基于PLC的轴承压装机测控系统设计.pdf

l 注 訇 似 基于P L C 的轴承压装机测控系统设计 Th e d esi gn o f cont r ol s ys t em f or pus h m oun t i n g m achi ne bas ed on PLC 但斌斌’ ，吴岳敏 ，常治斌 ，龚青山 DAN B i n b i n。 ， W U Yu e mi n。 一 ， CHANG Zh i b i n ， GONG Qi n g s h a n 1 ． 武汉科技大学 机械自动化学院，武汉 4 3 0 0 8 1 ；2 ． 湖北汽车工业学院 机械工程系，十堰 4 4 2 0 0 2 摘要针对目前变速箱轴承人工手动装配存在的诸多问题 ，研制了轴承压装机 ，文中主要阐述了以 三菱P L O 为轴承压装机控制核心的控制系统设计 ，结合西门子触摸屏技术实现压装时的实时 位移、压力等参数显示 ，以及压装过程中关键参量特性曲线的在线显示和实时监控。 关键词轴承压装机 ；测控系统 ；三菱P L C；自动报警 中图分类号T P3 1 1 文献标识码A 文章编号1 0 0 9 -0 1 3 4 2 0 1 2 4 下 一 0 1 1 9 - 0 3 Do i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ J ． i s s n ． 1 0 0 9 0 1 3 4 ． 2 0 1 2 ． 4 下 ． 3 5 0 引言 目前变速箱的轴承压装普遍采用 的是手动敲 打的方式 ，通过 肉眼观察和人工检 测安装是否合 格 ，由此造 成轴承 装配质量参 差不齐，工人劳动 强度 大，最 后造成 装配废 品率较高 的不 良后果。 本设计就是通过 自动测量和控制 系统和来 完成压 装过程 的在线测量和监控 ，从而保证压装的质量。 测控系统主要包括硬件系统、气压 系统和软件 系 统 ，通过 三者 的 结合 实现 系统功 能 。 1 压装机的工作原理 整个系统主要由机身，送料小车 ，工作气缸 ， 控制 系统 和其 它辅助 系统 构成，结构 原理如 图 1 所示。系统工作时 ，在 A工位 原位 将待压装 零件安放在装有定位装置的滑动小车上 ，安放 完 毕后 ，由 2 气缸推动滑动小车向前运动 ，同时 3 气缸 上升至和轨道水平，当滑动小车运行到升降 台上 B工位 定位工位 ，3 群气缸带动升 降台下 降，同时 ，通过设置在滑动小车上的两个定位孔 和设置在机身上的锥形销配合完成升降台的定位 ； 提 前在 压头上 安装待压 装轴套 ，当定位 完成 后 ， 1 气缸开始工作 ，推动压头对零件进行压装。压 装完成后 ，压头缩回，升降 台上升至和轨道水平， 此时 2 气缸拉动滑动小车运行之 A工位 原位 。 2 硬件设计 2 ． 1 P L C 硬 件系统 该压 装机控 制 系统采用三菱 P L C，气压控制 系统 ，传感器检测技 术，通信技术 ，触摸屏输入 输 出技 术等组成。位移传感器和压力传感器采集 1 ． 送料气缸 2 ；2 ． 送料小车 ；3 ． 导轨 ；4 ． 举升气缸 3 ； 6 ． 压头 ；7 ． 压装气缸 1 图 1 压装机结构原理 图 的实时位置和压力信息 ，同时，通过 I ／ O 口，直接 读入相关开关量的实时状态 ，通过触摸屏读入设 置 的相关参数 ，并对数据进行处理 ，同时输 出控 制信号控制 电磁 阀和相关指示灯工作 ，并将数据 送触摸屏显示，也可以通过通信模块和外部通信 ， 以适应流水线作业与集中监控。 设计过程 中考 虑到压 装机 的通用性 ，对于各 种轴承都具有实用性 ，因此， 自动压装前需要对 压装位 置 等参数进 行设定 ，对于 不同型号轴 承 ， 压装过程 中各参数都不相 同，因此将设备设计成 手动操作 ／自动操作相结合，通过手动控制压头和 各工作 台的工作 ，以便确 定压装过程 中的各项参 数 ，待 自动运 行的各项参数确定 以后即可启动 自 动运行。结合以上控制要求 ，P L C控制 系统硬件 组 成及 结构 如 图 2所 示 。 收稿日期2 0 1 1 -1 0 - 0 9 作者简介但斌斌 1 9 7 0 一，男，湖北鄂州人，教授，博士，主要从事机电和制造业信息化方向的研究。 第3 4 卷第4 期2 0 1 2 4 下 【 1 1 9 ] 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m l 訇 化 位移传感器l I 位移传感器l I 压力传感器I l开关量I I 电磁阀l l 指示灯 模拟量输入 l l 数字量输入 I I 数字量输出 可编程控制器 P L C R S 2 3 2 通信模块 触 摸 屏 图2 P L C 控制 系统硬件组 成及 结构 2 ． 2压装机气压系统设计 压装机是通过气压缸提供压装力工作的，通 过 P L C控制 电磁阀的开 闭，从而控制气压系统工 作 ，气压 系统原理图如图 3所示。电磁 阀动作顺 序如下所述 1 系统原位 ，此时为卸荷状态，所有电磁 阀 断 电 。 2 3 DT，5 D T得 电接通 ，此 时 2 气压缸 工作 ， 推动工作台带动带压装壳体运动至定位工位。在 2 带气压缸工作时，5 D T接通 ，推动升降台上升 至 轨道所在平面。 3 5 D T断电，当滑动小车运动至升降 台上终 位时 ，3 气压缸断 电，升降 台下降 ，通过设置在 工作台上的锥形销定位。 4 压头工作 ，在压装工位安装一个接近开关 ， 当 3 气压缸将装有待压装零件的工作台下降至压 装工位 ，并且 完成定位 时，接触开关 发 出信 号， 此时 ，1 D T得电接通 ，推动压头下压。 图3 气压系统 原理 图 [ 1 2 0 1 第3 4 卷第4 期2 0 1 2 4 下 电源 输入 3 8 O V 输出 2 2 O V 2 4 V 5 增 压， 当 压 头 下 压 到一 定位置 由光栅 尺测量 位置 ，P L C发 出控 制 信号 ， 2 D T接 触 ，此 时 增 压 缸 开 始 增 压，推 动 压 头 压 装 轴 承。 压装到位后保压一段时间。 6 压头 缩 回，当压装到 位时，P L C发出控制指令，此 时 1 DT ， 2 D T断 电，压头收回， 回到 系统原 位 ，压装 结束 。 7 升降 台上升，压装结束后，5 DT接通 ，3 气压缸工作 ，推动升降台上升至轨道平面。 8 小车拉出，小车升至轨道平面，4 D T接通 ， 2 社气压缸缩回，拉动滑动小车缩 回至原位 ，至此 压装结束。 3 系统软件设计 3 ． 1 P L C 软件设计 本体 统采 用三菱 F X2 N P L C作 为控 制核 心 ，采 用指令编制系统程序 ，按照动作执行的顺序 ，依 次发 出控制信号，压装机执行控制信 号，发 出相 应动作。本设计 中压装部分所需 的位置信息和压 力信 息由设置在压装机上的光栅 传感器和压力传 感器测得 ，P L C控制系统软件工作流程图 4所示。 图4 P L C控制系统软件 工作流程 图 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m I 造 lI8 似 传感器不断地测量相关量 ，将 测得量和系统 设置 的相 关量 进行 比较 ，确 定相关动 作执行 的位置 。 在开始 自动运行前需要先设定好 S 1 、S 2的值 ，再 启动 自动运行。 3 ． 2 显示系统的设置 该设计采用 台达触摸屏显 示压 力传 感器 和位 移传感器 的实时信号 ，系统工作的位移 曲线 ，同 时通过触摸屏输入 系统需要设置的各个参量 ，通 过 设 置 主 界 面 和 子 界 面 的 形 式 来 实 现 。 主 界 面 显 示传感器 的实时值 ，同时 ，设 置工作 曲线 ，参数 设置 ，等入 口。通过该 系统 ，我们就可 以实 时监 控 系统 的工作状态 ，可以将生 产现场 的情 况通过 P L C的 R S 2 3 2口直接和生产现场计算机交换数据。 本 系统共设置两级 2个界面，分 别为，压装机 工 作 监 控 系统 主 界 面 ，参数 设 置 界 面 ，一 号 压 头 监 控打 印界面 ，二 号压头 监控 打印界面，二级界 面 在压 装机监控 系统主界 面 中点击 对应按钮 进入。 其中压装机工作监控系统界面如图 5所示。 图5 压装机 工作监控 系统界 面 4 报警部分设计 该压装机为 自动化设备 ，压装时的各项控制 系数 都 由传感器 获得，各动作 的发 出均 由软件 出 发，因此 ，压装机工作时可以实时获取压装过程 中的各项参数，同时，对于 系统 出现 的错误 ，也 可 以根 据实时获取 的信号进行 自动判 断，并给 出 报警 信号，执行保护程序。本报警信号在 系统获 得 的位移压 力曲线的基础上获得 ，即通过实 际的 测量获取一个最近似于最优 的配合 间隙，通过压 装机 的试压 ，获取相关位置点 的压 力值 ，在这些 基本数据的基础上通过曲线拟合 ，获取 “ 标准”的 压装 曲线 ，在运行时通过不断的比较特定位置点 的压 力值 ，计算其相对于标准值 的偏差率 ，判断 压装是否出现异常。例如实时位移值为 S i i -- 0 ， 1 ， 2 ， 3 ， ⋯， n ，实时压力值为 P i i 0 ， 1 ， 2 ， 3 ， ⋯， n ；标 准 的位移压力 曲线方程 为 P i f S ，压装机在工 作过程 中的任一位置 就有压力偏差 △ △ 旦 P P 如将 系统压力偏差设定为 0 ． 1 ，即 A 0 ． 1时， 系统及发 出报警信号。再次考虑到系统的运算量 ， 我们根据标准曲线的曲率 曲率较小时取点密集， 曲率大时去点稀疏 ，选取 曲线上相应点的坐标 ， 使用时直接判断该点是否出现异常来代替一个区 间是否异常 ，编制程序时我们 只需要编写一组数 据 的判 断 梯形 图 ，然 后通 过 MX S H E E T软 件 导 入 标准曲线上点的位移和压力值 的坐标 ，改变堆栈 的数 据 ，系统 自动通过设置的扫描方式依次判别 下一组数据 ，直到本 次循环结束。位移点压 力偏 差判断程序段如图 6所示。 SUB D4 0 M LI I _D3 0 CMP D3 2 D40 M23 D40 M3O D3 M 3 0 D l 0 M 3 5 Dl 9 M26 图 6 位移 点压 力偏差判断 5 结论 本压装机是基于轴类零件的压装专用设备，以 三菱 P L C为核心 ，结合触摸屏显示技术和气压传 动技术。通过触摸屏的设置 ，可以直观的监控系统 的工作状态，同时参数的输入也十分方便。通过应 用现场的统计发现，该系统的应用显著的提高了生 产效率，产品的压装质量也得到明显的提升。通过 设置通信口，使得压装机可以很好的和车间流水线 配合工作，极大的增强了系统的生产柔性。 参考文献 【 1 】姜继海， 宋锦春， 高常识． 液压与气压传动[ MI ． 北京 高 等教育 出版社 ， 2 0 0 8 ． 【 2 】钟肇新 ， 范建东， 冯太合 ． 可编程控制器原理及应用【 M】 ． 广州 华南理工大学出版社， 2 0 0 8 ． 【 3 】王小 明， 鲍 晓敏 ， 刘爱博 ． 基 于P L C的货 车滚动轴 承压 装 机控制 系统设 计【 J 1 ． 机械工程 与 自动化， 2 0 1 0 1 2 1 3 8 一 l 42． 【 4 ]常治斌 ， 任柏林 ， 龚青山， 等 ． YZ 一 1 型立 式轴 承压 装机 研 制及应用【 J 】 _ 机械设计与研究 增刊 ， 2 0 0 9 ， 2 5 2 1 1 - 2 1 3 ． 第3 4 卷第4 期2 0 1 2 4 下 [ 1 2 1 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m