的，再加上常年累月的磨損消耗，平整度的差異會變得越來越大，當平整度較大的托盤在稱重工位被頂升起來稱重時，會出現因平整度差異導致接觸面失衡，造成數據波動情況。

3）輥道運行震動問題

裝配工廠輥道運行進行產生一定的物理震動，通過機械介質的的傳導，震動是可以影響到臺秤的測量的精準度，在實際臺秤稱重設備設計中將盡可能的脫離輥道的震動干擾進行稱重測量，將輥道的震動干擾降至最低。

2.3 稱重設備無數據波動探測算法

稱重設備由臺秤壓力傳感器實時將稱重數據發送給IND570顯示儀，IND570顯示儀再經過Profibus（現場通訊總線）將數據以浮點型的格式發送給PLC（可編程的邏輯控制器），PLC在收到數據后，對這個最終數據進行重量判斷是否在工藝稱重重量設定范圍內，在此傳輸過程為實時傳輸，沒有數據波動探測算法，在工位為自動工位的情況下，數據波動極難被員工發現，這就導致了稱重重量偏離實際，導致后續加油工藝的加油量失真。

3 對策及措施驗證

針對分析出來的三個引起稱重數據波動的問題，設備機械問題、托盤問題造成的稱重數據波動極不容易被發現，而設備測量算法和PLC控制程序又不具備探測波動的算法功能。根據分析出來的問題，可以基于PLC控制原理來研究稱重數據波動的可探測性，利用極差法的數學思想，使用PLC邏輯控制工具，使得數據波動能夠有效探測并及時將波動超限值的數據報警提示出來，杜絕質量問題產生及流出本工位。

以變速箱CTF25A2種類的變速箱為例，產線上變速箱與托盤總重量約為197.527kg，如下圖1為數據統計處理后的異常波動曲線與理想波動曲線對比圖，X坐標為時間（S），Y坐標為重量（kg）。

可見，隨著時間X的推移，若臺秤處于正常生產狀態（理想狀態），IND570顯示儀顯示重量將會接近于197.527KG，呈現微小窄幅震蕩波動狀態;若模擬臺秤處于受外界干擾特別嚴重的狀態，在其他條件不變的情況下，IND570顯示儀顯示重量將呈現圍繞197.52KG做持續不斷的寬幅震蕩波動運動，呈現有一定規律的波動狀態;針對這種受外界導致數據波動的干擾問題，我們根據觀察統計出來的波動規律，按照一定的時間間隔在波動曲線上取值，如圖2所示即一次稱重分別在0.5s時間間隔取值所得（a，b，c，d，e，f，g，h）為例。當然，在實際工業運用中可以取N個數據，以達到更為有效的異常數據波動監控。

利用極差公式：

極差的最大值=MAX{|a-b|，a-c|，|a-d|，|a-e|，|a-f|，|a-g|，|a-h|，|b-c|，…，|g-h|}，即為圖2任意取點兩兩值的差值的絕對值的集合中的最大值為最終數值結果。

極差集合中的最大值與產品公差計算所得理論值進行數值比較，如產品公差計算所得理論值為0.015kg（變速箱CTF25A2產品公差），顯然，根據極差公式和波動圖示可知，數據異常波動時必然有一組數據間差值的絕對值大于0.015kg，而理想波動重量值的取點后的極差集合中的最大值小于公差設定值。通過如上極差計算的方法將異常波動轉變為可以有效探測，當波動取值的極差Max超過我們設定的監控設定公差時，立即反饋設備不合格提示信號并將本工件Tag（電子記憶儲存標簽）地址位寫2（代表不合格）。

4 結論

在工業生產中，針對變速箱稱重數據異常波動等類似的問題，可以基于PLC控制原理將稱重數據波動變得可以探測，區分出限定范圍內的正常波動和超出限定范圍的異常波動，以便針對異常波動進一步監控并分析，排查造成數據異常波動的機械設備問題、托盤問題等，有效提高生產線變速箱產品輸出質量及加油量的生產制造一致性。

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