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(wù)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(shè)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(shè)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。
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
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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 |
LPG |
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CPU314(6ES7314-1AE02-0AB0) |
1 |
WS3.1 |
旋鉚機﹑分度盤旋轉(zhuǎn)臺 |
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(shè)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(shè)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(fù)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(shè)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。
系統(tǒng)中的I/O地址分配如下表所示：
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(fù)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(fù)位
I0.4
軸承方向檢測
Q0.4
綠色指示燈
M11.0
手動模式,復(fù)位所有動作
I0.5
復(fù)位接近開關(guān)
Q0.5
紅色指示燈
M11.1
手動模式,壓機向上
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
I2.0
Kistler就緒信號
Q2.2
Kistler程序選擇1
M11.5
啟動Kistler
I2.1
零件合格
Q2.3
Kistler程序選擇2
M15.1
顯示軸承方向不對
I2.2
零件不合格
M15.2
顯示壓力低報警
M15.3
顯示零件合格
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(shè)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(shè)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(shè)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