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技術(shù)頻道

S7-200 PLC在汽車轉(zhuǎn)向泵自動(dòng)裝配線中的應(yīng)用

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
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。
CPU 型 號(hào)
數(shù) 量
工 位 號(hào)
控 制 對(duì) 象
CPU212(6ES7212-1AA01-0XB0)
1
WS1.2
TOX氣液增力缸
CPU214(6ES7214-1BC10-0XB0)
8
WS1.1,WS1.3,WS2.1,WS2.2, WS2.3,WS3.3,WS4,WS5
壓機(jī)﹑夾具﹑CoMo II-S監(jiān)控儀﹑傳送帶﹑綜合功能測試儀
CPU214(6ES7214-1AC01-0XB0)
1
WS3.4
LPG794A密封測試儀﹑自動(dòng)貼標(biāo)機(jī)
CPU314(6ES7314-1AE02-0AB0)
1
WS3.1
旋鉚機(jī)﹑分度盤旋轉(zhuǎn)臺(tái)
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(gè)工位。
圖2  生產(chǎn)廠房和裝配線中的一個(gè)工位圖。 圖2  生產(chǎn)廠房和裝配線中的一個(gè)工位圖
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 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:

輸 入
輸 出
標(biāo) 志 位
地址
功能
地址
功能
地址
功能
I0.0
雙手按鈕啟動(dòng)
Q0.0
壓機(jī)向下
M0.0
初始化,指示燈測試
I0.1
自動(dòng)/手動(dòng)選擇
Q0.1
壓機(jī)向上
M0.1
自動(dòng)模式
I0.2
復(fù)位按鈕
Q0.2
夾具鎖緊
M0.2
手動(dòng)模式
I0.3
壓力檢測
Q0.3
夾具松開
M0.3
定時(shí)器4秒延時(shí)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(dòng)模式,復(fù)位所有動(dòng)作
I0.5
復(fù)位接近開關(guān)
Q0.5
紅色指示燈
M11.1
手動(dòng)模式,壓機(jī)向上
I0.6
夾具緊磁性開關(guān)
Q0.6
空壓機(jī)閥門
M11.2
手動(dòng)模式,壓機(jī)向下
I0.7
夾具松磁性開關(guān)
Q0.7
壓力報(bào)警
M11.3
手動(dòng)模式,夾具松開
I1.0
壓機(jī)上位開關(guān)
Q2.0
Kistler啟動(dòng)
M11.4
手動(dòng)模式,夾具鎖緊
I2.0
Kistler就緒信號(hào)
Q2.2
Kistler程序選擇1
M11.5
啟動(dòng)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(duì)
I2.2
零件不合格
M15.2
顯示壓力低報(bào)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(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
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)。

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