基于S7—200控制器的插螺釘機改造

徐丹杰

摘 要：該文主要針對基于西門子S7-200可編程序控制器控制的插螺釘機在生產過程中經常出現撞壞吸頭、插壞產品等問題，在保護現有投資的情況下，以最經濟可行的方案解決存在問題，可以提供借鑒和參考。本文改造的插螺釘機作為典型的小型自動化設備應用于制造行業，它在各大領域的生產流水線上配套使用取代了很多重復性繁重人力操作。

關鍵詞：插螺釘機 西門子S7-200 改造 氣缸

中圖分類號：U463 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）07（a）-0060-01

該文中的插螺釘機基于西門子S7-200 PLC控制的氣動系統，主要控制的對象是氣動回路，現在生產中的存在以下問題：（1）螺釘吸頭時常被撞壞；（2）品有時被插裂；（3）產品測試拉力不夠等。針對以上問題提出改造方案，供有類似的小型自動化設備提供借鑒和參考

1 改造方案

考慮成本、工期、原設備綜合情況，選擇改造方案。維持原有設備零部件，解決工作中出現以上的問題，從分析機器的原工作流程、氣動回路、PLC控制程序三方面入手。

（1）工作流程。

原機器的執行器為：取料氣缸、水平送料氣缸、垂直工作氣缸以及氣缸前置吸盤，檢測裝置為氣缸位置的磁性開關，整個機器工作過程一共劃分為7步，相應順序關系對應動作分析如表1所示。

（2）氣動回路。

原機器采用的是雙氣缸工作，垂直氣缸1為大氣缸，負責快速下降到位，垂直氣缸2為插接螺釘的小氣缸，負責取料和插螺釘。小氣缸其前置吸頭，吸頭由銅制成，頂部吸孔很小，只有0.3 mm，由小氣缸驅動同時負責取料和插螺釘，取螺釘和插螺釘的力度和運行距離是一樣的，而在插螺釘時下行必須有一定的力度，才能把螺釘插到塑膠產品的預定位置。由于取螺釘和插螺釘垂直運行距離是一樣的，所以在進行機械位置調整時，既要保證正常預熱（大氣缸下降位置準確），又要保證插螺釘的位置（小氣缸下降位置）、速度、力度合適。同時還要適應取螺釘的需要，也就是說大氣缸回升位置要精準，使小氣缸下降位置離取料點不能高，高了吸不到螺釘；也不能低，低了撞吸頭。機械調整難度很大。取料和插螺釘力度需求不一致且有機械位置調整、手工放螺釘位置、送料氣缸到位震動產生螺釘位置等偏差，當熱吸頭與冷螺絲相撞時很容易撞壞吸頭，導致吸不起螺釘，致使機器無法工作。

為了解決這個問題，可采用工業機器人打螺釘，但成本高，原有機器完全廢置。也可采用步進或伺服電動機驅動絲杠來控制，但原有氣動傳動和檢測裝置需廢棄。現綜合成本、工期、原設備狀態提出了將原垂直運動的兩個氣缸改為一個氣缸，原控制電磁閥由兩個改為三個電磁閥，其他硬件不變。

（3）PLC控制程序。

改造氣動回路后，調整掉小氣缸的控制電磁閥，修改將原本垂直兩個大小氣缸的工作流程的程序部分修改即可，修改的參考PLC控制程序如下。

LD 啟動狀態位：M0.1

LPS

AN 送料氣缸回位：M1.0

= 送料氣缸：Q0.3

LRD

LD 真空檢測：I0.5

A 送料氣缸原位：I0.2

O 送料氣缸回位：M1.0

ALD

= 送料氣缸回位：M1.0

LRD

LD 真空檢測：I0.5

O 取料延時：T41

ALD

TON 取料延時：T41， 10

LRD

LD 送料氣缸到位：I0.3

AN 取料延時：T41

O 快速下降：M1.1

ALD

= 垂直氣缸：Q0.0

LRD

A 送料氣缸回位：M1.0

A 氣缸返回傳感器：I0.4

= 快速下降：M1.1

LRD

A 快速下降：M1.1

LPS

AN 快速時間：T39

= 垂直氣缸調速1：Q0.1

LPP

TON 快速時間：T39， 30

AN 快速時間：T39

= 垂直氣缸調速1：Q0.1

LPP

TON 快速時間：T39， 30

LRD

A 快速時間：T39

TON 加熱時間：T40， 60

LRD

LD 加熱時間：T40

O 垂直氣缸調速2：Q0.2

ALD

= 垂直氣缸調速2：Q0.2

LPP

A 加熱時間：T40

TON 保壓時間：T38， 20

調整后的程序，修改T39和T40定時參數，可以調整插螺釘的加工速度，現在按此方法制造出來的機器，即可達到柔性取料，不撞壞吸頭，又能隨意調整插螺釘位置、速度和力度，不受取料高度的限制。同時，拆下的短氣缸還可用于熱鉚機、熱壓機等上面。

2 應用及推廣

經過改造的機器，通過在北京及廣州工廠的使用，使吸頭報廢率由原來1個/31K減少到1個/1132K，產品合格率由原來的92%提高到98%，噪音小，運行快速穩定，從而在北京及廣州工廠得到了廣泛的推廣和應用。除此之外，這種控制方法還在手動熱壓機、熱鉚機上得到了應用，同樣取得了很好的效果。

3 結語

該文研究的這種控制方法，可以適應類似設備上應用，具有成本低，壽命長，穩定性高，產品適應性強等特點。由于取螺釘和插螺釘采用不同電磁閥和不同時間控制，使其既適應了取料，又適應了插螺釘的需要。實踐證明，這種控制方法，既保證了在取螺釘時不會撞壞吸頭，又可以在插螺釘時保證產品質量，在類似設備上具有一定的推廣價值。

參考文獻

[1] SMC產品手冊.

[2] 西門子S7-200使用手冊.

[3] 西門子S7-200編程手冊.