基于可编程控制器的辅助机床控制系统设计.pdf

人 造 料 厶々栏 汽车实瑚技术 At I T0 M 0BI L E A PP LI E D TE CI I N OL O GY 2 0 l - ／ F ． 第5 划 2Ol 2 0．5 基于可编程控制器的辅助机床 统设计 李爽义，高东东，卢文千 大连智云 自动化装备股份有 限公司，辽宁大连1 1 6 0 1 1 摘要 文章对基于可编程控制器的辅助机床控制系统的结构、控制方案进行介绍。对系统的硬 件和软件设计作了阐述。应用不 同的网络协议，通过工控机可对设备 的状态进行监控并将生产过 程 中工件的加工数据进行标识存储 ，实现可追溯化 。 关键词 可编程控制器 ；辅助机床 ；控制系统 ；网络技术 Th e d e s i g n o f c o n t r o l s y s t e m o f a u x i l i a r y ma c h i ne t o o l ba s e d o n PLC LI S h ua n g y i GAO Do n g d o n g LU W e n q i a n Da l i a n Z h i y u n A u t o ma t i o n C o ． L t d ．，Da l i a n L i a o n i n g 1 1 6 0 1 1 1 Abs t r a c t The a r t i c l e i ntro d uc e d t he s t r u c t u r e a n d c o n t r o l p r o g r a m o f t h e a u x i l i a r y ma c h i ne t o o l c o ntro l s y s t e m b a s e d o n t he p r o g r a mma b l e c o n t r o l l e r ． Ha r d wa r e a n d s o ftwa r e d e s i g n o f t h e s y s t e m i s e x p o u nd e d． Ap p l i c a t i o n of d i f f e r e n t n e t wo r k p r o t o c o l ，t h r o u g h the c o n t r o l c o mp u t e r o f e q u i p me n t s t a t e mo n i t o r ing a nd p r o d u c t i o n p r o c e s s o f wo r k p i e c e p r o c e s s i ng ma r k i ng d a t a s t o r a g e，r e a l i z ing tra c e a b i l i t y o f i t ． Ke y W o r ds PLC； a u x i l i a r y ma c hi n e t o o l ； c o nt r o l s ys t e m ； n e t wo r k t e c h no l o g y 前言 1 、机床概况 随着我国经济社会的发展，汽车走进 了越来越 多的家庭 。据相关统计数字表明，我国汽车产销双 双突破千万辆大关，成为世界第一大汽车市场。汽 车销售量的持续强劲 ，促使汽车生产商不断提升产 能，投建新厂。汽车发动机作为汽车的核心部件 ， 其产能的提升，对整车 的产销量提升，起到了决定 性的作用。在此前提下 ，如何提高生产的 自动化程 度，提高发动机的品质 ，成为各汽车生产商急需解 决的问题。本文介绍了作者研制的一种多工位辅助 机床 电气控制系统的组成和工作原理。该机床可提 高生产的 自动化水平，实现产品的可追溯化，有利 于提高产品质量 。 作者简介李爽义，助理工程师， 就职于大连智云 自 动化装 备股份有限公司技术中心， 研究领域为工业 自动化自动控制 方面的设计与研发。 本机床可实现轴承盖安装压装等功能。机床 I l扫 上料工位，螺栓预装 工位，螺栓拧紧工位 ，检测工 位 ，翻转工位 ，涂胶 工位 ，压装工位 ，下料工位， 钢球、水管和堵片上料机构，液压系统等组成。 机床上有 1 1台电动机 上料工位、螺栓预装工 位 、螺栓拧紧工位 、检测工位 、翻转工位 、涂胶工 位 、压装工位、下料工位输送 电机 M1 一 M8 ，翻转工 位翻转电机 M9 ，螺栓拧紧工位伺服 电机 M1 0 ，液 压电机 M1 1 。由于机床工位较 多，在此只介绍核心 工位 中螺栓拧紧和压装工位的气动、液压 阀组。拧 紧工位 的工件 升降气缸和滑 台升 降气缸 由电磁 阀 Yv1 ． YV4控制 ，压装工位 的滑 台升 降油缸、钢球压 装 油 缸 、 水 管 压 装 油 缸 和 堵 片 压 装 油 缸 由 Y V5 一 Y V1 2控制 ，堵片真空吸附由电磁阀 Y Vl 3 ， Y V1 4控制。如表 1 所示。 机床启动前 ，需开启液压系统，所有工位需在 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 2 年第 5期 李爽义等基于可编程控制器的辅助机床控制系统设计 1 0 6 原位 。将机床选为 自动模式后，按下机床启动。下 一 工位在原位 ，不在工作中且无工件时，本工位方 可放料。放料完成后，等待下一个循环 。 表 1 拧紧工位和压装工位输入输出分配 V V 拧紧工位工件 F 降 S Q 1 拧紧工位 j二 件 卜 降I犍拉 V 2 拧紧l 位 l 件一 量 S 0 2 拧 紧 t触工件 } 升 限位 Y V 3 拧紧工俄潜台上 S O 3 拧紧上他滑 台上升戳位 Y V 4 拧 鼹 位谢 台下降 S Q 4 拧紧一位滑 台下降 限位 Y V 5 m装 位滑 台J 升 S Q 5 聪装一位滑 钉． 、i 升 限位 Y V 6 艇装工位滑台下降 S O 6 衢装 他滑台下降般位 Y V 7 钢球 装退嘲 S Q 7 钢 球压装 遐剐限位 Y V 8 钢球 犍伸} } I； S 8 钢 球压姨伸 出l5 6 l 位 Y V 9 堵片疆装遐 『丌] S Q 9 堵 片艇装遐同 位 V V l 0 堵 j 矗婕{ 巾出 S 1 O 堵片 装伸 出 位 Y V n 水管 犍邋刚 S Q I l 水佟 压旋 j 堪刚 位 Y V t 2 水管 装伸出 S Q 1 2 水 管鹾装 伸出限饨 Y V l 3 堵 片吸附姨气 Q 1 3 堵 吸 台格信 号 Y V l 4 堵片吸5 f } 吸气 S Q I 4 钢球誊 辱 道宵料 S Q 1 5 水祷料邋肯利 S Q 1 6 堵片斟道 霄料 S 0 l 7 拧紧工位有料 S Q 1 8 裟 1 位订料 S B 1 机床寤动 S B 2 机床停 S B 3 手动模式 S B 4 自动模式 2 、系统组成 机床控制采用 S i e me n s 公司的 S 7 3 0 0系列可编 程控制器，配有数字量模块、模拟量模块 ，以及用 于 R S ． 2 3 2通信的 C P 3 4 0模块。以可编程控制器为 下位机，一体式工控机为上位机，通过工业 以太网 实现上下位机之间的通信。通过 P R OF I B US现场总 线与 E T 2 0 0分布式 I ／ O、伺服控制器 ，拧紧轴控制 系统等其他外设实现通讯。具有运行可靠，扩充性 强等特 点。通过 RS 2 3 2通信协议实现与二维码扫描 枪的信息交互 。生产过程中的工件品种，加工时问， 拧紧值 ， 压力值等信息通过 UDP通信协议 ，由 P L C 发送到工控机 ，工控机 中由基于 VB平 台的数据接 收存储专用软件 实现存储 。预留与生产车 间总控制 室的 O P C通讯端 口。 详细结构如图 1 所示。 图 1 系统 网络结构 图 输送 电机 M1 一 M4由接触器 K M 1 。 l 4控制。 翻 转工位输送电机 M5由接触器 KM5控制其正传， K M6 控制 其 反转 ；输 送 电机 M6 ． M8 由接 触器 K M7 一 K M9控制；翻转 电机 M9由接触器 K M1 0控 制其正传 ，K M1 1 控制其反转 ；液压 电机 M1 1由接 触器 KM1 2 、 K M 1 3 和 KM1 4 控制。 电磁 阀Yv5 一 YV1 2 之前各增加一个 2 4 V的直流继 电器 ，用该继电器 的 触点驱动负载，线 圈则与 P L C的输 出点相连。 3 、控 制程序 机床设有手动／ 自动两种工作方式， 程序分为主程 序、执行器程序、伺服程序、拧紧轴程序和各工位 自 动程序。各模块程序分别编写，功能明确，思路清晰， 方便修改调试 。手动控制程序用于实现机床的点动控 制， 由安装在操作站上一体式工控机中的 H MI 操作画 面和其面板上的其他按钮共同实现控制。 在 “自动”工作方式下，各程序模块为顺序循 环控制，采用步进顺序指令对其编程 。拧紧工位工 件有料 S Q1 7导通后，拧紧工位工件上升 YV2和拧 紧工位滑 台下降 YV4得 电；到达限位 S Q 2 、S Q4 后 ，拧紧轴开始启动 当到达指定扭矩值后 ，拧紧 工位滑 台上升 YV3得 电，到达限位 S O3后伺服 电 机行走到下一位置，拧紧工位滑台下降 YV 4得 电， 下降到位后拧紧轴再次启动 。重复此过程 ，直至所 有螺栓拧紧完成，所有执行器返回原位。 3 ． 1伺服系统控制设计 伺服系统选购 S E W 品牌 ，采用绝对值编码器 ， 有点动、寻参、 自动等控制模式 。将设定好的位置 值赋值给相应的位置控制字 ，通过发送位置选择指 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 0 7 汽车实用技术 2 0 1 2年第 5期 令启动伺服电机到达指定位置。伺服控制器上附带 L E D显示屏、扩展按键板 ，调试端 口为标准 R S 4 8 5 端 口。 3 ． 2拧紧系统控制设计 拧紧系统采用 BO S C H 拧紧系统。拧紧轴控制 器与 P L C 的交互地址分配如下图所示共有 6 O字节 的输入点、1 4 2字节的输出点 输入输出均对拧紧轴 控制器而言 具体地址定义根据实际要求编制。 接 口糍 擒 琏 鼻 一 黛麟磷萄 霜 蟹 擎 _ ≥ ≥ 薹l_ I p I 耐 t b p羲 尊设 鼍 宴 ■ ； ● 纛 。 辅出赢溉■ 潍 攘 姨 獭I 赫 矗E 基 I n 确 搬 据 j l 投 I m 蜥数蕾 瑚 ，- 翻t 眢 计 t 赢 I 叠 I 挺 懈 出 点 海 ， 2 0 2 藏 煮 嘶 单 啤 ； s O 堆 0 o 葶 带 ． ． ． ．j举 ∞ 串帮 。 赫赫 嗍 翻 ■ 0 耩I 赫 蝻 ≤ 图 3 拧紧轴控制器与 P L C的交互地址分配 拧紧程序根据客户的具体要求编制，实现 自动／ 手动拧紧拧松。将拧紧系统的调试软件 安装在工控 机 中，可监控拧紧系统 的当前状态，查看拧紧曲线 、 拧紧结果等。拧紧工位 的拧紧数据 、拧紧角度等数 据 ，通过 P L C应用 U DP通讯协议发送到工控机 中 进行存储 。 4 、工控机与数据存储 工控机与现场的 P L C之间处于实时的交互通信 状 态 ，采用 以太 网通 讯 ，如有需要 ，可加装采用 RS 2 3 2通讯协议的线缆。工控机中装有 VB编制的 数据接收存储软件 ，可将受到的数据按照时问，流 水号的不 同分别存储，也可采用工件上的二维码中 信息为序号，将工件的相关信息存储 。存储后的数 据 以 MD B 格式文件存到指定位置，可用 OF F I C E 软件打开查看 。 5 、结束语 将可编程控 制器与工控机 结合可 实现优势互 补 ，提高机床 的自动化水平 。而网络化技术 的采用， 可对生产过程 中的数据进行采集存储 ，实现数理化 分析 ；对工件进行跟踪识别，实现产 品可追溯化 ， 为确保产 品质量提供有效保障。在我国汽车产业蓬 勃发展的背景下，必将得到更好地发展和应用。 参考文件 [ 1 ]S i e me n s A G L a d d e r L o g i c L A Df o r S 7 3 0 0 a n d S 7 4 0 0 P r o g r a mmi n g Re f e r e n c e Ma n u a l ， 2 0 0 6 [ 2 ] S i e me n s A G． P r o gra mmi n g w i t h S T E P 7 Ma n u a l ， 2 0 0 6 [ 3 】廖常初． S 7 3 0 0 ／ 4 0 0 P L C应用技术．北京机械工业出版 社 ，2 0 0 8 [ 4 ]李善茂 ，杜大鹏，刘国宏． V i s u a l B a s i c 6 ． 0高级编程技 巧．北京电子工业出版社，1 9 9 9 [ 5 ]阳宪惠． 工业数据通信与控制网络 [ 『 v f ] ． 北京 清华火学出 版社，2 0 0 3 [ 6 】张传芹，盛昭瀚等．基于 OP C技术的生产管理信息集成 方法。计算机工程，2 0 0 2 ， 3 中国汽车产能将突破 7 0 0 0 万辆 含待批项 目 文章来源于北京晨报 近 日有消息称 ，斯 巴鲁汽车与奇瑞汽车合资方案，没有得到中国政府审批 ，斯巴鲁准备将重心转移到 美国市场 。 由于丰 田汽车拥有斯 巴鲁 1 6 ． 4 8 ％股份，故实际相当于丰田在华将有三家合资生产厂，因此不符合 中国 政府的相关规定，从而被发改委拒绝。目前包括吉利与 V O L V O、奇瑞与捷豹路虎、江淮与纳威斯达的合 资项 目，在送达国家有关部 门审批后 ，都处于等待之中。据 了解 ，中国政府手中现有的审批项 目，如果全 部获批 ，中国的汽车产能将突破 7 0 0 0万辆 ，而中国的汽车市场短期 内远远达不到这一高度。 兰 一 誉 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m