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王廣明1 ； 李春山2
（1.西門子數控有限公司，南京；2.南京長江電子設備製造有限公司）
摘要：本文根據汽車轉向泵自動裝配過程的工藝要求和特點，介紹了采用S7-200 PLC設計的一種程序控製係統，結合Kistler的CoMo II-S智能測量儀表，該係統實現了對壓力和位移的高精度實時監控，保證了汽車轉向泵的高質量裝配要求。
關鍵詞：可編程控製器(PLC) 操作麵板 汽車轉向泵
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(qi)車(che)轉(zhuan)向(xiang)泵(beng)是(shi)一(yi)種(zhong)中(zhong)高(gao)檔(dang)汽(qi)車(che)用(yong)的(de)零(ling)部(bu)件(jian)，它(ta)為(wei)汽(qi)車(che)動(dong)力(li)轉(zhuan)向(xiang)係(xi)統(tong)提(ti)供(gong)一(yi)種(zhong)高(gao)性(xing)能(neng)的(de)動(dong)力(li)源(yuan)，與(yu)發(fa)動(dong)機(ji)轉(zhuan)速(su)相(xiang)配(pei)合(he)可(ke)以(yi)產(chan)生(sheng)卓(zhuo)越(yue)的(de)轉(zhuan)速(su)流(liu)量(liang)特(te)性(xing)從(cong)而(er)使(shi)得(de)駕(jia)駛(shi)舒(shu)適(shi)。由(you)采(cai)埃(ai)孚(fu)轉(zhuan)向(xiang)泵(beng)金(jin)城(cheng)有(you)限(xian)公(gong)司(si)投(tou)資(zi)的(de)轉(zhuan)向(xiang)泵(beng)自(zi)動(dong)裝(zhuang)配(pei)線(xian)項(xiang)目(mu)位(wei)於(yu)南(nan)京(jing)新(xin)港(gang)經(jing)濟(ji)技(ji)術(shu)開(kai)發(fa)區(qu)，主(zhu)要(yao)生(sheng)產(chan)轎(jiao)車(che)和(he)輕(qing)型(xing)商(shang)務(wu)車(che)用(yong)的(de)轉(zhuan)向(xiang)泵(beng)。這(zhe)種(zhong)汽(qi)車(che)部(bu)件(jian)由(you)多(duo)個(ge)零(ling)件(jian)組(zu)成(cheng)，需(xu)要(yao)借(jie)助(zhu)不(bu)同(tong)的(de)設(she)備(bei)，按(an)照(zhao)一(yi)定(ding)的(de)工(gong)序(xu)將(jiang)它(ta)們(men)組(zu)裝(zhuang)起(qi)來(lai)。在(zai)整(zheng)個(ge)過(guo)程(cheng)中(zhong)，需(xu)要(yao)對(dui)裝(zhuang)配(pei)時(shi)的(de)壓(ya)力(li)、位移和時間等參數進行實時監控，以滿足嚴格的工藝要求，保證裝配質量。汽車轉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,以實現不同的裝配功能，其生產流程如圖1所示。
圖1 汽車轉向泵自動裝配線生產流程圖
係統的控製對象包括氣液增力缸式壓機﹑夾具﹑壓力/位移監控儀﹑密封測試儀﹑綜合功能測試儀和智能螺栓擰緊係統等，由於各個工位間相互獨立且有一定距離，因而各采用一台西門子PLC作為控製器，一台SIMODRIVER 611A伺服驅動器及1FT5 伺服電機用於旋鉚工位的分度盤旋轉台控製，另有兩台MicroMaster係列MMV37變頻器用於生產線的物料傳輸係統。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 量 |
工 位 號 |
控 製 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﹑分度盤旋轉台
BOSCH智能螺栓擰緊係統 |
表1 裝配線使用的主要PLC產品
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 生產廠房和裝配線中的一個工位圖。
二、係統要求
現以工位WS1.1為wei例li，介jie紹shao設she備bei的de工gong作zuo過guo程cheng。該gai工gong位wei將jiang滾gun針zhen軸zhou承cheng壓ya入ru端duan蓋gai，當dang按an下xia啟qi動dong按an鈕niu後hou，設she備bei先xian檢jian測ce軸zhou承cheng放fang置zhi的de方fang向xiang，如ru果guo正zheng確que，夾jia具ju自zi動dong鎖suo緊jin，啟qi動dong壓ya裝zhuang過guo程cheng，否fou則ze係xi統tong報bao警jing，壓ya機ji不bu工gong作zuo，同tong時shiOP3操作麵板顯示錯誤信息。壓裝開始後，係統同時啟動CoMo II-S智能測量儀表，對壓力和位移進行監測，若整個過程的壓力/位移曲線滿足工藝要求(位於一定的範圍內)，zezhuangpeihege，lvsezhishidengliang，yajituihui，jiajusongkai，lingjiankezhuanruxiadaogongxu，fouzehongsezhishidengliang，jieguobuhege，xitongfuweihou，lingjianjingquerenhouzhuanrufeipinzhan。
為了能實時檢測壓力和位移，得出兩者間的實時關係曲線，並據此對過程做出評判，係統采用了Kistler的CoMo II-Szhinengceliangyibiao，taneizhidianhehedianyafangdaqi，keyishishicaijiyaliheweiyilianglumonishuruxinhao，zidongxuanzeliangchenghebutongdezuobiaojizuijiakedu，dechuceliangquxian，juyoufazhi、公差帶、方框和終位等多種分析功能，並可根據需要選擇不同的組合對各種過程進行分析和監測，與PLC接口方便。壓力的檢測采用Kistler的壓電式傳感器，經電荷放大器由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，並由CoMo II-S采集到實時值，與壓力一起作為被監控的變量。壓機由氣壓驅動的氣液增力缸實現，其升降由電磁閥控製。
三、控製係統的硬件組成及軟件設計
根據該工位的輸入/輸出信號的點數要求，選用CPU214 PLC作為控製核心，並擴展了一塊EM223數字量模塊，共有22位數字量輸入點，18位數字量輸出點。為了顯示係統狀態和輸入控製參數，選用了一台OP3操作麵板，經PPI通訊接口與CPU214連接。控製係統的硬件組成如圖3所示。
圖3 工位WS1.1 控製係統組成圖
係統中的I/O地址分配如下表所示：
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輸 入 |
輸 出 |
標 誌 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 |
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I0.1 |
自動/手動選擇 |
Q0.1 |
壓機向上 |
M0.1 |
自動模式 |
|
I0.2 |
複位按鈕 |
Q0.2 |
夾具鎖緊 |
M0.2 |
手動模式 |
|
I0.3 |
壓力檢測 |
Q0.3 |
夾具鬆開 |
M0.3 |
定時器4秒延時結束,複位 |
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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,複位所有動作 |
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I0.5 |
複位接近開關 |
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 |
Q0.6 |
空壓機閥門 |
M11.2 |
手動模式,壓機向下 |
|
I0.7 |
夾具鬆磁性開關 |
Q0.7 |
壓力報警 |
M11.3 |
手動模式,夾具鬆開 |
|
I1.0 |
壓機上位開關 |
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 |
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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 |
|
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
控製軟件用STEP7 Micro/Win編寫，OP3由ProTool組態軟件進行配置。控製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的動作，包括壓機、夾具的動作，CoMo II-S的參數選擇及啟動，便於係統調試。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部標誌寄存器位，用於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，提高了係統的可靠性。自動部分的軟件流程如圖4所示。
圖4 控製係統軟件流程圖
四、結束語
汽車轉向泵自動裝配線采用西門子S7係列PLCkongzhi，bujinjianhualexitong，tigaoleshebeidekekaoxing，yedadatigaolechengpinlvhechanpinzhiliang，tongguocaozuomianbanxiugaixitongcanshujiukeyishixianduozhongbutongchanpindezhuangpei，xianchangshebeidegongzuozhuangtaihechanpinxinxidouzaicaozuomianbanshangxianshichulai，fangbianleyonghudecaozuoheweihu。gaizhuangpeixianzi2001年投入運行以來，工作穩定可靠，加工出的產品經專業設備的嚴格測試，質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 | 
