邊板柔性焊裝夾具系統(tǒng)電氣控制設(shè)計(jì)

文元雄 崔樂 徐龍艷

摘? 要：本課題來源于東風(fēng)汽車股份有限公司某車廂分公司兩個(gè)車型共計(jì)44個(gè)品種的邊板焊接的柔性化生產(chǎn)。本論文闡述了柔性具控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)是利用S7-200PLC 作為主站，用TP178觸摸屏監(jiān)控，EM253定位模塊發(fā)出脈沖信號(hào)控制V80伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)金霸、小霸王兩個(gè)車型不同品種、伺服軸位置、數(shù)量的設(shè)定。經(jīng)過現(xiàn)場測試表明，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，滿足了設(shè)計(jì)要求，提高了車間生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：伺服驅(qū)動(dòng)器、觸摸屏、焊裝夾具、S7-200PLC

1引言

在東風(fēng)汽車股份有限公司某車廂分公司的焊裝夾具項(xiàng)目中，因焊接品種多達(dá)近五十種，車廂邊板的長度、寬度各不相同，為了達(dá)到客戶的生產(chǎn)要求，適應(yīng)汽車結(jié)構(gòu)焊接的柔性化生產(chǎn)，使用PLC控制可以所有品種均能在同一臺(tái)夾具上完成焊接，設(shè)計(jì)了本文的方案。PLC使用S7-200PLC。

2硬件設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

本文中主控單元是有24/16點(diǎn)I/O的S7-200 CPU 226控制，但設(shè)計(jì)需要48/32點(diǎn)I/O 于是通過EM221和EM223擴(kuò)展后增加到對(duì)應(yīng)點(diǎn)數(shù)，兩個(gè)RS485接口，一個(gè)用于和電腦連在一起，另一個(gè)和TP178觸摸屏進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，觸摸屏可以對(duì)現(xiàn)場監(jiān)控及調(diào)試起很大作用。設(shè)計(jì)方案定位模塊在定位控制中，V80伺服電機(jī)通過接受EM253產(chǎn)生的高頻脈沖波動(dòng)來對(duì)電機(jī)的位置及速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。因?yàn)樽笥腋饔幸粋€(gè)定位模塊EM253，所以對(duì)應(yīng)的伺服驅(qū)動(dòng)和托盤也有兩個(gè)。系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖2.1所示：

2.2焊裝夾具結(jié)構(gòu)

設(shè)計(jì)了如圖2.2所示的焊裝夾具，這樣就可以只用1套焊接夾具系統(tǒng)完成全部的車型品種的焊裝。每進(jìn)行一次循環(huán)，焊裝的品種的個(gè)數(shù)就-1，一直減到0時(shí)，本品種完成焊裝，開始下一個(gè)品種。由使用者在觸摸屏中選取需焊裝的邊板品種編號(hào)和個(gè)數(shù)以及焊裝的次序，再在操作盒完成伺服驅(qū)動(dòng)器所帶動(dòng)托盤的調(diào)節(jié)和氣缸的松開和關(guān)閉。本結(jié)構(gòu)有對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，兩邊都一個(gè)托盤，托盤的移動(dòng)是V80電機(jī)經(jīng)過滾珠絲杠和減速箱控制的，固定邊板用的氣動(dòng)部分固定在托盤上，當(dāng)托盤位移量不一樣時(shí)，焊接的品種也不一樣。

2.3電氣控制

電氣原理圖是電氣設(shè)計(jì)中必不可少的一部分，涉及輸入輸出及執(zhí)行等多方面。本課題中設(shè)計(jì)的電氣原理圖有電源、上電檢查電路、運(yùn)行繼電器控制回路、氣閥負(fù)載安全供電回路、1#EM253定位模塊及驅(qū)動(dòng)器回路、2#EM253定位模塊及驅(qū)動(dòng)器回路、PLC系統(tǒng)配置、CPU EM221擴(kuò)展模塊（16DI）輸入I0.0-I2.7、EM223輸入I3.0-I6.7、EM221輸入I7.0-I8.7、EM223輸出Q0.0-Q1.7、EM223輸出Q4.0-Q7.7、雙通道端子轉(zhuǎn)換模塊、完成循環(huán)動(dòng)作邏輯。

定位模塊EM253，用于S7-200 PLC定位控制系統(tǒng)中。通過產(chǎn)生高速脈沖來實(shí)現(xiàn)對(duì)單軸步進(jìn)電機(jī)的開環(huán)速度、位置控制。通過S7-200 PLC的擴(kuò)展接口，實(shí)現(xiàn)與CPU間的通訊控制。

S7-200 CPU附加定位模塊EM253個(gè)數(shù)，取決于CPU的電源帶載能力。CPU221不能附加;CPU222可以附加1個(gè);CPU224/224XP可以附加3個(gè)，CPU226可以附加5個(gè)，EM253與V80模塊的接線如圖2.3所示。

電氣設(shè)備所控制結(jié)合車間環(huán)境情況及加工元件的形狀大小及夾具的布置，我們把夾具系統(tǒng)元件分布如圖2.4，一共有5組氣缸：VA、VB、VC、VD和VE共計(jì)五組。

3 軟件設(shè)計(jì)及調(diào)試

生產(chǎn)線完成設(shè)計(jì)以后，就是設(shè)備部件進(jìn)行加工制造，和設(shè)備安裝調(diào)試的工作。

1，氣控制柜完成接線任務(wù)后，進(jìn)行檢查。包括：①元件安裝是否正確;②線路的連接是否正確;③導(dǎo)線的使用是否正確;④元件及線路布置是否合理;⑤線路連接是否可靠等。

2，控制系統(tǒng)現(xiàn)場調(diào)試線路檢查無誤后，通電進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試工作，對(duì)全部運(yùn)動(dòng)部分進(jìn)行手動(dòng)單步操作，找出錯(cuò)誤并處理錯(cuò)誤。

3，單步操作無錯(cuò)誤時(shí)，對(duì)全部執(zhí)行運(yùn)動(dòng)夾具執(zhí)行自動(dòng)操作，這個(gè)時(shí)候夾具生產(chǎn)線的整體運(yùn)動(dòng)。找出錯(cuò)誤并處理錯(cuò)誤。

4，調(diào)試的過程中會(huì)發(fā)現(xiàn)很多問題，如工藝流程的錯(cuò)誤、程序代碼的不當(dāng)、生產(chǎn)規(guī)范不合標(biāo)準(zhǔn)等，應(yīng)快速改正。

5，調(diào)試最后進(jìn)行試生產(chǎn)運(yùn)行，注意安全。

4總結(jié)

在整個(gè)系統(tǒng)現(xiàn)場調(diào)試后，總體的運(yùn)行情況良好，故障報(bào)警清晰。系統(tǒng)硬件是以西門子S7-200可編程控制器作為主站，利用RS485總線協(xié)議，通過PLC與TP178之間的雙向數(shù)據(jù)通訊，實(shí)現(xiàn)了工件品種、數(shù)量、位置的設(shè)定及設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。這個(gè)方案降低了設(shè)備的成本，操作也非常簡單，操作者能很快掌握，實(shí)現(xiàn)了柔性化生產(chǎn)，并且顯著得提高了生產(chǎn)效率。同時(shí)，利用V80伺服系統(tǒng)解決了夾具定位的位置不同這個(gè)困阻實(shí)現(xiàn)焊接品種的多樣性。

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作者簡介：

文元雄，1963年，男，漢，籍貫：湖北省荊州松滋市，研究生，職稱：高級(jí)工程師，研究方向：工業(yè)電氣控制。