0 引言

某柴油內(nèi)燃機(jī)生產(chǎn)線上有一道工序是對(duì)缸體端蓋螺栓組擰緊加工，螺栓組擰緊的順序和預(yù)緊力的大小決定了各個(gè)螺栓受力是否均勻以及被連接件的緊密性，為保證裝配質(zhì)量該工序嚴(yán)格規(guī)定了螺栓組擰緊的順序、各個(gè)螺栓預(yù)緊力、螺栓旋入角度等參數(shù)，如圖1所示，圖上的數(shù)字表示螺栓擰緊的先后順序。

圖1 螺栓擰緊順序示意圖

為保證裝配質(zhì)量，有兩種方案可供選擇：1)裝備自動(dòng)擰緊機(jī)器人設(shè)備，雖然可以保證裝配質(zhì)量，但這樣的設(shè)備昂貴復(fù)雜，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)條件來(lái)說(shuō)，初期投資過(guò)大，維護(hù)難度高。2)購(gòu)買(mǎi)電動(dòng)擰緊機(jī)，通過(guò)人工選擇被擰螺栓，將擰緊器手柄對(duì)準(zhǔn)螺栓后扣動(dòng)扳機(jī)，擰緊機(jī)按預(yù)先設(shè)置好參數(shù)進(jìn)行擰緊，如此逐個(gè)擰緊。雖然這種方式設(shè)備成本比機(jī)器人要低很多，但由于該內(nèi)燃機(jī)有多個(gè)不同型號(hào)的產(chǎn)品，其螺栓數(shù)量、預(yù)緊力、擰緊順序各不相同，人工選擇難免會(huì)犯錯(cuò)誤，影響裝配質(zhì)量。因此需要一個(gè)輔助監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控人工操作，該系統(tǒng)可以通過(guò)工件上的條碼識(shí)別工件型號(hào)，并逐個(gè)提示工人被擰緊螺栓的位置，并對(duì)工人的工作進(jìn)行監(jiān)控，如果工人擰緊的順序發(fā)生錯(cuò)誤，則拒絕加工并發(fā)出警告，每加工完一個(gè)螺栓，都判斷加工是否合格，如果合格則提示加工下一個(gè)，否則提示繼續(xù)加工本螺栓，直到該工件所有螺栓加工完畢，提示工人加工合格，放行當(dāng)前工件，進(jìn)入下一工件操作。從而避免擰緊參數(shù)及擰緊順序錯(cuò)亂。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能

如圖2所示，系統(tǒng)由上位機(jī)、西門(mén)子S7-200 PLC、掃描槍、擰緊機(jī)、電感式接近開(kāi)關(guān)、PPI/PCI電纜、通訊接頭等組成。條碼掃描槍的通訊接口為串口，使用一個(gè)RS232轉(zhuǎn)485的接頭將掃描槍與PLC通訊端口相連接，掃描槍讀取到的字符即可傳遞給PLC來(lái)判斷工件型號(hào)。PLC使用PPI/PCI電纜與上位機(jī)相連接并完成數(shù)據(jù)交換。使用PLC的數(shù)字量輸出對(duì)擰緊機(jī)進(jìn)行參數(shù)宏選擇，不同輸出點(diǎn)對(duì)應(yīng)不同的參數(shù)宏，各參數(shù)宏中的擰緊參數(shù)提前在擰緊機(jī)中設(shè)置好，包括預(yù)緊力、旋轉(zhuǎn)角度、螺栓數(shù)量等。接近開(kāi)關(guān)按螺栓組的分布形狀布置在活動(dòng)機(jī)架上，其信號(hào)發(fā)送至PLC數(shù)字量輸入口，用來(lái)檢測(cè)擰緊器將要加工的螺栓是否符合規(guī)定順序，如果順序正確，即可加工，否則禁止加工。單個(gè)螺栓加工完成后，合格信號(hào)由擰緊機(jī)的數(shù)字量信號(hào)反饋給PLC。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 軟件設(shè)計(jì)

2.1 PLC獲取條碼信息

PLC采用自由通訊口方式讀取條碼的信息，即CPU的串行通信接口可以由用戶程序控制，可以用發(fā)送指令、接受指令、接受完成中斷、字符接受中斷和發(fā)送完成中斷來(lái)控制通信過(guò)程主要用到SMB30寄存器設(shè)置接受指令參數(shù)。SMB30用于設(shè)置端口0的通信波特率、奇偶校驗(yàn)、數(shù)據(jù)位數(shù)目等參數(shù)。

pp：奇偶校驗(yàn)控制字，d：每個(gè)字符的數(shù)據(jù)位，bbb．自由端口波特率，min：協(xié)議選擇

本系統(tǒng)的SMB30設(shè)置為0000100l，即參數(shù)為：無(wú)校驗(yàn)、8位數(shù)據(jù)位、9600波特、自由端口協(xié)議。

使用接受指令RCV接收COM端口的整條消息，然后在完成消息接收后，生成程序中斷。通過(guò)指定的通信端口(PORT)，接受的信息存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)(TBL)中。數(shù)據(jù)緩沖區(qū)第一個(gè)字節(jié)用來(lái)累計(jì)接收到的字節(jié)數(shù)。

圖3 RCV指令3.2 PLC邏輯控制程序

PLC的控制程序采用西門(mén)子的編程軟件STEP7完成，編寫(xiě)完成之后通過(guò)上位機(jī)傳送給PLC，其程序結(jié)構(gòu)流程如圖4所示。

圖4 程序流程圖

當(dāng)工件被送至操作位，先使用掃描槍掃描工件條碼，PLC針對(duì)條碼信息判斷工件型號(hào)，并設(shè)置擰緊參數(shù)宏。隨后布置有接近開(kāi)關(guān)的機(jī)架移動(dòng)至工件的正上方，上位計(jì)算機(jī)提示工人首個(gè)被擰緊螺栓位置，工人將擰緊手柄移至該螺栓加工位，同時(shí)接近開(kāi)關(guān)判斷擰緊器是否在正確的操作位置，如果操作位置正確，允許工人操作，否則禁止工人操作，并在上位顯示器上進(jìn)行報(bào)警提示。當(dāng)前螺栓加工停止后，擰緊機(jī)判斷加工是否合格，并將判斷結(jié)果發(fā)送給PLC，若合格，則上位機(jī)提示下一個(gè)被加工螺栓位置；否則提示本螺栓未完成請(qǐng)繼續(xù)加工，直至蓋螺栓加工合格。如此循環(huán)直至該工件所有螺栓擰緊完成，接近開(kāi)關(guān)布置架上移，放行本工件，進(jìn)行下一個(gè)工件的操作。

2.3 上位機(jī)程序

上位機(jī)程序采用組態(tài)王編寫(xiě)，通過(guò)PPI/PCI電纜與PLC連接，當(dāng)PLC判定型號(hào)后，上位機(jī)程序調(diào)取輔助畫(huà)面，畫(huà)面中的被加工螺栓通過(guò)紅綠交替閃爍提示工人操作，操作完成之后讀取PLC中狀態(tài)變量判斷加工是否合格，加工合格后畫(huà)面顯示為紅色表示該螺栓加工完成，然后閃爍提示下一個(gè)被加工螺栓位置。操作人員按照規(guī)定的順序?qū)⑺新菟〝Q緊，則提示當(dāng)前工件加工完畢，放行本工件，并進(jìn)入下一工件操作，如此反復(fù)。

3 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用表明本系統(tǒng)滿足工藝要求，并具有具有可靠性好，實(shí)時(shí)性高，工作穩(wěn)定等特點(diǎn)。避免了人工裝配質(zhì)量的不穩(wěn)定性，大大的降低了次品率，而且投資較少，適合于不具備裝備全自動(dòng)擰緊機(jī)器人條件的生產(chǎn)線，以較低的成本獲得一個(gè)較高的裝配質(zhì)量。