劉 偉 陳允霞

（1. 上海海事大學，上海 201306；2. 上海允鴻自動化科技有限公司，上海 201306）

物流運輸業(yè)的快速發(fā)展對商用汽車及其變速箱發(fā)展提出新的標準與要求。商用汽車運行成本和故障率成為制約運輸業(yè)發(fā)展的關鍵因素[1-2]。變速箱作為商用汽車的重要組成部分，其軸承裝配質量直接影響變速箱質量甚至使用壽命。系統(tǒng)采用先進的氣動液壓混合式壓裝，壓裝壓力與位置檢測裝置配合PLC控制，上位機記錄并存儲壓裝數據的方式，實現(xiàn)壓裝數據的本地保存與歷史查詢、追溯等功能，改善變速箱組裝依靠人工測量和經驗判斷產品質量的現(xiàn)狀。

變速箱裝配生產線涉及許多工藝流程，軸承裝配是其中很重要的一項，如副箱軸承、前蓋軸承、中間軸、一軸、同步器等，其壓裝精度直接影響整臺變速箱的質量。對于不同的軸承裝配工位，只需改變對應的壓裝模具，即可以采用相似的控制系統(tǒng)實現(xiàn)對軸承壓裝的自動控制。下文以變速箱裝配流水線副箱軸承壓裝單機設備為例，介紹控制系統(tǒng)的網絡構建以及壓裝數據采集、處理與存儲等技術[3-4]。

1 控制系統(tǒng)的構建

副箱軸承壓裝設備由底座（含支架）、輥道、停止器、托盤舉升裝置（含固定插銷）、壓裝模具、托盤承重板、氣液增壓裝置、條碼掃描裝置等組成。

1）副箱軸承壓裝控制工藝與要求

工藝流程如下。壓裝模具定位至壓裝位置；氣液增壓缸上模具動作壓外圈軸承；氣液增壓缸下模具動作壓內圈軸承；壓裝過程自動記錄壓力位移曲線。壓裝完成，各執(zhí)行機構返回原位，準備下一循環(huán)。

2）控制系統(tǒng)的硬件組成

針對上述工藝要求，結合副箱壓機設備和控制要求構建了由研華工控機、觸摸屏、PLC、壓力傳感器、位移傳感器及運動機構等組成的控制系統(tǒng)。

上位機管理站（操作站）通過以太網方式將分散的PLC控制站組網并進行通信，實現(xiàn)對設備的集中管理與分散控制。

Siemens S7-1200控制器本體集成支持10/100Mb/s的物理接口，支持以太網和基于 TCP/IP的通信標準。控制器PLC與管理站通過OPC建立數據通信。圖1所示為控制系統(tǒng)硬件組成。

圖1 控制系統(tǒng)硬件組成

3）控制系統(tǒng)數據采集與存儲

PLC通過模擬量通道實時采集位移、壓力等現(xiàn)場數據，并通過OPC上傳至操作員站。

操作員站采用 VB.Net開發(fā)監(jiān)控管理界面并保存數據采集日志、繪制壓裝曲線，同時將原始數據保存至數據服務器。

管理員站采用VB.Net開發(fā)，主要實現(xiàn)數據的查詢、系統(tǒng)關鍵參數的設置、數據統(tǒng)計與報表分析等工作，為產品研發(fā)、質量追溯等提供數據支撐。圖2所示為系統(tǒng)數據流結構圖。

圖2 數據流結構圖

2 系統(tǒng)實現(xiàn)

2.1 控制站—控制站以太網通信

副箱軸承壓裝工位，需要通過以太網同相鄰工位建立必要的安全互鎖與信息交互，以降低設備故障率和實現(xiàn)裝配作業(yè)連續(xù)化。

1）硬件組態(tài)

S7-1200軟件的編程與硬件組態(tài)是基于西門子TIA（博圖）自動化軟件開發(fā)平臺 ，其硬件組態(tài)如圖3所示。

圖3 以太網組網硬件組態(tài)

主站與從站建立以太網通信，必須正確配置硬件組態(tài)信息，否則通信無法建立，如通信協(xié)議、以太網地址、連接方式等。

2）以太網通信的編程實現(xiàn)

S7-1200提供開放式以太網通信協(xié)議進行數據交互?；谝蕴W通信協(xié)議，編寫通信流程如圖 4所示。

圖4 太網通信流程

主從以太網通信的實現(xiàn)流程如下：

（1）主站發(fā)送連接請求從站，從站執(zhí)行應答命令，與主站建立連接。

（2）主站讀取系統(tǒng)時間連同用戶數據一起發(fā)送至從站數據接收區(qū)。

（3）從站接收主站的時鐘并同步其系統(tǒng)時間，從站的用戶數據通過相同方式發(fā)送至主站數據接收區(qū)。

（4）通信完成，主站斷開與從站的連接。

2.2 控制站—管理站數據交互

使用計算機作為監(jiān)控、管理、操作站的場合越來越多，規(guī)模越來越大。不同廠家生產的現(xiàn)場設備種類在不斷的增加，其通信機制并不相同，不同品牌PLC與計算機通信需要開發(fā)的設備通信驅動程序也就越來越多。

OPC為不同品牌PLC與計算機通信提供了統(tǒng)一的標準，為過程控制設計的基于 COM/DCOM（組件對象模型/分布式組件對象模型）技術的通信協(xié)議[3-9]。

OPC規(guī)范包括 OPC服務器和客戶端兩部分。OPC由服務器、組、數據項等組成。數據項是讀寫數據的最小單位（位、字或雙字），不提供對外接口，不能作為單獨的對象供客戶端訪問，必須隸屬于組對象。在組對象中，客戶可以加入多個OPC數據項。

S7-1200采集來自位移和壓力傳感器的數據，經模擬量通道送至PLC控制器，然后通過OPC發(fā)送至上位機記錄、存儲并繪制壓裝曲線。數據采集、傳輸、存儲流程如圖5所示。

圖5 OPC數據采集、處理流程

PC通過OPC讀取來自PLC的壓力、位移等參數，并根據實時數據判定壓裝結果和繪制壓裝曲線。壓裝數據會被自動保存至數據庫存儲。當合格產品積累到一定數量時，軟件會根據歷史壓力位移等數據信息為產品壓裝曲線添加包絡線[10-12]。操作工也可根據實際生產情況更新包絡線數據信息，以適應產品變化的需要。

3 調試

圖6為調試現(xiàn)場獲得的壓裝曲線圖。由圖可見，檢測壓力在接近目標位移時，瞬間增大至最大值。經測量，排除工件本身公差，位移值記錄偏差相比實際值＜0.1mm，壓力值在誤差允許范圍內，符合要求。

圖6 壓力-位移曲線

4 結論

本文根據變速器副箱軸承壓裝工藝及要求建立了上述電氣控制系統(tǒng)，編程并實現(xiàn)了軸承壓裝的自動控制，通過管理站記錄與保存壓力、位移數據及壓裝曲線，實現(xiàn)了工藝數據的可追溯性，為變速箱維護和產品升級提供了數據支撐。在系統(tǒng)使用一段時間后，可以根據合格產品的壓力、位移數據，繪制包絡線。

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