基于S7300PLC的压壳Fitting安装及检测系统设计

本科毕业设计（论文）题目 基于S7300PLC的压壳Fitting安装及检测系统设计 学 院 电气与自动化工程学院 年 级 2012级 专 业 自动化 班 级 1620121 学 号 160112112 学生姓名 梅杰 校内导师 徐伟 职 称 实验师 校外导师 范育延 职 称 电气工程师 论文提交日期 2016-05-26 常熟理工学院本科毕业设计(论文)诚信承诺书本人郑重声明： 所呈交的本科毕业设计(论文)，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本人学号（9位）： 本人签名： 日期：常熟理工学院本科毕业设计(论文)使用授权说明本人完全了解常熟理工学院有关收集、保留和使用毕业设计(论文)的规定，即：本科生在校期间进行毕业设计(论文)工作的知识产权单位属常熟理工学院。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许毕业设计(论文)被查阅和借阅；学校可以将毕业设计(论文)的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编毕业设计（论文），并且本人电子文档和纸质论文的内容相一致。保密的毕业设计(论文)在解密后遵守此规定。本人签名： 日期：导师签名： 日期：基于S7-300PLC的压壳Fitting的安装及检测系统的设计摘要如今，随着现代科技的迅猛发展，工业自动化发展的步伐不断前进，众多大中型企业为了提高市场竞争力，纷纷采用先进的机电一体化设备。现阶段，基于计算机的离散控制技术、变频技术、现场总线技术、PLC技术、OPC通信等技术构成了的现代控制系统成为生产设备中系统设计的主要组成方式。为了提升压壳生产的良品率，本课题以S7-300PLC为运动控制核心构建涡轮增压器的压壳的装配及检测控制系统。该系统由电缸运动控制系统、压机安装直管和弯管系统、扭矩检测系统、安全保护系统等子系统组成，从而满足客户的特殊生产工艺的要求。系统中利用LabVIEW图形化软件设计具有友好人机交互且易于操作的触摸屏界面，通过OPC、TCP/IP使其实现与PLC的数据通信，实现对系统中各个子系统的手动控制和数据监测。经过长时间的设备生产运行，其结果证明该系统可以满足客户生产中的要求，使生产效率和良品率得到极大地提升。关键词： 压壳Fitting装配站 S7-300 IAI电缸控制器 伺服压机 OPCDesign of the installation and detection system of Fitting based on S7-300PLCAbstractNowadays, with the rapid development of modern science technology and the pace of development of industrial automation moving forward , many large and medium-sized enterprises in order to improve the competitiveness of the market, have adopted advanced mechanical and electrical integration equipment. At the present , the discrete control technology based on computer , frequency conversion technology, field bus technology, PLC technology, OPC communication technology and other technologies constitute the modern control system which has become the main component of the system design of production equipment.In order to improve the yield rate of pressure shell production, the S7-300PLC is the core of the motion control to build the turbocharger pressure shell assembly and detection control system. The system consists of electric cylinder motion control system, servo press installation straight pipes and pipe system, torque detection system, safety protection system and other subsystems, so as to satisfy the customer's special production process requirements.System using LabVIEW graphical software design with friendly human-computer interaction and be easy to operate the touchscreen interface through the OPC, TCP / IP to realize data communication with the PLC to achieve the subsystem in the system of manual control and data monitoring. After a long production running equipment, the results show that the system can meet the requirements of customers in production, the production efficiency and greatly enhancing the yield and pass rate.Keywords: compressor housing Fitting assembly station S7-300PLC IAI Electric cylinder controller Servo press OPC目录1.绪论11.1课题研究的背景及意义11.2国内外研究进展11.2.1国外概况11.2.2国内概况21.3本文主要的工作和研究内容安排22.压壳Fitting的安装及检测系统设计方案42.1压壳Fitting的安装及检测系统的概述42.2压壳Fitting的安装及检测系统设计的需求分析52.3压壳Fitting的安装及检测系统的总体设计62.3.1 控制系统硬件设备62.3.2 系统硬件功能62.4压壳Fitting安装及检测系统设计步骤73.压壳Fitting安装及检测系统的硬件设计93.1 S7-300PLC控制器93.1.1 PLC各模块的选型93.1.2 PLC的I/O分配表与接线图103.2伺服电缸运动系统183.3伺服压机193.3.1系统的组成193.3.2工作方式203.3.2工作特点213.4安全保护系统213.5压壳Fitting安装及检测各部分系统结构组成224.压壳Fitting安装及检测系统的软件设计244.1PLC工程创建244.2控制系统的流程图设计244.2.1 控制系统总体流程图设计244.2.2 控制系统检测流程图设计274.3主要程序的编写285.压壳Fitting安装及检测界面设计15.1LabVIEW的概述15.2 软件功能设计35.2.1系统参数设置35.2.3打标机45.2.3扫码枪46.S7-300PLC与上位机LabVIEW的通信66.1PLC与LabVIEW的OPC通信66.2LabVIEW中的使用到的DataSocket66.3OPC软件的设置77.压壳Fitting安装及检测系统调试与运行结果97.1控制系统运行结果97.1.1自动运行模式人机界面运行结果97.1.2压机安装Fitting运行结果97.1.3扭矩检测运行结果107.1.4电缸运行结果118.总 结128.1压壳Fitting安装及检测系统总结128.2对环境、社会可持续发展安全和法律的影响13参考文献1415常熟理工学院毕业设计（论文）1.绪论1.1课题研究的背景及意义涡轮增压器实际上是利用发动机排出的废气的惯性冲力来推动压壳内的涡轮，由涡轮带动同轴的叶轮，叶轮利用由空气滤清器管道送来的空气，然后将空气增压送进入气缸中。当发动机的转速增大，废气与涡轮的转速也同样的增加，使叶轮压缩更多的空气进入气缸当中，空气压力和密度的增加导致燃料的燃烧的更加充分，利用率更高，同时相应的增加燃料量和调整发动机的旋转速度，达到提高发动机的输出功率的目的。涡轮增压技术子被提出至今已有百年，在这段时间里涡轮增压技术经过了轴流式、径流式、混流式以及配置放气阀、电机等不断的发展，涡轮增压在航空、航海、机械上得到了广泛地应用，特别是如今人们对于汽车的节能、环保要求的不断提高，使涡轮增压技术在汽车发动机方面提供了广大的空间和技术。涡轮增压器压壳的安装要求非常严格，对于弯管、直管的安装精度需要达到1mm。弯管除了有安装深度的要求，并且还有一定垂直度、偏转角度的要求。安装完成的压壳还必须进行扭矩检测，以保证产品的质量合格，以防产品使用寿命的衰减。现如今，在由于科学技术的高速迅猛发展的情况下，机电一体化形式的生产设备的出现，导致市场竞争变得更加激烈，使用自动化生产设备生产已经成为大中型企业竞争的趋势。而电气自动化设备的普及，使产品的生产速度的大幅度的提升、良品率的提高，电气自动化生产设备越来越得到市场的青睐。本设备课题的目的就是设计一套压壳Fitting的安装及检测系统的设计，能够提高产品的产量、良品率。1.2国内外研究进展1.2.1国外概况现如今在国际上已经形成涡轮增压器的生产巨头：Honeywell、BorgWarner、Holset、IHI、三菱等企业，他们的特点就是生产潜力巨大。几大巨头涡轮增压器的产量逐年提升，如Honewell 公司在2005 年涡轮增压器的产量就已经达到500万台的产量，占全球总量的48%-50%。各个巨头公司在涡轮增压器上都拥有各自的专利产品。例如Honewell 和 Holset公司的涡轮增压器的特点是：结构简洁、效率高、流量可调而在世界上处于领先位置。涡轮增压器的小型化趋势愈加明显，如IHI、KKK相继推出小型化产品。五大巨头公司也非常注重产品的可靠性。如今巨头公司都有在中国建厂，独资或合资的形式、研究基地等。1.2.2国内概况现阶段，国内涡轮增压器产业有这几大发展趋势：一、国外生产涡轮增压器的大型企业在中国以独资、合资的形式和建立研究所进行发展起来；二、一大批涡轮增压器的国内的中国企业也发展起来，主要集中在江苏、辽宁、山东、浙江等地；三、大批的国内企业的涡轮增压器的机械加工手段都有很大的发展和提升，如今不少产品的零部件都被国外企业采用。四、开发自主技术、提高产品的可靠性也越来越来受到重视。但是相较国外企业，国内企业的生产效率、良品率有待提升。1.3本文主要的工作和研究内容安排本课题以压壳的Fitting的装配和检测系统为研究对象，以IAI电缸、JANOME压机为主要控制对象。本文以西门子S7-300型号PLC为核心控制器，与IAI电缸控制器、JANOME的电子压机、SMC 的现场总线型阀岛以及上位机组成通信网络,，系统网络中的所有站点相互配合来完成压壳Fitting组装和检测的全部功能要求。本文主要分为八个章节：。第1章课题的研究背景和意义以及课题在国内外研究的发展现状。 课题的研究背景和意义以及课题在国内外发展现状。第2章 对压壳Fitting安装及检测控制系统进行概述并介绍了工艺流程和硬件的选型。 第3章 压壳Fitting安装及检测控制系统的硬件选型，系统I/O分配表设计，以及各个子系统的工作方式。第4章 压壳Fitting安装及检测控制系统的软件设计，分别介绍了系统工作流程设计和压机系统设计，其中讲解了PLC控制程序各部分设计思路以及梯形图程序。第5章 人机界面设计以及，包括设备配置和以及各个分画面的详细设计。第6章 利用OPC使PLC与上位机进行通信。第7章 压壳Fitting安装及检测控制系统的调试与运行结果，对系统各部分的运行状态以及触摸屏监控界面进行分析。第8章 对控制系统的总结以及本控制系统对环境及社会可持续发展的相关影响2.压壳Fitting的安装及检测系统设计方案2.1压壳Fitting的安装及检测系统的概述压壳Fitting 的安装及检测系统装配站主要有四大系统组成：电缸运动系统、压机安装直管和弯管系统、扭矩检测系统、安全保护系统。电缸运动系统是由IAI电缸、顶销气缸、吸尘器气缸、测内径气缸组成，其中顶销气缸、测内径气缸和吸尘器气缸被固定在IAI电缸驱动轴上，PLC控制器输出控制信号给IAI电缸控制器接收PLC控制信号，驱动轴进行精确相应地的定位运动。压机安装直管和弯管系统是由伺服压机、下压气缸、夹爪气缸、接近传感器、对射传感器组成 。压机设备通过对传感器信号的检测得到相应的信号，然后接收PLC命令将直管和弯管插入压壳中。扭矩检测系统是由扭矩扳手、直管和弯管气缸组成，通过扭矩扳手测得直管和弯管在相应的扭矩下是否发生位移，来判断直管和弯管安装是否合格。安全保护系统分为硬件部分和软件两部分部分，其中硬件部分由安全继电器、安全光栅和门吸开关等构成组成，起到保护操作员的作用，软件部分是在程序中编写各种防护措施程序代码来进行处理错误，起到保护操作员和设备设施的作用。设备中将PLC与IAI电缸控制器的通信方式是I/O的方式，与气缸阀岛是以PROFIBUS通信，PLC为主站，阀岛为从站。与上位机是以OPC和TCP/IP两种方式进行通信。压壳Fitting的安装及检测系统设备见图2-1。图2-1 涡轮增压器装配站2.2压壳Fitting的安装及检测系统设计的需求分析压壳Fitting 安装及检测系统应满足以下对应的功能：（1）该装配站可以能够实现将待装配组件的精确定位及安装和检测。（2）压机设备在压直管喝弯管时，所受到的压力需要在一定范围内。（3） 安装的直管和弯管在一定扭矩的作用下不会发生转动。（4）设备的安全保护装置系统能够保障操作人员人身和设备的安全。（5）设备的程序系统能在设备非正常的操作状态即时显示报警，能够在显示屏上监控设备运转状态以及此时的动作。针对以上压壳Fitting安装及检测系统的需求进行分析，本课题设备主要实现以下控制功能：（1）设备在通电的状态下，按启动按钮，给设备供气、供电，然后在手动模式下按复位按钮，设备中的所有电缸、气缸、压机恢复初始状态。最后，可以调节旋钮，选择设备使用自动还是手动模式。（2）压壳除了要安装直管和弯管之外，在压壳的下方还要安装定位销，IAI电缸的驱动轴拖动测内径气缸、顶销气缸、吸尘器气缸能够准确定位气缸所在的位置。（3）为了确保压机能够在安全的前提下安装直管和弯管，保证产品的良品率。在压机在工作的过程中，不断地采集压机所承受的压力值，进行实时监控。（4）为了检测安装的直管和弯管的合格，使用气缸分别夹住直管和弯管，然后使用扭矩扳手在一定的扭矩下转动气缸，然后通过判断气缸的位移情况来进一步判断直管和弯管的是否发生转动安装情况。而扭矩扳手在力的作用下产生的扭矩值通过扭矩校准仪进行校准，确保证扭矩值的正确正确性。（5）整台设备，拥安装有安全光栅、安全继电器、门吸开关、接近传感器、对射传感器等设备，确保设备在操作时操作员的人身安全，在设备自动化运行时，只要有物体触碰安全光栅，设备立即报警，停止运行。需要双手同时按动双手按钮，启动设备。设备运行过程中每一个步骤，都在程序中编写相应报警程序，设备出现任何的不正常运转，显示屏就会显示报警，设备停止运行，只有解除报警，设备才有可能重新运行起来。2.3压壳Fitting的安装及检测系统的总体设计2.3.1 控制系统硬件设备压壳Fitting的安装及检测系统设计中主要由PLC，电缸控制器模块，伺服压机模块，SMC集成电磁阀模块，触摸屏一体机电脑组成。控制系统硬件设备见图2-2。图2-2 总体设计方案2.3.2 系统硬件功能（1）触摸屏一体机电脑：利用触摸屏进行手动操作设备，而且屏幕可以显示设备运行状态以及报警情况，电脑同时起到控制打码机和扫码枪、压机的作用，能够将产品数据（每件压壳都有自己的条形码编号、条形码对应的产品加工时压力和扭矩等）储存起来，便于工作人员进行数据的查看。电脑使用的编程软件是LabVIEW 图形软件，可以非常简单、易学。当设备需要生产新的产品时，可以通过在触摸屏一体机电脑上进行手动操作进行对伺服压机、IAI电缸驱动轴的位置的调整。（2）伺服压机：压机与PLC通过DP通信，使用压机在安装直管和弯管时，需要考虑的是，直管和弯管压入时，产生的压力值进行实时监控。压机设备拥有示教仪，可以进行手动的修改压机内部的程序参数，如在压机进行压产品时可以设置压装速度、最大压力、起始位置、终止位置。（3）电缸驱动器：此次使用的电缸仅驱动单轴，所示是通过I/O点进行通信，驱动轴上有测内径气缸、顶销气缸、吸尘器气缸，驱动轴的作用是，拖动每一个气缸，当需要时，将其定位到其工作位置。（5）电磁阀岛：使用现场总线PROFIBUS进行通信，PLC通过控制电磁阀开关的通断，来控制气缸的运动。（6）传感器：设备中使用各类型传感器，例如：接近传感器，用来检测产品是否放置到位，夹具是否被移动，没有安装到位等、对射传感器，用来检测产品零部件是否放置到位、位移传感器，用来检测直管和直管扭矩和测量压壳的内径。2.4压壳Fitting安装及检测系统设计步骤本课题压壳Fitting安装及检测系统的设计有以下几点需要考虑：（1）熟练的分析设备的机械构造，以及工作流程。（2）根据设备需求完成的动作，选择合适的电气设备，并对设备进行调试和了解，能够通过PLC进行运动控制。（3）分析设备中运用了哪些数字量信号和模拟量信号，进行统计然后写入PLC符号表中，在PLC的输入、输出模块中将对应的I/O点与程序中相应的DB变量连接起来。（4）根据设备的电气图纸中I/O点的接线图，绘制设备的硬件接线图。（5）根据设备的工作流程图和设备的一些安全措施的条件，进行编写设备程序。（6）对设备进行手动调试，对电缸、压机等位置进行定位，然后进行自动化调试，在设备运转中不断发现问题，不断解决问题，最终完善程序，使设备能够稳定的运转。根据以上的压壳Fitting 安装及检测系统设计的步骤得出如图2-3所示框架图：图2-3 课题系统框架图3.压壳Fitting安装及检测系统的硬件设计3.1 S7-300PLC控制器3.1.1 PLC各模块的选型如今，伴随着超大规模集成化电路等微电子的迅猛发展，PLC已经发展成微机化PC，而且实现多处理器和多通道处理。PLC的技术日渐成熟，控制功能越来越强，功耗小、体积小、成本低、体积小、可靠性高、编程和故障检测变得更加灵活方便。随着PLC应用的领域的不断扩大，其产品结构不断优化，功能越来越丰富，性价比不断升高。（1） 灵活使用、通用性强PLC硬件是标准化产品，其相关的产品已经系列化，各种功能模块品种丰富，可以根据不同需求组成各种不同的控制系统。硬件连接简单易于修改，而且同一台PLC用于不同的对象，仅需要更换相应的SM模块。（2） 抗干扰能力强、可靠性高工业中各种电磁干扰、温度和湿度干扰、机械振动，都会对设备产生影响，但是PLC使用大量的存储器件完成开关的无触点动作，导致PLC抗干扰能力强、可靠性高，使用寿命长，而且PLC本身也采用了大量的硬件和软件抗干扰措施。（3） 接口简单，维修方便PLC按照工业设计的需求设计接口，拥有较强的带负载能力，输入/输出可直接连接24V电源或输出24V，PLC的接口是模块化，便于维修和更换。如此，大大的减少设备维修的时间。（4） 编程简单易学PLC根据现场工业技术人员的技能和习惯被设计出来，其编程语言大多使用梯形图方式和简单的工业上常用的指令方式。编程语言简单形象，只要是拥有电工基础和工艺知识，并不需要大量的基础学习，就可以进行编程使用。（5） 设计、安装、调试周期短PLC控制通过软件进行，硬件方面接线简单、便捷，并且PLC产品都已形成模块化、商品化，仅需要按照实际要求如性能高低、容量大小进行组装，大量PLC 程序可以在设备到货前进行编写，缩短项目周期。运用软件编程替代硬件线路的连接，大大的简便实际工作，缩短工期，且软件易于编写、调试方便。3.1.2 PLC的I/O分配表与接线图根据系统的设计需求，其I/O分配表1。表1 I/O分配表符号地址符号地址OP1启动I0.0OP1座前门门吸I6.0OP1复位I0.1OP1右前门门吸I6.1OP1手/自动I0.2OP1左后门门吸I6.2急停I0.3OP1右后门门吸I6.3OP1双手按钮左I0.4OP2左前门门吸I6.4OP1双手按钮右I0.5OP2右前门门吸 I6.5OP1安全光栅 I0.6OP2后门门吸I6.6OP1对射（直管）I0.7OP1夹具检测1（接近）I6.7OP1对射（弯管）I1.0OP1夹具检测2（接近）I7.0OP1对射（销子）I1.1OP1夹具检测3（接近）I7.1OP1下压气缸HOMEI1.2OP2夹具检测1（接近）I7.2OP1下压气缸WORkI1.3OP2夹具检测2（接近）I7.3OP1左压机夹爪气缸HOMEI1.4OP2夹具检测3（接近）I7.4OP1左压机夹爪气缸WORKI1.5气源总阀压力报警I7.5OP1右压机夹爪气缸HOMEI1.6Sysout9左I7.6OP1右压机夹爪气缸WORKI1.7sysOut9右I7.7OP1吸铁屑气缸HOMEI2.0启动灯Q0.0OP1吸铁屑气缸WORKI2.1OP1复位灯Q0.1OP1顶销气缸HOMEI2.2塔灯-红Q0.2OP1顶销气缸WORKI2.3塔灯-黄Q0.3OP1测位移气缸HOMEI2.4塔灯-绿Q0.4OP1测位移气缸WORKI2.5三色灯-黄Q0.5OP1测位移夹爪HOMEI2.6伺服resQ0.6OP1测位移夹爪WORKI2.7伺服SVQ0.7扭力扳手值OK信号I3.0伺服PIN0Q1.0OP2复位按钮 I3.1伺服PIN1Q1.1OP2手/自动I3.2伺服STARTQ1.2OP2扭力扳手在位检测 I3.3OP1光幕旁路Q1.3OP2双手按钮左I3.4OP2光幕旁路Q1.4OP2双手按钮右I3.5暂停/STPQ1.5OP2安全光栅 I3.6BKRLQ1.6OP2压壳检测（接近） I3.7伺服PIN3Q1.7OP2弯头推进气缸HOMEI4.0OP1光幕复位Q2.0OP2弯头推进气缸WORKI4.1OP2光幕复位Q2.1OP2直头推进气缸HOMEI4.2OP2复位灯Q2.2OP2直头推进气缸WORKI4.3OP1下压气缸降 Q2.3OP2直头辅助气缸HOMEI4.4OP1下压气缸升Q2.4OP2直头辅助气缸WORKI4.5吸尘器Q2.5OP2旋转压紧气缸HOMEI4.6日光灯Q2.6OP2旋转压紧气缸WORKI4.7OP1双手带灯按钮Q2.7OP1压壳检测（接近）I5.0OP2双手带灯按钮Q3.0伺服定位信号3I5.1扭矩蜂鸣器Q3.1伺服远点到位信号I5.2MODEQ3.2伺服准备OKI5.3JISLQ3.3伺服ARMI5.4JOG+Q3.4伺服ENDI5.5JOGQ3.5伺服定位信号1I5.6直管压机stopQ3.6伺服定位信号2I5.7弯管压机stopQ3.7 程序中使用的变量是数据块中的变量，进行编写程序。如此一来，如果需要更改I/O点时，就不会出现要求更改大量的程序代码了。如表2所示，里面就是设备自动运行时所用到的变量及控制气缸时，用到的变量。表2 数据块分配表注释地址注释地址下压气缸退DB6.DBX0.0内径尺寸DB3.DBD28下压气缸进DB6.DBX0.1内径1DB3.DBD32左压机夹爪气缸张开DB6.DBX0.2内径2DB3.DBD36左压机夹爪气缸夹紧DB6.DBX0.3内径差值DB3.DBD40右压机气缸退DB6.DBX0.4测内径次数DB3.DBW44右压机气缸进DB6.DBX0.5电缸位置解析DB3.DBW46收铁屑气缸退DB6.DBX0.6电缸目标位置1.放销DB3.DBW48收铁屑气缸进DB6.DBX0.7电缸目标位置2.测内径DB3.DBW50顶销气缸退DB6.DBX1.0压机动作PLC-PCDB3.DBW52顶销气缸进DB6.DBX1.1OP1-扫码DB3.DBW54测内径气缸夹紧DB6.DBX1.2OP1PC-PLCDB3.DB56测内径气缸张开DB6.DBX1.3OP1是否需要扫条形码DB3.DBW58测内径气缸退DB6.DBX1.4OP1是否需要扫二维码DB3.DBW60测内径气缸进DB6.DBX1.5PC-PLC夹具型号DB3.DBW62旋转压紧气缸进DB5.DBX0.0压机动作BCDDB3.DBW64旋转压紧气缸退DB5.DBX0.1电缸目标位置3压销DB3.DBW66弯管推进气缸进DB5.DBX0.2电缸目标位置4吸尘器DB3.DBW68弯管推进气缸退DB5.DBX0.3电缸位置反馈DB3.DBW70直管推进气缸进DB5.DBX 0.4OP1错误代码DB3.DBW10直管推进气缸退DB5.DBX0.5BCD-错误代码DB3.DBW12直管推进辅助气缸进DB5.DBX0.6现场夹具型号DB3.DBW14直管推进辅助气缸退DB5.DBX0.7内径尺寸上限DB3.DBD16自动流程控制字DB3.DB0内径尺寸下限DB3.DBD20复位流程控制字DB3.DB2内径尺寸PLC-PCDB3.DBD24扭矩校准流程控制字DB3.DBW4显示屏动作提示DB3.DBW6显示屏动作-BCDDB3.DBW8注释地址注释地址复位流程控制字DB4.DBW0直管位移DB4.DBD34自动流程控制字DB4.DBW2直管位移1DB4.DBD38PLC-PC动作流程DB4.DBW4直管位移上限DB4.DBD42OP2系统报警DB4.DBX6.0直管位移差DB4.DBD46扭力扳手取走标志位DB4.DBX6.1直管位移下限DB4.DBD50扭力扳手工作标志位DB4.DBX6.2OP2PC-PLCDB4.DBW54BCD-PLC-PC动作流程DB4.DBW8OP2是否需要扫条形码DB4.DBW56报警代码DB4.DBW10直管位移DB4.DBW58BCD-报警代码DB4.DBW12OP2是否需要扫二维码DB4.DBW60弯管位移DB4.DBD14OP2现场夹具类型DB4.DBW62弯管位移1DB4.DBD18OP2扭矩检测：1 异步 2 同步DB4.DBW64弯管位移上限DB4.DBD22OP2数据保存1弯管 2直管DB4.DBW66弯管位移差DB4.DBD26OP2数据保存-BCDDB4.DBW68弯管位移下限DB4.DBD303.1.3PLC的I/O接线图如图3-1、3-2、3-3所示，本设备使用大量的 I/O点和三个模拟量通道。其中使用64个数字量输入点，使用的是32位的SM321模块两个。数字量输出点32个，即设备需要一个32位SM322的数字量输出模块。本设备还是用了三个模拟的位移传感器，所示设备还需要AI2*12bit的SM331模块两个。图 3-1（1）32位数字量输入模块接线图图3-1（2） 32位数字量输入模块接线图3-2 32位数字量输出接线图3-3 模拟量输入模块接线图图3-1 I/O接线图3.2伺服电缸运动系统电缸运动系统主要由电缸控制器和驱动轴构成组成 ，本系统采用的是IAI的单轴电缸PCON-CA-20PI-NP-2-0-AB-DN 型号的电缸控制器，该控制器是单轴电缸的控制器，控制非常简单，所以是通过I/O点进行与PLC通信，PLC可以给本控制器直接输入位置坐标、速度、加速度等值，电缸的位置非常精确，能更满足设备所要达到的要求。如图3-42。图3-4 2 电缸控制器工作原理 电缸的工作原理：电缸是研究人员将伺服电机与丝杠进行整一体化设计的模块化产品设备，如此一来，就将伺服电机的优点即精确转速控制、扭矩控制、转数控制转化成精确速度控制、推力控制、位置控制，实现高精度直线位移的全新科技型产品。电缸的特点电缸是闭环的伺服控制器，伺服电机都是通过自身的控制器进行各种高精度距离移动，控制器的使用方便、简洁，大量的节省了工程项目的周期。而且伺服电机精确度非常的高，直线移动的精确度达到0.01mm。电缸的实际运行情况可以看到，其在各种恶劣的环境下进行稳定工作，且噪音小，寿命长等特点，目前电缸被运用到各行各业。电缸控制器的电气接线和伺服电缸电气原理图见图3-53。 图3-53 电缸控制器和伺服电缸电气原理图3.3伺服压机3.3.1系统的组成 本系统使用的压机安装系统由压机控制器、压机驱动轴和示教仪组成，见图3-64所示。 控制器图3-64 压机系统 3.3.2工作方式伺服压机由伺服电机来驱动高精度滚珠丝杆将精密压力进行装配作业。伺服压力机能够实现在压力装配作业中达到压装力与压入深度的全过程闭环回路控制。伺服压力机与传统气动、液压压力机相比，节能效果更好，高达80%以上，且更加安全、环保。3.3.2工作特点（1）丰富的种类电子伺服压机本体种类有标准单机型、单元型、头型三种可供选择。客户可以跟据实际的需求进行选择适合的压机类型。（2）连接简洁所有的压机驱动轴都是由供应商集成好的电缆进行连接，客户能够非常简洁地进行安装和调试。（3）控制方式多样化伺服压机在调试时，可以满足客服各种需求，在程序中需求实现的各种功能，都可以在说明书中找到合适的方法，例如对于压力的控制： 有以恒定速度达到控制的目的、有以压力作为判定方式进行控制。达到要求的压力值设备运行停止。通讯方式可供选择的很多比如：以太网 、RS323C、现场总线的方式、数字输入输出等3.4安全保护系统本系统的安全保护装置主要由硬件系统和软件系统组成，其中安全保护装置的硬件部分主要是：安全光栅、安全继电器、门吸开关、各类型传感器组成。本设备使用的是SICK的安全光栅，安全光栅同方发射并排的红外线能够检测到或物品触碰到红外线时，安全光栅输出信号0V，当没有物品触碰红外线时，安全光栅将会发出24V的信号。如图3-75所示。图3-75安全光栅将安全光栅与安全继电器结合起来，起到保护设备和操作员的作用。本设备使用的是PiLZ的PNOZ X2.8P 24VACDC 3n/o 1n/c安全继电器，使用其中短路保护的作用。如3-86所示。图3-86 安全继电器如图3-97所示，安全继电器与安全光栅进行电器连接的电气图纸，安全光栅的两根信号线S52和S12上起到短路保护作用。图3-97光栅回路3.5压壳Fitting安装及检测各部分系统结构组成压壳Fitting安装及检测由以下几个区域组成。（1）如图3-108所示，图中1所指示的区域是直管的夹爪，夹爪是安装在压机头上，要求进行安装时，手动将直管放入夹爪里面。图中2所指的是放销子的位置。图中3所指的区域是弯管夹爪，安置在压机头上，进行安装弯管，同样弯管也是手动安放在夹爪内。图中4所指的是压壳的放置位置。图3-10 8 产品安装区域（2）如图3-119所示，是压壳安装完成后进行检测的工位，图中1所指的区域是放置安装完成的压壳位置，图中2所指的区域是指气缸前进然后将弯管固定。图中3所指的位置是气缸前进将直管进行固定的位置，然后使用扭矩扳手在气缸的后方旋转扭矩扳手，进行测量工作。图3-119压壳检测区域4.压壳Fitting安装及检测系统的软件设计4.1PLC工程创建在硬件组态中，进行如图4-1指的硬件模块的配置，具体的包括DI/DO模块，AI模块，同时还建立PROFIBUS-DP来保证设备间的通信，设备的DP从站是SMC公司的设备从站，CP 343-1 Lean通信处理器设计用于在SIMATIC S7-300可编程逻辑控制器中操作。本设备中添加了CP 343-1 Lean，其可以将S7-300PLC连接到工业以太网并且支持PROFIET IO，而且在CP中集成了一个带自动检测和自动协商的2端口交换机，他可以在线路中实现简单的连接另一个以太网设备。如图4-2所示，PLC硬件的详细信息。图4-1 硬件组态的配置和网络的建立图4-2 模块地址4.2控制系统的流程图设计4.2.1 控制系统总体流程图设计根据压壳Fitting安装及检测系统实现的功能和装配流程，首先设计出的系统的压壳Fitting安装的流程图，如图4-3所示。在设备的安装流程中，针对每一步都有相应的报警，程序中有专门报警块，对于设备运行过程中，气缸的运转的HOME位和WORK位有无到位报警，压机运转时间报警等，确保产品生产和合格率以及操作员人身安全。（1）设备总体供电后，按启动按钮给设备的电缸、压机以及SMC阀岛供电。（2）从上位机触摸屏电脑上将产品的参数信息、程序使用的程序号、电缸运转的位置参数、压机工作参数等，产品和设备配方下载到PLC中。然后按动OP1复位按钮，设备整体复位，气缸回到HOME位、压机回到工作原点、电缸回到放销子位置。（3）接着，将设备OP1的手/自动旋钮，旋转到自动位置，将所需要安装的产品放置到相应的位置，用扫码枪扫二维码 ，双手按动左右两个按钮，启动设备自动运行。（4）首先产品被固定起来，然后检测产品是否型号符合要求，即测量压壳的内径，通过内径的大小进行判断压壳型号，紧接着安装定位销、直管、弯管。（5）安装完成后，打码机打印二维码，然后将二维码粘贴到压壳上去，然后扫码，双手按动OP1左右两个按钮，被固定的压壳产品松开，压壳安装完成。图4-3 OP1系统总体流程图4.2.2 控制系统检测流程图设计控制系统压壳检测流程图设计见图4-4。同压壳的安装系统相同，检测系统同样在每一步中都含有报警程序，气缸HOME位、WORK位运行时是否被磁性开关检测到达指定位置。（1）上位机下载参数，参数包含有扭矩扳手的扭矩值，扭矩的上下限等。手动复位之后，将手/自动旋钮调制自动模式，然后将安装完成的压壳放置到指定的位置。（2）根据显示屏上指示条提示，用扫码枪扫码。（3）扫码后，显示屏上会显示下一步操作，按双手按钮，设备进入自动运行模式，旋转压紧气缸会将压壳固定住，直管气缸和弯管气缸分别前进夹住直管和弯管。（4）拿起扭矩扳手，进行检测，检测完成后将扭矩扳手放回其位置，然后双手按OP2左右两个按钮。气缸返回HOME位。显示屏上会显示此次检测的产品直管和弯管是否合格。图4-4 压壳检测系统流程图4.3主要程序的编写本系统程序量庞大而且复杂，程序由许多的子程序组成。每个子程序被写在不同的功能模块中，各个子程序又有各自的联锁等功能。下面介绍每个子程序：（1）输入模块/输出模块本系统的程序中，使用的是DB块中的变量进行编写程序，对应的输入/输出点都有相应的DB块变量，在程序中进行编写程序。此种方法是为了防止在工程活动中，出现I/O点变动的情况发生例如，在PLC的DI/DO模块中出现某处的接口的螺丝滑丝，没有办法将此点接着继续使用，因此必须需要更换I/O点。如果此点在程序中被大量的调用，程序的修改就会变得非常的繁琐。系统的输入/输出模块式分为两个FC块编写的。FC1为输入模块，FC3为输出模块。（2）系统复位模块系统复位模块将分为OP1复位模块和OP2复位模块。如图4-5所示，OP1的复位流程图： 首先，复位程序将OP1自动程序中一些数据如（PLC与PC通信的变量、位移传感器测量的压壳内径值、内径测量的次数）值进行赋值为0，即初始化。将触摸屏上的按钮全部复位。然后，将电缸的SV复位，即将电缸使能复位，使电缸停止运动。接着将设备中的直管、弯管夹爪气缸返回HOME位，顶销气缸、测内径气缸、吸尘器气缸返回HOME，就可以将电缸的SV置位然后是电缸返回工作原点。在气缸中测内径气缸、顶销气缸、吸尘器气缸存在一定的干涉关系，如果这三个气缸中的任一个气缸处于WORK位时，电缸进行运动的话，会损坏导致设备或危害操作员人身安全的损坏。最后，将直管压机和弯管压机进行复位，返回工作原点。OP1工作站的复位就完成了。图4-5OP1复位流程OP2复位流程如图4-6所示，OP2检测工作站中拥有两个位移传感器，所以复位时将位移传感器所在变量的值赋值为0，同时将扫码完成标志位、弯管检测OK标志位、直管检测OK标志位、扫码失败标志位等标志位进行复位。然后将直管推进辅助气缸返回HOME位，接着才能将直管推进气缸返回HOME，因为直管辅助气缸跟直管推进气缸存在干涉关系，如果不将辅助气缸返回HOME位，那么其将夹紧直管，直管推进气缸将无法返回HOME。最后，将弯管气缸跟旋转压紧气缸返回HOME位，将OP2的自动流程控制字赋值为1。图4-6 OP2复位流程（3）OP1/OP2自动运行模块如上文中图4-3 OP1系统总体设计流程图所示所示的流程图，便就是OP1自动运行模块的工作步骤流程。上文中图4-4OP2系统总体流程图，就是OP2自动运行的工作流程。自动程序中的报警、通讯、控制方法以及对于程序以后扩展的内容在程序中都有体现。1.关于报警方面中，在自动运行程序中，设备的没有出现问题是，自动流程工作的前提。例如设备自身出现一些问题，一、比如气缸在工作时，如果相应的磁性开关没有检测到气缸处于WORK位时，设备就会发生报警停止运行。此时只有处理完成磁性开关的问题，直到其可以检测到此气缸已处于WORK位为止，否则设备将无法运行下去。即使你将整个工作站进行复位，也不可以。二、如果是设备在自动运行时，是操作员不小心触碰到安全光栅、将设备的门打开（设备的每扇门都有安装门吸开关）等问题时，设备体制运行，此时仅仅只要确定没有物品触碰安全光栅或所有的门都已经关闭好，然后双手按动OP1工作站的左右两个按钮即可使设备继续运行安装产品。2.关于自动运行程序中通讯问题，此处只是简要介绍，在第六章中会详细的介绍。通讯内容有设备运行状态的指示条即设备此时正在进行什么动作。当设备需要操作员进行手动操作时，PLC同样会与PC进行通信，提示操作员的下一步操作。3.程序中的控制方法，主要是顺序控制为主，程序中大量的使用流程控制字，进行编写程序，程序中的每一步都是以流程控制字为前提，进行编写。如此一来可以很好的控制程序的每一步。使程序能够自如的进行跳转还是按顺序进行。（4）OP1/OP2气缸模块对于此程序可进行手动的调试，主要通过触摸式电脑的触摸屏进行操作。本设备的触摸屏使用LabVIEW进行编写的，手动按动触摸屏上的按钮，可以控制气缸的前与进。同时在此程序中还有对于设备在自动运行程序中出发的气缸的动作都是出发的DB块变量，而此DB块变量将在气缸模块中进行出发相应的输出点，使气缸运动起来。（7）PLC-电缸控制器模块电缸的每个位置都有相应的编码，在程序中使用的的工作位置实际上就是相应位置的编码，然后将吸尘位置的编码发送给电缸的控制器，延迟一段时间，给电缸控制器一定的反应时间，接着触发启动信号，然后电缸运动到对应的位置后会反馈吸尘位置的编码，将反馈的吸尘位置的编码与程序给吸尘的编码进行比对，如果相同则电缸到达需要的吸尘位置。5.压壳Fitting安装及检测界面设计5.1LabVIEW的概述LabVIEW是由前面板和程序框图组成。前面板是程序运行时与人进行交互的图形化界面，界面形象生动给人直观的感觉，通过对前面板的操作，可以实现一系列的生产任务。前面板具体由旋钮、图形、开关、输入控件和显示控件等。LabVIEW中的程序框图用来进行编写程序，其程序也是图形化语言，由各种框图、基础函数组成。通过对程序的编写可以控制前面板的一系列的控件。LabVIEW最大的特点是将软件与计算机的硬件资源结合起来，打破了硬件自身的局限，用户可以根据自身的实际需求进行定义功能。按照实际生产需求，设计了手动界面和自动界面。在程序运行时登陆初始界面如图5-1所示：点击配方查询按钮，用户可以进入配方查询界面，用户可以查看配方或修改配方。用户点击登陆，进入程序运行，然后进行下载配方，然后点击触摸屏按钮，进入操作界面。图5-1基于LabVIEW的人机界面在进入自动运行界面中，如图5-2所示是OP1和OP2自动运行的界面，其中有产品在位的显示、生产过程中产生的数据的显示、设备运行指示条提示。界面可以通过上位机、扭力校准、自动生产、OP1手动、OP2手动的按钮就可以转换界面。图5.2自动测试界面前面板图如图5-3和5-4所示，介绍的是OP1和OP2的手动操作界面。手动操作界面上拥有传感器显示，以及气缸操作按钮。界面中还有电缸手动操作、压机手动操作以及它们的程序好选择。图5-3 OP1手动调试界面图5-4OP2手动调试界面5.2 软件功能设计5.2.1系统参数设置如图5.5、图5.6所示。产品的参数设置，设备不仅仅生产一种产品。每种产品的参数并不相同，如果参数设置不正确会导致设备和产品受到损坏。图5.5 参数设置前面板图5.6 参数设置程序框图5.2.3打标机条形码是产品的一个凭证，就跟身份证一样，每个产品都有自己独自的信息，记录着产品数据，程序通过VISA串口与打标机进行通信来发送打印内容，如图5-7所示。图5-7打标机打印条形码5.2.3扫码枪每件产品都有各自的信息，通过扫码枪进行扫条形码，读取产品的生产信息，查看产品是否跟数据内容匹配。同样通过VISA串口通信，将扫码枪扫描到的内容读取出来，如图5.16所示。图5-8扫码枪读取条形码6.S7-300PLC与上位机LabVIEW的通信6.1PLC与LabVIEW的OPC通信本设备使用触摸屏一体机电脑作为上位机，同时其还担当人机交互界面的作用。因为PLC与LabVIEW通信的复杂性的关系，所以设备使用OPC进行通信。OPC使用在工业自动化控制领域内的OLE。其是一种工业标准和技术规范，为基于Windows操作系统平台的工业应用程序，提供高效的交互功能和信息集成。OPC采用客户机与服务器的工作模式，服务器提供数据，而客户机使用服务器提供的数据。6.2LabVIEW中的使用到的DataSocketLabVIEW网络编程的核心技术是DataSocket。DataSocket支持的通讯协议很多，根据统一的标志服资源URL，能够确定唯一地址和通信协议。DataSocket的函数选板如图6-1所示，下面对其中的函数进行分别介绍。图6-1 DataSocket函数模板打开DataSocket函数，该节点的作用在于打开一个URL数据连接端口，URL输入端口:设置网络连接地址，可以使用opc 、dstp、ftp、http、psp和file等通信协议进行传输数据，具体情况取决于写入数据的类型及网络配置，接线端如图6-2所示。图6-2打开DataSocket函数读取DataSocket函数，该函数模块的功能是从打开的URL连接并读取数据，如图6-3所示。图6-3读取DataSocket函数写入DataSocket函数，该函数模块用于写入数据如图6-4所示。数据可以是以数值、布尔和字符串等类型。图6-4写入DataSocket函数关闭DataSocket函数，该节点用于关闭已经打开的URL连接