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王廣明1 ； 李春山2
（1.西門子數(shù)控有限公司，南京；2.南京長江電子設備制造有限公司）
摘要：本文根據(jù)汽車轉(zhuǎn)向泵自動裝配過程的工藝要求和特點，介紹了采用S7-200 PLC設計的一種程序控制系統(tǒng)，結(jié)合Kistler的CoMo II-S智能測量儀表，該系統(tǒng)實現(xiàn)了對壓力和位移的高精度實時監(jiān)控，保證了汽車轉(zhuǎn)向泵的高質(zhì)量裝配要求。
關(guān)鍵詞：可編程控制器(PLC) 操作面板 汽車轉(zhuǎn)向泵
Abstract
This paper introduces a program control system that is designed for automobile vane pump assembling by using S7-200 PLC on basis of the assembly technology requirements, with Kistler CoMo II-S measuring and monitoring instruments, a precise controlling for pressure and displacement have been implemented that ensure the high quality assembly of vane pump.
Key Words: Programmer Logic Controller (PLC) Operator Panel Vane pump of automobile
一、概述
汽車轉(zhuǎn)向泵是一種中高檔汽車用的零部件，它為汽車動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供一種高性能的動力源，與發(fā)動機轉(zhuǎn)速相配合可以產(chǎn)生卓越的轉(zhuǎn)速流量特性從而使得駕駛舒適。由采埃孚轉(zhuǎn)向泵金城有限公司投資的轉(zhuǎn)向泵自動裝配線項目位于南京新港經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)，主要生產(chǎn)轎車和輕型商務車用的轉(zhuǎn)向泵。這種汽車部件由多個零件組成，需要借助不同的設備，按照一定的工序?qū)⑺鼈兘M裝起來。在整個過程中，需要對裝配時的壓力、位移和時間等參數(shù)進行實時監(jiān)控，以滿足嚴格的工藝要求，保證裝配質(zhì)量。汽車轉(zhuǎn)向泵自動裝配線是完成上述工序的一組設備，它共有12個工位,以實現(xiàn)不同的裝配功能，其生產(chǎn)流程如圖1所示。
圖1 汽車轉(zhuǎn)向泵自動裝配線生產(chǎn)流程圖
系統(tǒng)的控制對象包括氣液增力缸式壓機﹑夾具﹑壓力/位移監(jiān)控儀﹑密封測試儀﹑綜合功能測試儀和智能螺栓擰緊系統(tǒng)等，由于各個工位間相互獨立且有一定距離，因而各采用一臺西門子PLC作為控制器，一臺SIMODRIVER 611A伺服驅(qū)動器及1FT5 伺服電機用于旋鉚工位的分度盤旋轉(zhuǎn)臺控制，另有兩臺MicroMaster系列MMV37變頻器用于生產(chǎn)線的物料傳輸系統(tǒng)。表1列出了該裝配線使用的西門子S7-PLC型號及其在各個工位的分布。
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CPU 型 號 |
數(shù) 量 |
工 位 號 |
控 制 對 象 |
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CPU212(6ES7212-1AA01-0XB0) |
1 |
WS1.2 |
TOX氣液增力缸 |
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CPU214(6ES7214-1BC10-0XB0) |
8 |
WS1.1,WS1.3,WS2.1,WS2.2, WS2.3,WS3.3,WS4,WS5 |
壓機﹑夾具﹑CoMo II-S監(jiān)控儀﹑傳送帶﹑綜合功能測試儀 |
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CPU214(6ES7214-1AC01-0XB0) |
1 |
WS3.4 |
LPG794A密封測試儀﹑自動貼標機 |
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CPU314(6ES7314-1AE02-0AB0) |
1 |
WS3.1 |
旋鉚機﹑分度盤旋轉(zhuǎn)臺
BOSCH智能螺栓擰緊系統(tǒng) |
表1 裝配線使用的主要PLC產(chǎn)品
圖2所示為該公司的廠房外景和裝配線中的一個工位。
圖2 生產(chǎn)廠房和裝配線中的一個工位圖。
二、系統(tǒng)要求
現(xiàn)以工位WS1.1為例，介紹設備的工作過程。該工位將滾針軸承壓入端蓋，當按下啟動按鈕后，設備先檢測軸承放置的方向，如果正確，夾具自動鎖緊，啟動壓裝過程，否則系統(tǒng)報警，壓機不工作，同時OP3操作面板顯示錯誤信息。壓裝開始后，系統(tǒng)同時啟動CoMo II-S智能測量儀表，對壓力和位移進行監(jiān)測，若整個過程的壓力/位移曲線滿足工藝要求(位于一定的范圍內(nèi))，則裝配合格，綠色指示燈亮，壓機退回，夾具松開，零件可轉(zhuǎn)入下道工序，否則紅色指示燈亮，結(jié)果不合格，系統(tǒng)復位后，零件經(jīng)確認后轉(zhuǎn)入廢品站。
為了能實時檢測壓力和位移，得出兩者間的實時關(guān)系曲線，并據(jù)此對過程做出評判，系統(tǒng)采用了Kistler的CoMo II-S智能測量儀表，它內(nèi)置電荷和電壓放大器，可以實時采集壓力和位移兩路模擬輸入信號，自動選擇量程和不同的坐標及最佳刻度，得出測量曲線，具有閥值、公差帶、方框和終位等多種分析功能，并可根據(jù)需要選擇不同的組合對各種過程進行分析和監(jiān)測，與PLC接口方便。壓力的檢測采用Kistler的壓電式傳感器，經(jīng)電荷放大器由CoMo II-S采集到壓力實時值，位移用Novotech的高精度位移傳感器測量，并由CoMo II-S采集到實時值，與壓力一起作為被監(jiān)控的變量。壓機由氣壓驅(qū)動的氣液增力缸實現(xiàn)，其升降由電磁閥控制。
三、控制系統(tǒng)的硬件組成及軟件設計
根據(jù)該工位的輸入/輸出信號的點數(shù)要求，選用CPU214 PLC作為控制核心，并擴展了一塊EM223數(shù)字量模塊，共有22位數(shù)字量輸入點，18位數(shù)字量輸出點。為了顯示系統(tǒng)狀態(tài)和輸入控制參數(shù)，選用了一臺OP3操作面板，經(jīng)PPI通訊接口與CPU214連接。控制系統(tǒng)的硬件組成如圖3所示。
圖3 工位WS1.1 控制系統(tǒng)組成圖
系統(tǒng)中的I/O地址分配如下表所示：
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輸 入 |
輸 出 |
標 志 位 |
|
地址 |
功能 |
地址 |
功能 |
地址 |
功能 |
|
I0.0 |
雙手按鈕啟動 |
Q0.0 |
壓機向下 |
M0.0 |
初始化,指示燈測試 |
|
I0.1 |
自動/手動選擇 |
Q0.1 |
壓機向上 |
M0.1 |
自動模式 |
|
I0.2 |
復位按鈕 |
Q0.2 |
夾具鎖緊 |
M0.2 |
手動模式 |
|
I0.3 |
壓力檢測 |
Q0.3 |
夾具松開 |
M0.3 |
定時器4秒延時結(jié)束,復位 |
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I0.4 |
軸承方向檢測 |
Q0.4 |
綠色指示燈 |
M11.0 |
手動模式,復位所有動作 |
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I0.5 |
復位接近開關(guān) |
Q0.5 |
紅色指示燈 |
M11.1 |
手動模式,壓機向上 |
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I0.6 |
夾具緊磁性開關(guān) |
Q0.6 |
空壓機閥門 |
M11.2 |
手動模式,壓機向下 |
|
I0.7 |
夾具松磁性開關(guān) |
Q0.7 |
壓力報警 |
M11.3 |
手動模式,夾具松開 |
|
I1.0 |
壓機上位開關(guān) |
Q2.0 |
Kistler啟動 |
M11.4 |
手動模式,夾具鎖緊 |
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I2.0 |
Kistler就緒信號 |
Q2.2 |
Kistler程序選擇1 |
M11.5 |
啟動Kistler |
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I2.1 |
零件合格 |
Q2.3 |
Kistler程序選擇2 |
M15.1 |
顯示軸承方向不對 |
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I2.2 |
零件不合格 |
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M15.2 |
顯示壓力低報警 |
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M15.3 |
顯示零件合格 |
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M15.4 |
顯示零件不合格 |
表2 工位WS1.1的I/O地址分配表
控制軟件用STEP7 Micro/Win編寫，OP3由ProTool組態(tài)軟件進行配置。控制程序分自動和手動兩部分，在手動部分，通過OP3可以操縱所有運動機構(gòu)的動作，包括壓機、夾具的動作，CoMo II-S的參數(shù)選擇及啟動，便于系統(tǒng)調(diào)試。在自動部分，所有動作按要求的次序完成，程序中定義了一些內(nèi)部標志寄存器位，用于PLC和OP3間交換信息，同時也使用了順序寄存器指令，使各程序步間互鎖，提高了系統(tǒng)的可靠性。自動部分的軟件流程如圖4所示。
圖4 控制系統(tǒng)軟件流程圖
四、結(jié)束語
汽車轉(zhuǎn)向泵自動裝配線采用西門子S7系列PLC控制，不僅簡化了系統(tǒng)，提高了設備的可靠性，也大大提高了成品率和產(chǎn)品質(zhì)量，通過操作面板修改系統(tǒng)參數(shù)就可以實現(xiàn)多種不同產(chǎn)品的裝配，現(xiàn)場設備的工作狀態(tài)和產(chǎn)品信息都在操作面板上顯示出來，方便了用戶的操作和維護。該裝配線自2001年投入運行以來，工作穩(wěn)定可靠，加工出的產(chǎn)品經(jīng)專業(yè)設備的嚴格測試，質(zhì)量和性能完全符合要求，受到了用戶的好評。
【參考文獻】
[1] Operator panel OP3 equipment manual, SIEMENS,AG;
[2] Kistler CoMo II-S Operating Instruction, Kistler Co.;
[3] STEP7 Micro 編程手冊
[4] S7-200 PLC用戶指南 | 
