机电工程案例四_电气.pdf

机电工程案例四、汽车电动座椅总成柔性化装配及功能测试生产线电气篇汽车座椅生产线组成部分(1)座椅滑道柔性装配线；(2)座椅滑道锁止机构柔性装配线；（3）水平传动装置柔性装配线;（4）垂直马达自动装配线；（5）座椅扶手关节机构自动装配线；（6）靠背调角器核心件柔性自动装配线；（7）座椅骨架总成模块化柔性装配线；（8）在线智能测试设备；（9）工业机器人应用及周边系统设计；（10）通用工装的二次集成装备；（11）通用实验验证（检测）设备；图4 生产线系统框图汽车座椅生产线组成部分一、生产线控制系统设计要点1.控制系统配置1）单个大型PLC集中控制。对于连贯的生产系统，可以配置集中控制式的PLC控制，比如后页的图。这种控制系统采用一台大型的PLC控制，全部或大部分元器件安装在一组控制柜中。设备上装有端子箱和操作盒，控制箱和端子箱/操作箱之间通过多芯电缆来连接。优点：生产线各设备之间的信息交换全部通过PLC内部完成，效率高。缺点：在生产线比较复杂时，需要多人一起调试时，需要串行调试。（即一次，允许和PLC相连的调试计算机数量是有限的）适用于各个设备不太复杂，连贯生产的场合。2）大型PLC分布式控制。对于现场设备比较多比较散的场合，可以采用大型PLC的分布式控制。用现场总线替代传统集中式控制需要的大量电缆。节约铜资源，并且可以提高可靠性。也可以提高设备的可维修性。优缺点和大型PLC集中控制相似。3、多台独立中小型PLC单独控制即采用每台设备一套中型或小型PLC独立控制的方法。这种方法和单独一台设备的控制方法没有区别。对于每台设备都比较复杂的场合，比较合适。优点：安装调试方便，不受上下游设备的牵制。比较独立。缺点：每台设备一台PLC控制，在控制资源上有重复。如果设备之间是相互配合的话，需要另外配置联络接口。适用场合：半自动、小型复杂零件的生产。对于座椅生产线，是一种比较适合半自动生产的产品。其工艺复杂，对于每台设备的要求比较高，零件形状多种，不太适合全自动生产。对于座椅生产线，采用半自动工位串联而成，其控制系统采用独立的PLC控制。方便调试，可以防止相互牵制，提高可靠性。也可以采用中大型PLC+分布式控制的方法。2、多品种柔性化为了实现多品种的柔性生产，控制线路中需要做出预先的布置。1）界面设计中，可以输入品种号。2）在生产设备中，配置和快速插拔系统。便于夹具的整体更换。3）生产零件的防错。包括零件的特征识别或条码识别。3、对于生产线的集成整合、对于生产线的集成整合集成整合的含义是把一条生产线中的若干比较独立的设备或系统整合成一个有机整体，如同一台设备一样。整个的方法：1）设备层联系，通过设备的控制系统(PLC)与控制系统(PLC)建立起直接联系，实现生产线的自动流转，联系的硬件可以是IO、也可以是现场总线、或其他通讯方式。联系的内容可以双方约定也可以遵循相关的国际编码标准。目的是高效可靠。最简单的上下工位之间的联系方式：前工位-后工位 发出料请求，后工位向前工位发进料允许（进料允许OFF时也代表一个进料过程完成。）只采用这种整合方法，只能应用于简单的生产线。2）生产线控制计算机集成有两种情况：a)生产设备与设备之间没有直接联系，所需要的联系信息通过生产线控制计算机(服务器)转发。对于一个连续生产线（全自动）来说，这样的转发需要耗费额外的时间。b)不需要直接联系（半自动生产设备）。但是需要控制生产的正确性（追溯系统）。即A工位合格的产品，才能在B工位上生产，A、B都合格的产品，才能在C工位上生产。通过生产线控制计算机(服务器)，读取各工位上上料工件的条码，通过数据库查询前工位的生产状态，控制本工位是否允许生产，并把生产结果保存在数据中，通过这种条码控制和数据存储，可以实现产品的完全追溯。这种生产控制的方法，不但可用于生产线控制，也可以用于工厂生产控制（跨线控制）。3）混合型混合型是指包含了各级信息通讯。形式有多种多样。例1：设备直接联系+生产线控制计算机(服务器)在连续生产线（全自动）中:包含有上下工位之间的控制器直接信息交换，以维持生产的高效。每个工位又和生产线控制计算机进行信息交换，把各个工位的生产情况显示在计算机上。可追溯性，各工位把读取的条码信息发送给计算机，计算机把每个工件的生产全过程信息记录入数据库，实现产品的可追溯性、防错性。生产信息统计，计算机可以统计生产线的生产数据，比如成品合格率、故障发生率、设备利用率等等信息，制作成便于分析的图表形式，便于不断改善和提高。例2：设备直接联系+生产线控制计算机(服务器)+生产过程的数据记录介质与例1的不同点在于:产品的机械载体（如托盘等）装有数据记录介质，（如RFID数据记录模块），各个工位（或传输线），均读取写入数据到此介质中，各设备根据数据介质中的数据，进行自动化生产。在此数据记录介质中，可能记忆的数据有：条码信息 工艺流程信息 加工进程信息 各工位的加工信息（包含设备号、时间、操作人姓名等等）当然也可以在记录介质中，只记忆条码信息，由读码器从数据库服务器中查询。4、本座椅生产线的整合方法、本座椅生产线的整合方法我们对座椅生产线的控制采用过三种方法：1）单机由单PLC控制，设备之间无联系。属于简单的组线方式，生产统计由单台设备完成。2）单机单PLC控制器，线控计算机通过串口服务器访问每台设备，进行生产品种控制、统计产量等功能。无追溯系统。3）45台设备由一台中型PLC控制器，采用分布式现场总线，控制器与控制器之间无直接联系；PLC用以太网和生产线计算机进行通讯；生产的控制与追溯采用条码（二维码和一维码）；生产参数、生产信息、追溯信息存放在工厂服务器中。从这个进步过程中，可以看出在关于领域，信息化技术参与得越来越多；是一个工业信息化的过程。二、座椅生产线中的测试技术在座椅生产线中涉及如下项目的测试：1）电动座椅的马达电流2）摩擦力检测3）噪音检测4）震动检测1.电流检测电流检测是检测电动座椅各驱动马达在运行过程中的平均工作电流、最大、最小电流值。并判定这些电流值是否在合格范围之内。电流的检测，我们采用电流传感器(分流器)+精密电流变送器的方式。电流传感器(分流器)的规格按照电流变送器的规格和最大马达电流进行计算配置。2.摩擦力检测摩擦力检测是指座椅轨道等机构，在空载和额定负载情况下，在规定的速度上，抗拒外力推动的摩擦力。我们采用推拉力传感器，检测轨道在规定速度下，推（拉）动轨道移动所需要的力。力传感器主要由传感器（应变片桥）和放大器组成。3.噪音检测噪音检测，是用于测量电动座椅（主要是马达）在空载和额定负载下，运行过程发出的噪音强度（一般指人可听见范围内的噪音强度）以及是否有明显的声音突变。座椅的噪音主要来源于机构噪音和电机噪音。噪音的用声压（DB）和 频率 及其带宽来描述。噪声的测量主要是声压级、声功率及其噪声噪声的测量主要是声压级、声功率及其噪声频谱的测量。频谱的测量。一套声压级测量仪器包括传声器、声级计、一套声压级测量仪器包括传声器、声级计、频率分析仪、校准器等。频率分析仪、校准器等。采用计算机的labview检测4.震动检测用于测量电动座椅的马达在X-Y两个方向上的震动情况，主要测量人体敏感的80HZ左右的震动强度。震动强度用加速度单位g来描述。我们采用压电式加速度传感器的检测方法。振动测量分类振动测量分类 按测量原理分：按测量原理分：机械方法机械方法 常用于振动频率低常用于振动频率低、振幅大振幅大、精度精度要求低的场合要求低的场合。光学方法光学方法 主要用于精密测量和振动传感器的主要用于精密测量和振动传感器的标定标定。电测法电测法 应用范围广应用范围广，在工业界被广泛采用在工业界被广泛采用。按测振参数分：按测振参数分：位移传感器位移传感器 displacement sensor 速度传感器速度传感器 velocity sensor 加速度传感器加速度传感器 acceleration sensor 按变分原理分：按变分原理分：磁电式磁电式 magnetoelectric 压电式压电式 piezoelectric 电阻应变式电阻应变式 resistance strain gauge 电感式电感式 inductance 电容式电容式capacitance 光学式光学式 optical 按按传感器与被测物关系分传感器与被测物关系分：接触式接触式传感器有磁电式、压电式及电阻应变式传感器有磁电式、压电式及电阻应变式等。等。非接触式非接触式传感器有电涡流式和光学式等。传感器有电涡流式和光学式等。压电式加速度传感器压电式加速度传感器(Piezoelectric acceleration sensor)利用某些晶体材料（如压电陶瓷锆钛酸铅等）的利用某些晶体材料（如压电陶瓷锆钛酸铅等）的压电效应压电效应作为机电作为机电变换器而制成的加速度传感器变换器而制成的加速度传感器maF 特点特点 频带极宽频带极宽(0.220 KHz)。本身质量小本身质量小(250 g)。动态范围很大。动态范围很大。工作原理工作原理 惯性质量运动时产生的惯性力作用在压电晶体上，惯性质量运动时产生的惯性力作用在压电晶体上，压电晶体产生相应大小电荷压电晶体产生相应大小电荷量程灵敏度分辨率重量/g应用及特点5000g0.5mV/g0.02g4.5适用于爆破、撞击等100000g0.05mV/g0.3g4.4适用于爆破、撞击、爆炸分离等150g10mV/g0.003g10.5可在-196的低温环境下工作5g1000mV/g0.000 04g35高分辨率型500g10mV/g0.001 5g0.5微型，适用于小型结构50g100mV/g0.000 16g2小型、高灵敏度、高分辨率，各种用途500g10mV/g0.005g2高频、小型、石英剪切，各种用途50g100mV/g0.000 5g27三角剪切结构，石英通用加速度传感器2000g2.5mV/g0.04g17.9冲击传感器、内置滤波器，桩基检测500g10mV/g0.000 5g10环型50g100mV/g0.000 2g203轴、结构实验5g1000mV/g0.000 06g243轴、高灵敏度10g100mV/g0.000 2g180/片状3轴坐垫传感器，汽车实验500g10mV/g0.001g4/方形3轴、小型，模态、振动、噪声实验5g1103mV/g0.0001g1 000超低频地震传感器，长期稳定性良好0.5g1104mV/g0.000 001g635超低频地震传感器，高灵敏度某系列加速度传感器特性表某系列加速度传感器特性表总成测试系统构成简图