IFM傳感器在WG售后變速箱改造中的應(yīng)用

藍(lán)偉銘，張敏堅(jiān)

（1.柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，廣西 柳州 545005；2.柳州采埃孚機(jī)械有限公司，廣西 柳州 545000）

工程機(jī)械裝備中最具競(jìng)爭(zhēng)力的裝載機(jī)，一直是工程機(jī)械裝備發(fā)展的重要引領(lǐng)，裝載機(jī)變速箱以高精度的數(shù)控機(jī)床進(jìn)行打造，裝配技術(shù)是質(zhì)量的保證，對(duì)工程機(jī)械的變速箱質(zhì)量檢測(cè)則非常重要，變速箱是否合格判斷指標(biāo)來(lái)源于檢測(cè)設(shè)備，工業(yè)中的質(zhì)量檢測(cè)專用設(shè)備有著極其重要的地位。為了保證能夠如實(shí)反映設(shè)備的真實(shí)質(zhì)量，為后續(xù)的改進(jìn)和質(zhì)量分析提供第一手的一線數(shù)據(jù)尤為重要。

1 生產(chǎn)企業(yè)對(duì)變速箱的檢測(cè)要求

某工程車變速箱自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的改造，在目前針對(duì)變速箱的全方位檢測(cè)需要購(gòu)買市場(chǎng)上進(jìn)口價(jià)格昂貴的檢測(cè)設(shè)備，但是，由于價(jià)格高配件維護(hù)費(fèi)用高的原因，購(gòu)買一套用于進(jìn)行變速箱性能檢測(cè)的型號(hào)設(shè)備價(jià)格高昂，企業(yè)在生產(chǎn)線上目前也就購(gòu)置了一臺(tái)作為檢測(cè)使用，而在變速箱售后時(shí)需要對(duì)其在實(shí)際使用后發(fā)生故障的變速箱，則無(wú)法再占用線上的檢測(cè)裝備來(lái)進(jìn)行檢測(cè)質(zhì)量。所以，在原有備用變速箱的售后自動(dòng)檢測(cè)臺(tái)基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，可以專門針對(duì)售后變速箱進(jìn)行檢測(cè)，掌握變速箱第一手實(shí)際使用的檢測(cè)數(shù)據(jù)，價(jià)格又相對(duì)經(jīng)濟(jì)，對(duì)質(zhì)量檢測(cè)有非常大的現(xiàn)實(shí)意義。車輛變速箱目前大部分采用自動(dòng)方式檢測(cè)、局部檢測(cè)等，每年的汽車零部件需求量非常大，而質(zhì)量檢測(cè)效率較低且質(zhì)量相對(duì)不穩(wěn)定，零部件不合格率相對(duì)較高，導(dǎo)致售后故障增加。本項(xiàng)目以自動(dòng)化智能傳感器檢測(cè)控制方式實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)過(guò)程，零部件質(zhì)量將得到第一手?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整，從售后檢測(cè)向售前檢測(cè)平移，生產(chǎn)效率提高，在提高零部件質(zhì)量和安全方面提供數(shù)據(jù)等技術(shù)支持。

2 售后變速箱改造要求及選型

售后變速箱原有的壓力采用傳統(tǒng)的機(jī)械式壓力表顯示，壓力檢測(cè)精度不高，無(wú)法進(jìn)行信號(hào)數(shù)字采集，包括溫度信號(hào)檢測(cè)也未能達(dá)到高精度檢測(cè)，檢測(cè)臺(tái)上也未裝設(shè)扭矩測(cè)試裝置即不具備扭矩測(cè)試功能。改造售后變速箱測(cè)試臺(tái)主要目的是對(duì)原有的傳感器進(jìn)行升級(jí)和更換，且在原有基礎(chǔ)上完善連接方式，采用現(xiàn)場(chǎng)級(jí)別的通信方式實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)傳感器的信號(hào)讀取，數(shù)據(jù)更為真實(shí)可靠。信號(hào)檢測(cè)元件優(yōu)先采用進(jìn)口器件(優(yōu)選與裝配線實(shí)驗(yàn)臺(tái)通用型號(hào))，保障測(cè)試精度和穩(wěn)定。對(duì)設(shè)備的計(jì)劃及改造方案，選取易福門的數(shù)字化傳感器、分布式模塊及系統(tǒng)解決方案。系統(tǒng)改造拓?fù)鋱D，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)改造拓?fù)鋱D

為了能夠達(dá)到改造檢測(cè)臺(tái)的設(shè)計(jì)功能，有針對(duì)性地進(jìn)行了檢測(cè)臺(tái)關(guān)鍵監(jiān)測(cè)點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集，如壓力信號(hào)、流量信號(hào)、溫度信號(hào)、扭矩信號(hào)等傳感器的選型。傳感器選型表，如表1所示。

表1 傳感器選型列表

2.1 通信方式選取

IO-Link技術(shù)是一種將傳統(tǒng)和智能傳感器和執(zhí)行器集成在自動(dòng)化系統(tǒng)中的低成本通信接口技術(shù)，是全球首個(gè)用于與傳感器和執(zhí)行器通信的標(biāo)準(zhǔn)化I/O技術(shù)（IEC 61131-9），也是智能傳感器的第一個(gè)開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)。旨在簡(jiǎn)化工廠車間的智能傳感器和智能設(shè)備連接，是一種獨(dú)立于現(xiàn)場(chǎng)總線的通信接口，大大簡(jiǎn)化了設(shè)備的連接和集成。從測(cè)量元件中輸出的模擬量信號(hào)被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，IO-Link只需做一次轉(zhuǎn)換。避免轉(zhuǎn)換過(guò)程的精度損失。IO-Link主站產(chǎn)品AL11系列，具有4Port/8Port口AL1100/1102的Profinet通信功能。AL1102是一款帶Profinet接口的IO-Link主機(jī)，用于現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的I/O模塊，工作電壓DC 20-30V。選擇IO-Link配件，如表2所示。

表2 IO-link配件表

2.2 控制器選型

根據(jù)改造系統(tǒng)的需求，結(jié)合目前主流PLC的應(yīng)用情況，并根據(jù)企業(yè)項(xiàng)目指定需求，采用德國(guó)西門子的S7-1200 PLC作為項(xiàng)目控制器，添加1塊數(shù)字I/O模塊和2塊模擬量模塊。使用博圖TIA16進(jìn)行項(xiàng)目組態(tài)及編程。如表3所示。

表3 變速箱測(cè)試改造PLC系統(tǒng)配置表

3 IO-Link軟件設(shè)置

IFM的IO-Link通過(guò)鏈接LR DEVICE軟件，該軟件可對(duì)所有帶IO-Link接口的傳感器和執(zhí)行器以及IFM IO-Link主站的過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的參數(shù)設(shè)置和顯示。IFM使用LR DEVICE軟件進(jìn)行設(shè)置，通過(guò)IP IO-Link主站在線設(shè)定參數(shù)，IO-Link 設(shè)備通過(guò)IP搜索IO-Link主站連接至PC，已連接傳感器的參數(shù)即加載至軟件。在此處可以適配網(wǎng)絡(luò)和共享中心的 PC 網(wǎng)絡(luò)地址。LR DEVICE 偵測(cè)的IO-Link主站地址和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)地址在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)才能被修改。單擊IO-Link主站可以設(shè)置IO-Link主站的參數(shù)為隨機(jī)顯示。設(shè)定網(wǎng)絡(luò)IP地址、Application Tag和其他參數(shù)，[Devices]顯示IOLink主站的已用端口。單擊[P1]顯示端口1上的設(shè)備。此時(shí)會(huì)打開(kāi)已連接IO-Link設(shè)備的參數(shù)。預(yù)設(shè)將開(kāi)啟設(shè)定[全部]，全部參數(shù)均會(huì)顯示，并可進(jìn)行編輯。就參數(shù)的針對(duì)性輸入而言，請(qǐng)選擇所需的類別，然后對(duì)參數(shù)進(jìn)行編輯。在控制臺(tái)處可提供以下選項(xiàng)：顯示儀器：測(cè)量值和開(kāi)關(guān)狀態(tài)以各自現(xiàn)狀以顯示儀器的形式顯示。單擊[Cockpit]，控制臺(tái)將顯示當(dāng)前測(cè)量值和輸出反應(yīng)。

4 PLC組態(tài)IO-LINK設(shè)備

現(xiàn)場(chǎng)安裝AL1102 IO-LINK模塊，更換掉原有的傳感器，將所需傳感器接入模塊接口。本項(xiàng)目由于有多個(gè)傳感器需要通過(guò)AL1102型號(hào)的IO-LINK遠(yuǎn)程I/0模塊進(jìn)行連接，總共需要兩個(gè)IO-LINK模塊。在TIA博圖軟件中組態(tài)AL1102，打開(kāi)博途軟件新建項(xiàng)目，選擇組態(tài)CPU1215C，在“網(wǎng)絡(luò)視圖”里添加AL1102，并連接到PLC。添加AL1102用于導(dǎo)入的GSD文件，在博途軟件中點(diǎn)擊“Options”-“Manage general station description files（GSD）”，在彈出的窗口里選擇GSD文件放置路徑，再點(diǎn)擊“INSTALL”，等待安裝完畢后退出該窗口。然后連接硬件設(shè)備。在博途軟件里“NETWORK VIEW”界面雙擊AL1102模塊，在“DEVICE VIEW”里依次拖進(jìn)一個(gè)8 Ports和對(duì)應(yīng)端口的4 byte輸入。拖入的輸入會(huì)自動(dòng)分配I區(qū)地址。用易福門的專用軟件LR DEVICE來(lái)進(jìn)行設(shè)置，項(xiàng)目中將第一塊IFM 的遠(yuǎn)程I/O模塊AL1102設(shè)置為192.168.0.20，第二塊AL1102模塊的IP地址設(shè)置為192.168.0.21。

5 PLC編程及調(diào)試

傳感器的信號(hào)處理以離合器倒擋壓力為例，經(jīng)過(guò)IO-LINK可直接將壓力傳感器的信號(hào)通過(guò)AL1102-1模塊輸入通道X1進(jìn)入PLC，使用“轉(zhuǎn)換值”指令將讀取參數(shù)IN 的內(nèi)容，并根據(jù)指令框中選擇的數(shù)據(jù)類型對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換值將在OUT輸出處輸出。通過(guò)CONV指令把變量ClutchRev_1對(duì)應(yīng)地址IW68信號(hào)進(jìn)入的16位整數(shù)轉(zhuǎn)換成32位整數(shù)，存放在MD68中。將該值除以100為轉(zhuǎn)換后的實(shí)際壓力值BAR實(shí)數(shù)型輸出MD1068，得到實(shí)際的工程值。如圖2所示。

圖2 部分參考程序

6 調(diào)試效果

本項(xiàng)目使用到的都是德國(guó)原裝的傳感器，對(duì)變速箱在測(cè)試中的各個(gè)環(huán)節(jié)都進(jìn)行了替代升級(jí)，檢測(cè)精度比原有的傳感器精度均有質(zhì)的提升，大大提高了檢測(cè)的質(zhì)量。傳感器大部分都能夠直接通過(guò)自帶的變送器實(shí)現(xiàn)模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，比起傳統(tǒng)的用PLC自帶的模擬量模塊或者遠(yuǎn)程I/O模擬量模塊再進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換進(jìn)行轉(zhuǎn)換要便捷。設(shè)備改造過(guò)程中省去了原有過(guò)多的常規(guī)接線，使用了IO-LINK的信號(hào)采集通信方式，將原有大部分的傳感器集中進(jìn)行信號(hào)采集，通過(guò)IO-LINK遠(yuǎn)程模塊與主控PLC進(jìn)行PRIFINET連接，極大提高了使用效率。通過(guò)在西門子1200PLC對(duì)IFM IO-LINK遠(yuǎn)程模塊GSD的導(dǎo)入并進(jìn)行組態(tài)。方便地與IFM設(shè)備進(jìn)行連接，信號(hào)地址分配自動(dòng)完成，編程時(shí)直接對(duì)地址數(shù)據(jù)進(jìn)行處理即可。

7 結(jié)語(yǔ)

本課題項(xiàng)目主要完成工程車變速箱自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的研制，應(yīng)用前景非常廣闊，目前工程機(jī)械大中型企業(yè)全自動(dòng)化檢測(cè)設(shè)備，由于價(jià)格高維護(hù)費(fèi)用高的原因，經(jīng)過(guò)改造升級(jí)一臺(tái)備用的自動(dòng)檢測(cè)臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)售后變速箱的檢測(cè)，掌握變速箱一手使用檢測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)質(zhì)量反饋有很大的好處。原有變速箱大部分采用半自動(dòng)方式進(jìn)行檢測(cè)質(zhì)量不穩(wěn)定，本項(xiàng)目以自動(dòng)化智能傳感器檢測(cè)控制方式取代現(xiàn)有的手工檢測(cè)方式，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)過(guò)程，零部件質(zhì)量問(wèn)題及時(shí)發(fā)現(xiàn)及追溯效果將極大提高，生產(chǎn)效率提高，在提高車輛零部件質(zhì)量和安全方面提供技術(shù)支持。變速箱質(zhì)量的穩(wěn)定，保證了產(chǎn)品合格率，生產(chǎn)工藝節(jié)拍上縮短加工周期，性價(jià)比較高，既保證了產(chǎn)能，又保證了質(zhì)量的穩(wěn)定性，潛在的經(jīng)濟(jì)效益十分明顯，可以在多種零部件中，尤其是變速箱上進(jìn)行技術(shù)推廣。