基于PLC控制的組合式飛機蒙皮吊裝系統(tǒng)設(shè)計

程露

摘要：本文設(shè)計了基于PLC控制的組合式飛機蒙皮吊裝系統(tǒng)，系統(tǒng)采用主從控制，蓄電池供電，快插模塊的方式實現(xiàn)兩種吊裝方式的快速切換，利用吸盤真空吸附的方式實現(xiàn)蒙皮的柔性吊裝，主要介紹了吊裝系統(tǒng)的基本原理和系統(tǒng)方案，具體分析了吊裝系統(tǒng)的硬件組成、軟件調(diào)試及實驗驗證。

關(guān)鍵詞：PLC控制;組合式;真空吸附;柔性吊裝

前言

蒙皮是飛機的重要組成部分，屬于飛機外形零件，直接形成了飛機的氣動外形，飛機蒙皮使用最廣泛的是鋁合金和部分復(fù)合材料[1]。為了滿足各種曲率不同尺寸蒙皮零件的運輸，提高吊裝設(shè)備設(shè)計合理性和適用性，就必須設(shè)計研發(fā)新的吊裝設(shè)備[2]。而柔軟并且有彈性的吸盤可以很方便地實現(xiàn)諸如蒙皮零件的吸持、脫開等裝夾功能，吸盤組布置主要形式包括環(huán)形、矩形、三角形和直線[3]。

針對生產(chǎn)需要，本文設(shè)計了一套基于PLC控制的組合式飛機蒙皮吊裝系統(tǒng)，可適用于兩種形狀蒙皮的吊裝（長條形和方正形）。

1總體設(shè)計方案

本文設(shè)計了一種電控的組合式飛機蒙皮吊裝系統(tǒng)，本設(shè)計的總體結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示，該系統(tǒng)可分兩種工作方式，如圖1左側(cè)可吊裝長條狀蒙皮，右側(cè)安裝方式可吊裝方正形蒙皮。區(qū)別于傳統(tǒng)飛機蒙皮吊裝方式，本系統(tǒng)采用真空吸盤吸附方式，實現(xiàn)蒙皮的柔性吊裝。蓄電池供電，主從控制，快插模塊的方式實現(xiàn)兩種吊裝方式的快速切換。

2電控系統(tǒng)硬件組成

組合式飛機蒙皮吊裝電控系統(tǒng)硬件由蓄電池組、UPS電源和管理器、S7-1200CPU、I/O模塊、ET200SP分布式I/O和遙控模塊等組成，這些電控元件安裝在電控箱中。

2.1電池系統(tǒng)

本設(shè)計電池系統(tǒng)采用雙電源模塊，主電源模塊系統(tǒng)主要包括蓄電池組、充電器、顯示屏和氣溶膠滅火器等，充電器220V輸入24V輸出充電，蓄電池組由單體電芯為3.2V/230AH中航鋰電電芯組合而成，總?cè)萘繛?5.6V/230AH，顯示屏支持CAN通訊，其電池電量及報警信號能反饋到控制系統(tǒng)，氣溶膠滅火器可實現(xiàn)電池應(yīng)急保護功能。備用電源模塊系統(tǒng)采用菲尼克斯UPS電源加管理器構(gòu)建，主電源模塊故障時，備用電源模塊系統(tǒng)無間斷供電。

2.2反饋系統(tǒng)

蒙皮吊裝過程中需實時反饋電池剩余電量、電池是否故障和吸盤內(nèi)部真空度等，用于確定可連續(xù)工作的時長、起吊與放下的時機和是否啟動應(yīng)急措施等。本系統(tǒng)設(shè)計了一套實時反饋系統(tǒng)，包括反饋電池剩余電量、電池是否故障、吸盤內(nèi)部真空度和吸盤吸附壓力值等，吸盤內(nèi)部真空度和吸盤吸附壓力值信號通過西門子模擬輸入模塊實現(xiàn)信號采集，電池剩余電量、電池是否故障通過西門子S7-1200控制器實現(xiàn)信號采集，S7-1200控制器分析和處理采集的反饋信號，把反饋信號以適當(dāng)醒目的形式顯示于顯示屏上。

2.3遙控模塊

在吊裝蒙皮過程中，蒙皮處于空中時，為防止工人誤操作按到釋放鍵造成蒙皮摔落，本系統(tǒng)采用雙遙控模式。遙控器選擇阿波羅的四點位遙控器，遙控器1配置泵開、吸附和釋放鍵，遙控器2配置使能鍵;整個吊裝過程中，只有在吊裝完成后才能使用遙控器2，系統(tǒng)采用互鎖的方式，實現(xiàn)必須同時按下兩個遙控器的使能和釋放鍵吸盤釋放的功能，達到防止蒙皮處于空中時工人誤操作造成蒙皮摔落的目的。

3軟件調(diào)試

3.1通訊參數(shù)設(shè)定

電控系統(tǒng)共有2臺真空泵、1組電源模塊和兩個壓力傳感器，主電池模塊和PLC可編程控制器之間通過CANOPEN總線進行數(shù)據(jù)傳輸，壓力傳感器通過AI模塊進行數(shù)據(jù)反饋，真空泵通過與CPU自帶的數(shù)字輸入輸出I/O點位進行啟停控制，通過AO模塊進行開度控制。主要參數(shù)設(shè)置如表1所示：

3.2控制流程

如下圖2所示，首先將吊掛從小車上吊運至產(chǎn)品上方產(chǎn)品重心位置;然后放下至吸盤接觸被吊產(chǎn)品表面，啟動真空系統(tǒng)，按下遙控器1的泵開鍵和吸附鍵，使吸盤與產(chǎn)品表面完全吸附，觸摸屏上顯示泵1系統(tǒng)和泵2系統(tǒng)的真空度值，當(dāng)真空度在85%以上狀態(tài)燈處于綠色時吊裝產(chǎn)品;產(chǎn)品起吊脫離所停放工裝時，將收緊帶由產(chǎn)品下方穿過，一端掛在三角環(huán)上另一端穿進收緊帶，收緊收緊帶至接觸產(chǎn)品;最后緩慢平穩(wěn)起吊產(chǎn)品至盒段裝配型架，產(chǎn)品在安裝位置上方0.2m左右是拆除收緊帶，繼續(xù)將產(chǎn)品放置到位（整個吊運過程保證真空系統(tǒng)全程吸附）;當(dāng)產(chǎn)品完全放置安裝好后，同時按下遙控器2使能和遙控器1釋放按鈕關(guān)閉真空系統(tǒng)釋放產(chǎn)品，吊掛吊回原位。

4結(jié)束語

設(shè)計的基于PLC控制的組合式飛機蒙皮吊裝系統(tǒng)，能一次性滿負荷工作至少3個小時，實現(xiàn)某型機復(fù)材外翼全尺寸盒段上壁板蒙皮（一架機共三塊）的逐塊吊裝。應(yīng)用結(jié)果表明：蓄電池供電、主從控制、快插模塊的方式便于存放和快速安裝切換模式，吊裝過程操作簡單，對工人要求低，性能穩(wěn)定，滿足吊裝要求。該系統(tǒng)還可發(fā)展為更多子站的模式，理論上可實現(xiàn)對各種形狀尺寸蒙皮的柔性吊裝。

參考文獻

[1]鮑巖，董志剛，朱祥龍.蒙皮鏡像銑削支撐技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢.航空學(xué)報2017（12）

[2]高鑫.飛機大蒙皮吊裝技術(shù)研究.碩士學(xué)位論文，南昌航空大學(xué)，2018

[3]劉紅.飛機蒙皮檢測機器人運動控制研究.碩士學(xué)位論文，南京航空航天大學(xué)，2012