螺栓液壓拉伸器自動控制設(shè)計

黃仲杰等

摘 要：本文通過對HXN5柴油機(jī)氣缸蓋螺栓液壓拉伸器組裝工藝和傳統(tǒng)控制方式的分析，闡述了應(yīng)用HMI和PLC自動控制液壓拉伸器的原理，以及利用增量旋轉(zhuǎn)編碼器和壓力變送器檢測角度和壓力關(guān)鍵工藝參數(shù)，達(dá)到裝配快捷、有效，精確的保證了缸蓋螺栓拉伸量符合組裝工藝要求。

關(guān)鍵詞：HMI觸摸屏；PLC控制；壓力變送器；編碼器；液壓拉伸器

1 缸蓋螺栓液壓拉伸器組裝工藝分析

柴油機(jī)總組裝工序之組裝HXN5柴油機(jī)氣缸蓋時，將液壓拉伸器放入工位后，四個T形拉緊螺母旋入缸蓋螺栓至底部，拉伸器內(nèi)部螺母套與螺母完全嚙合，每個T形螺母連一個液壓缸，四個液壓缸油管連在一起，采用彈簧復(fù)位，用氣動液壓泵通過液壓軟管連接至拉伸器，啟動氣動液壓泵加壓至預(yù)緊工藝參數(shù)值， 關(guān)閉氣閥，用工藝規(guī)定扭矩依次旋緊四個螺母套， 并且將角度刻度盤調(diào)到0度， 打開氣閥， 設(shè)備加壓至拉伸工藝參數(shù)值， 用工藝規(guī)定扭矩依次旋緊四個螺母套，使刻度盤角度顯示值在工藝參數(shù)值之間。打開泄油閥，卸壓，拆掉T型螺母，工作完成。以上操作流程看，需兩人配合完成，一人觀察壓力表同時操作氣閥，另一人施力扭力扳手并觀察角度值，可見其效率低，且由于視覺誤差和人為因素難以保證數(shù)據(jù)一致，影響組裝質(zhì)量。為此決定對該設(shè)備控制方式進(jìn)行系統(tǒng)升級改造。

傳統(tǒng)操作流程圖

2 HMI和PLC自動控制方案設(shè)計

根據(jù)組裝工藝規(guī)程，液壓拉伸器機(jī)械部分基本保留不改動，添裝四個旋轉(zhuǎn)編碼器檢測螺母旋轉(zhuǎn)角度，采用電動液壓泵替代原氣動液壓泵，達(dá)到提高生產(chǎn)效率。液壓系統(tǒng)壓力由壓力變送器轉(zhuǎn)換為電流信號輸入PLC，經(jīng)程序運(yùn)算后自動控制電動液壓泵。工作壓力設(shè)置根據(jù)組裝工藝文件要求由HMI輸入，緊螺栓和松螺栓各設(shè)置單獨(dú)的界面，氣缸蓋四個螺母旋轉(zhuǎn)角度由HMI實時顯示，液壓泵啟動、停止在HMI上操作。升級后操作流程圖如下：

（四）HMI控制設(shè)計

根據(jù)工藝流程要求，HMI需要滿足以下功能：（1）擰緊/松開選擇功能（2） 壓力值任意設(shè)定、實際壓力顯示（3）角度值顯示/清零（4）電動液壓泵啟動/停止控制（5）泄壓控制。

主要HMI界面：開機(jī)進(jìn)入第一頁畫面，按功能選擇鍵進(jìn)入第二畫面或第三畫面，按“返回”鍵從第二畫面或第三畫面返回到第一畫面。

螺栓擰緊畫面介紹：先按工藝文件要求設(shè)定壓力，然后按“一級啟動”電動液壓泵工作達(dá)到設(shè)定值后自動停止，當(dāng)壓力下降后能自動啟動液壓泵工作，保持輸出壓力恒定，如不需要此功能按“泄壓”鍵，液壓泵工作時如需停止，再按“一級啟動”鍵，液壓壓力達(dá)到設(shè)定值后，角度自動清零，如需手動清零，按“角度清零”鍵。螺栓擰緊畫面一級、二級、三級可設(shè)置不同壓力值，輸入PLC數(shù)據(jù)保持寄存器DT32710-DT32716保存，設(shè)定好壓力值后，每次開機(jī)無需設(shè)定壓力，方便操作。

畫面第二頁 畫面第三頁

（五）PLC控制設(shè)計

PLC采用松下FPO 30T，自身帶USB和232通信口，修改程序速度快捷方便，有四個兩相高速計數(shù)器輸入接口，功能多，編程方便。本程序中使用高速計數(shù)器功能，必須設(shè)定系統(tǒng)寄存器No.400、401，上述系統(tǒng)寄存器設(shè)置好后就可將編好的程序下載到PLC進(jìn)行調(diào)試。

（1）角度顯示程序說明：

程序執(zhí)行F33 D% 32位除法指令，編碼器軸旋轉(zhuǎn)360°發(fā)出1800個脈沖，順時針旋轉(zhuǎn)顯示為正數(shù)，逆時針旋轉(zhuǎn)顯示為負(fù)數(shù)，改變DT100-DT408數(shù)值，使顯示螺栓號與實際相同。

（2）壓力轉(zhuǎn)換程序說明：

設(shè)備選擇A/D模塊分辨率是12位，模塊設(shè)置為電流輸入，量程0-20mA，對應(yīng)數(shù)字量為0-4000，程序執(zhí)行F27 — 16位減法指令中，K780為修正后的數(shù)值，因為考慮到實際應(yīng)用中壓力變送器輸入壓力為零時，輸出4 mA 電流送人A/D模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字量為800，由于擾動和誤差的存在，實際監(jiān)控時WX30數(shù)值在785左右跳動，為了使DT1000不為負(fù)數(shù)，降低誤差率修正為780。其轉(zhuǎn)換標(biāo)定程序如下：

（3）緊螺栓控制程序說明：

液壓泵啟動后一級、二級、三級壓力達(dá)到角度自動清零，也可手動清零，程序中加入了壓力保持功能，實際壓力低于設(shè)定值時，啟動液壓泵保壓，保證了拉伸器液壓壓力在一定范圍內(nèi)恒定，而且不頻繁啟動液壓泵，提高了穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，如果不需要保壓按“泄壓”鍵，從而使柴油機(jī)氣缸蓋組裝質(zhì)量得到提高。

程序中R100、R200、R300為觸摸屏上控制切換開關(guān)，R80為觸摸屏上控制復(fù)歸型開關(guān)。實際程序如下：

3 結(jié)語

用HMI觸摸屏和PLC可編程控制器改造設(shè)備，氣缸蓋組裝時間比原來減少了一半，螺母旋轉(zhuǎn)角度觸摸屏精確顯示，液壓壓力自動控制，保證了組裝質(zhì)量。是企業(yè)提升工裝設(shè)備自動化程度非常有效的方法，具有投資省、見效快的特點(diǎn)。改造的設(shè)備故障率低、可靠性高、操作簡單、精度高，降低了對操作工的要求，保證了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定，滿足了公司精益生產(chǎn)的要求。

參考文獻(xiàn)

[1]松下FPX系列PLC說明書

[2]松下PLC編程軟件FPWIN GR Version 2.91

[3]威綸觸摸屏編程軟件EasyBuilder8000 V4.62