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(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供一種高性能的動(dòng)力源，與發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)裝配線項(xiàng)目位于南京新港經(jīng)濟(jì)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(gè)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(gè)過程中，需要對(duì)裝配時(shí)的壓力、位移和時(shí)間等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以滿足嚴(yán)格的工藝要求，保證裝配質(zhì)量。汽車轉(zhuǎn)向泵自動(dòng)裝配線是完成上述工序的一組設(shè)備，它共有12個(gè)工位,以實(shí)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(dòng)裝配線生產(chǎn)流程圖

系統(tǒng)的控制對(duì)象包括氣液增力缸式壓機(jī)﹑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(gè)工位間相互獨(dú)立且有一定距離，因而各采用一臺(tái)西門子PLC作為控制器，一臺(tái)SIMODRIVER 611A伺服驅(qū)動(dòng)器及1FT5伺服電機(jī)用于旋鉚工位的分度盤旋轉(zhuǎn)臺(tái)控制，另有兩臺(tái)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(hào)及其在各個(gè)工位的分布。

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(gè)工位。

圖2 生產(chǎn)廠房和裝配線中的一個(gè)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(dāng)按下啟動(dòng)按鈕后，設(shè)備先檢測軸承放置的方向，如果正確，夾具自動(dòng)鎖緊，啟動(dòng)壓裝過程，否則系統(tǒng)報(bào)警，壓機(jī)不工作，同時(shí)OP3操作面板顯示錯(cuò)誤信息。壓裝開始后，系統(tǒng)同時(shí)啟動(dòng)CoMo II-S智能測量儀表，對(duì)壓力和位移進(jìn)行監(jiān)測，若整個(gè)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(jī)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(rèn)后轉(zhuǎn)入廢品站。

為了能實(shí)時(shí)檢測壓力和位移，得出兩者間的實(shí)時(shí)關(guān)系曲線，并據(jù)此對(duì)過程做出評(píng)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(shí)時(shí)采集壓力和位移兩路模擬輸入信號(hào)，自動(dòng)選擇量程和不同的坐標(biāo)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(duì)各種過程進(jìn)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(shí)時(shí)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(shí)時(shí)值，與壓力一起作為被監(jiān)控的變量。壓機(jī)由氣壓驅(qū)動(dòng)的氣液增力缸實(shí)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(jì)

根據(jù)該工位的輸入/輸出信號(hào)的點(diǎn)數(shù)要求，選用CPU214 PLC作為控制核心，并擴(kuò)展了一塊EM223數(shù)字量模塊，共有22位數(shù)字量輸入點(diǎn)，18位數(shù)字量輸出點(diǎn)。為了顯示系統(tǒng)狀態(tài)和輸入控制參數(shù)，選用了一臺(tái)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：

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(jìn)行配置。控制程序分自動(dòng)和手動(dòng)兩部分，在手動(dòng)部分，通過OP3可以操縱所有運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，包括壓機(jī)、夾具的動(dòng)作，CoMo II-S的參數(shù)選擇及啟動(dòng)，便于系統(tǒng)調(diào)試。在自動(dòng)部分，所有動(dòng)作按要求的次序完成，程序中定義了一些內(nèi)部標(biāo)志寄存器位，用于PLC和OP3間交換信息，同時(shí)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(dòng)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(dòng)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(shí)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(hù)。該裝配線自2001年投入運(yùn)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(yán)格測試，質(zhì)量和性能完全符合要求，受到了用戶的好評(píng)。