張煒澍，李金成

（一汽解放汽車有限公司無錫柴油機(jī)廠，江蘇無錫 214000）

ATLAS擰緊機(jī)自主改造及優(yōu)化

張煒澍，李金成

（一汽解放汽車有限公司無錫柴油機(jī)廠，江蘇無錫 214000）

無錫柴油機(jī)廠6DL裝配線S350梯形框架擰緊機(jī)已使用12 a，擰緊頻次達(dá)600萬次。機(jī)械系統(tǒng)老化嚴(yán)重，故障頻發(fā)，質(zhì)量隱患較大。改進(jìn)梯形框架擰緊機(jī)，提高螺栓精度及穩(wěn)定性。

發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線；擰緊機(jī)；自主改造；程序

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.05.45

0 引言

隨著國(guó)內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)不斷發(fā)展，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)裝配質(zhì)量的要求越來越高，發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線上的擰緊機(jī)更新?lián)Q代成為一個(gè)熱點(diǎn)。以一汽錫柴S350梯形框架擰緊機(jī)為例，依托自身力量，將ATLAS QMX擰緊系統(tǒng)自主改造成QST擰緊系統(tǒng)，打破進(jìn)口擰緊機(jī)廠家設(shè)備技改技術(shù)壟斷.提升維修團(tuán)隊(duì)擰緊機(jī)自主改造能力，積累自主改造經(jīng)驗(yàn)，降低企業(yè)設(shè)備技改費(fèi)用支出。

1 擰緊機(jī)的作業(yè)內(nèi)容和總體結(jié)構(gòu)

S350梯形框架擰緊機(jī)共有5把擰緊軸，適用于6DL/4DL的2種機(jī)型，目標(biāo)扭矩為39 N·m和45 N·m。6DL梯形框架分6次擰緊，共25顆螺栓。6DL鋼板分6次擰緊，共18顆螺栓；4DL鋼板分4次擰緊，共13顆螺栓。柴油機(jī)到位后，RFID讀取柴油機(jī)機(jī)型信息并發(fā)送給PLC，PLC將該型柴油機(jī)所調(diào)用的程序號(hào)發(fā)送給擰緊機(jī)，擰緊機(jī)調(diào)取相應(yīng)程序進(jìn)行順序擰緊，擰緊合格后才能進(jìn)行下一組螺栓的擰緊，擰緊不合格時(shí)紅燈報(bào)警。擰緊完成后PLC把擰緊數(shù)據(jù)與機(jī)型號(hào)、序列號(hào)綁定后通過以太網(wǎng)上傳給數(shù)據(jù)采集服務(wù)器（圖1）。

圖1 硬件拓?fù)?/p>

2 自主技改備件選型及機(jī)械設(shè)計(jì)

2.1 備件選型

由于梯形框架螺栓的目標(biāo)扭矩為45 N·m和39 N·m，選用扭矩范圍為0～90 N·m的ATLAS QST擰緊軸，結(jié)合梯形框架螺栓的分布情況，選用3把直軸QST50-90CT和2把偏置軸QST50-90CT。

2.2 機(jī)械設(shè)計(jì)

根據(jù)新槍和手柄的尺寸結(jié)構(gòu)及安裝特點(diǎn)重新設(shè)計(jì)制作機(jī)械工裝（圖2）。

圖2 機(jī)械工裝圖紙

3 自主技改電氣系統(tǒng)改造

3.1 擰緊機(jī)電柜改造

（1）控制器安裝方式改造。根據(jù)新控制器的尺寸和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)需要在電柜上重新打孔安裝固定。

（2）控制器供電單元改造。舊控制器須同時(shí)提供24 V和380 V電源，新控制器有供電單元，能自身提供24 V電源，只需提供380 V給供電單元。并且供電單元帶有濾波功能，380 V供電時(shí)無需經(jīng)過濾波器。

（3）控制器電氣線路改造（圖3）。①電源開關(guān)盒給5臺(tái)控制器供380 V，②主控制器輸出急停電纜，接入4臺(tái)副控制器，③主控制器與ATLAS面板建立I/O bus通信，進(jìn)行人機(jī)交互，④5臺(tái)控制器與交換機(jī)建立Ethernet通信，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，⑤主控制器與PLC5建立PROFIBUS通信，使擰緊機(jī)與ABB裝配線建立數(shù)據(jù)交互。

（4）控制器IP地址設(shè)定。設(shè)定主控制器為System TC。將主控制器設(shè)為TC Number1，IP地址配置為192.168.0.1；其他副控制器設(shè)為 TCNumber2—TCNumber5，IP地址配置為192.168.0.2-192.168.0.5

圖3 控制器電氣線路改造

3.2 電氣程序改造

3.2.1 線體PLC硬件組態(tài)改造

在原有硬件組態(tài)基礎(chǔ)上導(dǎo)入QST擰緊機(jī)GSD文件。PROFIBUS節(jié)點(diǎn)地址、診斷地址、通信報(bào)文、I/O地址的分配必須與QMX擰緊機(jī)GSD文件保持一致（圖4）。

圖4 PLC硬件組態(tài)

3.2.2 設(shè)計(jì)并優(yōu)化ATLAS QST系統(tǒng)PM4000程序

由于ATLAS QMX系統(tǒng)和QST系統(tǒng)所用擰緊軟件不同，導(dǎo)致QMX擰緊系統(tǒng)的程序不能用于QST擰緊系統(tǒng)，也無法將老的擰緊程序移植，因此需新建QST系統(tǒng)PM4000程序。

（1）PM4000軟件新建擰緊系統(tǒng)，站地址、PLC byte I/O、Date byte I/O必須與硬件組態(tài)中分配的地址保持一致。

（2）編寫45 N·m和39 N·m的擰緊程序，并在Mode Table內(nèi)設(shè)置對(duì)應(yīng)的程序號(hào)。

（3）在軟件上方菜單欄Report內(nèi)點(diǎn)擊Fieldbus1，設(shè)置擰緊機(jī)上傳給線體PLC扭矩、轉(zhuǎn)角的數(shù)據(jù)類型和長(zhǎng)度，PLC接收扭矩角度后上傳至西門子HMI和數(shù)據(jù)采集服務(wù)器。

（4）點(diǎn)擊軟件內(nèi)PLC Program，設(shè)置Fieldus變量表，輸入輸出點(diǎn)的定義必須與線體PLC一一對(duì)應(yīng)。

（5）分配擰緊機(jī)本體I/O地址，用于上升下降擰緊反松合格不合格指示燈等。

（6）重新設(shè)計(jì)并優(yōu)化PM4000底層控制程序。①設(shè)置上升下降正反轉(zhuǎn)程序。②優(yōu)化順序擰緊及屏蔽軸程序。由于梯形框架共有3種規(guī)格，分別為25顆、18顆、13顆螺栓，因此5把擰緊軸在擰緊不同規(guī)格梯形框架時(shí)需規(guī)范相應(yīng)的擰緊順序和具備各自的屏蔽軸功能。而25顆螺栓的梯形框架能完全覆蓋其余兩種梯形框架的螺栓位置，所以改造中以25顆螺栓為基準(zhǔn)，將25顆螺栓對(duì)應(yīng)各自的擰緊軸，分布擰緊過程中調(diào)取相應(yīng)的螺栓進(jìn)行工作。首先 程 序 中 針 對(duì) 3種 梯 形 框 架 FI_4CylEngineType、FI_6CylEngineType，F(xiàn)I_4CylEngineType1分 配 3個(gè) 計(jì) 數(shù) 器CTUD_1，、CTUD_2，、CTUD_3，運(yùn)行結(jié)果定義為 Counter2，Counter4，Counter6，每一步擰緊完成后運(yùn)行結(jié)果加1。將運(yùn)行結(jié)果與擰緊步驟進(jìn)行比較，比較結(jié)果與擰緊的螺栓進(jìn)行關(guān)聯(lián)，通過擰緊螺栓的序號(hào)來啟動(dòng)擰緊軸（圖5）。③設(shè)置擰緊指示燈信號(hào)。對(duì)擰緊機(jī)面板上5個(gè)擰緊軸指示燈進(jìn)行設(shè)置，正在擰緊的軸亮黃燈，擰緊合格亮綠燈，擰緊不合格亮紅燈。④設(shè)置軸狀態(tài)信號(hào)。對(duì)25顆螺栓的擰緊信號(hào)進(jìn)行設(shè)置，設(shè)為Running、OK和NOK等3種狀態(tài)，該擰緊信號(hào)可以通過PROFIBUS總線上傳至線體PLC，再由PLC上傳至西門子HMI和數(shù)據(jù)采集服務(wù)器。

圖5 螺栓擰緊程序

3.2.3 新增位置傳感器監(jiān)控系統(tǒng)[1]

利用現(xiàn)有RFID讀寫技術(shù)，增加6套BALLUFF接近開關(guān)及其電纜，再通過PM4000編寫控制程序，對(duì)梯形框架螺栓進(jìn)行順序依次擰緊，達(dá)到規(guī)范操作工擰緊順序，防止錯(cuò)擰、漏擰的目的，并且實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)內(nèi)螺栓與擰緊數(shù)據(jù)一一對(duì)應(yīng)。

①在擰緊機(jī)上方新增6套BALLUFF接近開關(guān)及其電纜（圖6虛線框），分別對(duì)應(yīng)梯形框架螺栓6次擰緊位置。②對(duì)順序擰緊程序進(jìn)行編程，由擰緊機(jī)上方的6套BALLUFF接近開關(guān)進(jìn)行位置監(jiān)控，當(dāng)BALLUFF接近開關(guān)未收到擰緊機(jī)正確的位置信息

圖6 新增6套接近開關(guān)

時(shí)，擰緊機(jī)無法啟動(dòng)。③建立線體PLC滾道控制系統(tǒng)互鎖控制，PLC收到所有接近開關(guān)所對(duì)應(yīng)的擰緊數(shù)據(jù)及OK信號(hào)后解除滾道控制系統(tǒng)，操作工可對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行放行。此時(shí)PLC把擰緊數(shù)據(jù)與機(jī)型號(hào)、序列號(hào)綁定后通過以太網(wǎng)上傳給數(shù)據(jù)采集服務(wù)器。

4 結(jié)束語

通過對(duì)S350梯形框架擰緊機(jī)的自主改造及優(yōu)化，提高了梯形框架螺栓擰緊精度，降低了企業(yè)技改成本，并創(chuàng)新運(yùn)用了傳感器監(jiān)控系統(tǒng)來提升柴油機(jī)質(zhì)量控制能力，杜絕錯(cuò)漏擰事故發(fā)生。此次自主改造的成功實(shí)施打破了進(jìn)口擰緊機(jī)廠家的技術(shù)壟斷，使企業(yè)在擰緊機(jī)技術(shù)改造領(lǐng)域不再受制于人，也為今后的擰緊機(jī)自主改造夯實(shí)基礎(chǔ)。

［1］徐科軍.傳感器與檢測(cè)技術(shù)第3版［M］.北京:電子工業(yè)出版社,2011.

U468.2+3

B

〔編輯 凌 瑞〕