螺栓液壓拉伸器自動控制設計

黃仲杰等

摘 要：本文通過對HXN5柴油機氣缸蓋螺栓液壓拉伸器組裝工藝和傳統控制方式的分析，闡述了應用HMI和PLC自動控制液壓拉伸器的原理，以及利用增量旋轉編碼器和壓力變送器檢測角度和壓力關鍵工藝參數，達到裝配快捷、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

柴油機總組裝工序之組裝HXN5柴油機氣缸蓋時，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緊工藝參數值， 關閉氣閥，用工藝規定扭矩依次旋緊四個螺母套， 并且將角度刻度盤調到0度， 打開氣閥， 設備加壓至拉伸工藝參數值， 用工藝規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據一致，影響組裝質量。為此決定對該設備控制方式進行系統升級改造。

傳統操作流程圖

2 HMI和PLC自動控制方案設計

根據組裝工藝規程，液壓拉伸器機械部分基本保留不改動，添裝四個旋轉編碼器檢測螺母旋轉角度，采用電動液壓泵替代原氣動液壓泵，達到提高生產效率。液壓系統壓力由壓力變送器轉換為電流信號輸入PLC，經程序運算后自動控制電動液壓泵。工作壓力設置根據組裝工藝文件要求由HMI輸入，緊螺栓和松螺栓各設置單獨的界面，氣缸蓋四個螺母旋轉角度由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控制設計

根據工藝流程要求，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：開機進入第一頁畫面，按功能選擇鍵進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定壓力，然后按“一級啟動”電動液壓泵工作達到設定值后自動停止，當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，液壓壓力達到設定值后，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、三級可設置不同壓力值，輸入PLC數據保持寄存器DT32710-DT32716保存，設定好壓力值后，每次開機無需設定壓力，方便操作。

畫面第二頁 畫面第三頁

（五）PLC控制設計

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器輸入接口，功能多，編程方便。本程序中使用高速計數器功能，必須設定系統寄存器No.400、401，上述系統寄存器設置好后就可將編好的程序下載到PLC進行調試。

（1）角度顯示程序說明：

程序執行F33 D% 32位除法指令，編碼器軸旋轉360°發出1800個脈沖，順時針旋轉顯示為正數，逆時針旋轉顯示為負數，改變DT100-DT408數值，使顯示螺栓號與實際相同。

（2）壓力轉換程序說明：

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

（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恒定，而且不頻繁啟動液壓泵，提高了穩定性和準確性，如果不需要保壓按“泄壓”鍵，從而使柴油機氣缸蓋組裝質量得到提高。

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

3 結語

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

參考文獻

[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