基于PLC的发动机主轴承盖螺栓拧紧机的设计.docVIP

精品论文 参考文献 基于PLC的发动机主轴承盖螺栓拧紧机的设计 （上海海事大学） 摘要：拧紧机是汽车发动机装配生产中一个十分重要的环节，它的自动化程度影响到发动机的生产质量和生产效率。本文中系统采用Profibus—DP现场总线通讯方式，实现了控制系统和CPU以及远程I/O站点ET200S、ET200eco之间的通讯。实现对拧紧系统的精确控制、信息监视与共享以及存储等功能，具有较高的实时性和可靠性。 关键字：拧紧机；现场总线；远程I/O站点 1 拧紧机系统构成 该工位采用的拧紧机为四轴拧紧机，整个系统包含三个部分：西门子PLC 控制器、拧紧驱动器、伺服控制器。该设备主要针对汽车发动机缸盖的主轴承盖螺栓拧紧，主轴承的主要作用是支撑发动机的曲轴。基于客户生产加工时间的需求考虑，厂家采用四轴联动拧紧机进行拧紧。同时采用西门子S120伺服电机和MM420变频器作为拧紧机的驱动设备，使拧紧工艺更加快速而且准确。 2 机床拧紧机拧紧程序的控制流程 拧紧设备分为悬挂式和机床结构式，可根据用户螺母(栓)装配数量及工件来确定电动拧紧轴的数量和拧紧机是否采用立式、卧式、倾斜式、悬挂式的拧紧方法。在本设计中，采用的是悬挂式、4轴联动的COOPER拧紧机。该拧紧机一次可同时拧紧4个螺栓，只需4次即可完成整个主轴承盖的拧紧。主轴承盖的螺栓一共有16个，将16个螺栓分为4组， 2、6、10、14号螺栓为第一组，3、7、11、15号螺栓为第二组，4、8、12、16号螺栓为第三组，1、5、9、13号螺栓为第四组，四轴电动拧紧机将按组别依次完成拧紧。 当系统开始运行后，系统首先判断有无工件在位并将其夹紧，当工件夹紧后，拧紧枪开始动作，按组别依次将螺栓都拧紧好，当所有螺栓都拧紧完成后，拧紧枪上升并移回原点位置，夹手松开解脱工件，让已经完成拧紧工作的工件离开并等待下一工件的到来。拧紧枪具体动作如下：当确定工件夹紧后，然后判断拧紧枪是否在原点位置（原点位置即为1号拧紧位置），若不在原点位置，要先将拧紧枪移到原点位置，再将其下降到拧紧位置，拧紧枪得到PLC的指令后开始拧紧。当1号位置拧紧结束后，拧紧枪上升，PLC发送指令到S120，使其驱动电机，将拧紧枪移动到2号拧紧位置，拧紧枪下降并开始拧紧，拧紧结束后上升。3号和4号位置拧紧方式类似，当4号拧紧完成后，拧紧枪上升，S120驱动电机，将拧紧枪移回原点位置，一个工件的整个拧紧工作完成。 3 基于 PLC 的拧紧系统实现方案 发动机缸盖的主轴承螺栓拧紧机是一个完全自动的拧紧机，整个拧紧过程从工件到位至离开加工工位不需要人工操作。自动拧紧过程由西门子PLC进行控制，CPU通过Profibus—DP总线与SIMATIC TP1200触摸屏通讯，操作人员可以根据需要自行选择手自动运行方式在触摸屏上进行操作。 3.1 系统组成 整个拧紧系统主要由三个部分组成：控制器部分（PLC）、执行机构（Mpro400s拧紧枪）、监控部分（HMI），如图4所示。PLC作为主控制器，通过I/O 模块采集数据信号，通过对拧紧枪发出指令，完成拧紧动作；TP1200触摸屏作为人机界面，主要作用是：过程可视化 、操作人员对过程监控 、报警显示 、归档过程值和报警、过程值与报警记录、设备以及过程参数管理。 3.2 硬件配置 （1）控制器由SIMATIC ET200S的接口模IM151-8FPN/DP 系列PLC构成，同时选用西门子公司的SINAMICS S120伺服驱动器，采用二者相结合的方式可以实现对拧紧枪进行精确、快速控制。 （2）监控部分的触摸屏选择SIMATIC TP1200型号，通过PC机上的TIA Portal V13软件进行HMI的画面组态，将组太好的画面通过以太网下载到TP1200触摸屏中 控制系统的硬件组态在step7 V5.5中完成，step7是一种用于对SIMATIC可编程逻辑控制器进行组态和编程的标准软件包，它是SIMATIC工业软件的一部分，用于整个项目流程的设计。其中，主站的地址设置为2；从站中S120伺服驱动器的地址设置为21，FESTO驱动器的地址设置为40，射频发生器的地址设置为5。组态和参数设置完成后通过以太网通讯协议将程序从PC机下载到西门子PLC中。 3.3 控制部分软件组成 控制系统的软件分为3 部分： 采用STEP7 V5.5软件对控制器西门子PLC进行模块化编程，主要采用LAD语言进行编程。上位机触摸屏TP1200人机交互界面采用TIA Po