ATLAS擰緊機自主改造及優化

張煒澍，李金成

（一汽解放汽車有限公司無錫柴油機廠，江蘇無錫 214000）

ATLAS擰緊機自主改造及優化

張煒澍，李金成

（一汽解放汽車有限公司無錫柴油機廠，江蘇無錫 214000）

無錫柴油機廠6DL裝配線S350梯形框架擰緊機已使用12 a，擰緊頻次達600萬次。機械系統老化嚴重，故障頻發，質量隱患較大。改進梯形框架擰緊機，提高螺栓精度及穩定性。

發動機裝配線；擰緊機；自主改造；程序

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.05.45

0 引言

隨著國內發動機行業不斷發展，對于發動機裝配質量的要求越來越高，發動機裝配線上的擰緊機更新換代成為一個熱點。以一汽錫柴S350梯形框架擰緊機為例，依托自身力量，將ATLAS QMX擰緊系統自主改造成QST擰緊系統，打破進口擰緊機廠家設備技改技術壟斷.提升維修團隊擰緊機自主改造能力，積累自主改造經驗，降低企業設備技改費用支出。

1 擰緊機的作業內容和總體結構

S350梯形框架擰緊機共有5把擰緊軸，適用于6DL/4DL的2種機型，目標扭矩為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。柴油機到位后，RFID讀取柴油機機型信息并發送給PLC，PLC將該型柴油機所調用的程序號發送給擰緊機，擰緊機調取相應程序進行順序擰緊，擰緊合格后才能進行下一組螺栓的擰緊，擰緊不合格時紅燈報警。擰緊完成后PLC把擰緊數據與機型號、序列號綁定后通過以太網上傳給數據采集服務器（圖1）。

圖1 硬件拓撲

2 自主技改備件選型及機械設計

2.1 備件選型

由于梯形框架螺栓的目標扭矩為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 機械設計

根據新槍和手柄的尺寸結構及安裝特點重新設計制作機械工裝（圖2）。

圖2 機械工裝圖紙

3 自主技改電氣系統改造

3.1 擰緊機電柜改造

（1）控制器安裝方式改造。根據新控制器的尺寸和結構特點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供電時無需經過濾波器。

（3）控制器電氣線路改造（圖3）。①電源開關盒給5臺控制器供380 V，②主控制器輸出急停電纜，接入4臺副控制器，③主控制器與ATLAS面板建立I/O bus通信，進行人機交互，④5臺控制器與交換機建立Ethernet通信，進行數據交換，⑤主控制器與PLC5建立PROFIBUS通信，使擰緊機與ABB裝配線建立數據交互。

（4）控制器IP地址設定。設定主控制器為System TC。將主控制器設為TC Number1，IP地址配置為192.168.0.1；其他副控制器設為 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硬件組態改造

在原有硬件組態基礎上導入QST擰緊機GSD文件。PROFIBUS節點地址、診斷地址、通信報文、I/O地址的分配必須與QMX擰緊機GSD文件保持一致（圖4）。

圖4 PLC硬件組態

3.2.2 設計并優化ATLAS QST系統PM4000程序

由于ATLAS QMX系統和QST系統所用擰緊軟件不同，導致QMX擰緊系統的程序不能用于QST擰緊系統，也無法將老的擰緊程序移植，因此需新建QST系統PM4000程序。

（1）PM4000軟件新建擰緊系統，站地址、PLC byte I/O、Date byte I/O必須與硬件組態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內設置對應的程序號。

（3）在軟件上方菜單欄Report內點擊Fieldbus1，設置擰緊機上傳給線體PLC扭矩、轉角的數據類型和長度，PLC接收扭矩角度后上傳至西門子HMI和數據采集服務器。

（4）點擊軟件內PLC Program，設置Fieldus變量表，輸入輸出點的定義必須與線體PLC一一對應。

（5）分配擰緊機本體I/O地址，用于上升下降擰緊反松合格不合格指示燈等。

（6）重新設計并優化PM4000底層控制程序。①設置上升下降正反轉程序。②優化順序擰緊及屏蔽軸程序。由于梯形框架共有3種規格，分別為25顆、18顆、13顆螺栓，因此5把擰緊軸在擰緊不同規格梯形框架時需規范相應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，將25顆螺栓對應各自的擰緊軸，分布擰緊過程中調取相應的螺栓進行工作。首先 程 序 中 針 對 3種 梯 形 框 架 FI_4CylEngineType、FI_6CylEngineType，FI_4CylEngineType1分 配 3個 計 數 器CTUD_1，、CTUD_2，、CTUD_3，運行結果定義為 Counter2，Counter4，Counter6，每一步擰緊完成后運行結果加1。將運行結果與擰緊步驟進行比較，比較結果與擰緊的螺栓進行關聯，通過擰緊螺栓的序號來啟動擰緊軸（圖5）。③設置擰緊指示燈信號。對擰緊機面板上5個擰緊軸指示燈進行設置，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設置軸狀態信號。對25顆螺栓的擰緊信號進行設置，設為Running、OK和NOK等3種狀態，該擰緊信號可以通過PROFIBUS總線上傳至線體PLC，再由PLC上傳至西門子HMI和數據采集服務器。

圖5 螺栓擰緊程序

3.2.3 新增位置傳感器監控系統[1]

利用現有RFID讀寫技術，增加6套BALLUFF接近開關及其電纜，再通過PM4000編寫控制程序，對梯形框架螺栓進行順序依次擰緊，達到規范操作工擰緊順序，防止錯擰、漏擰的目的，并且實現數據采集系統內螺栓與擰緊數據一一對應。

①在擰緊機上方新增6套BALLUFF接近開關及其電纜（圖6虛線框），分別對應梯形框架螺栓6次擰緊位置。②對順序擰緊程序進行編程，由擰緊機上方的6套BALLUFF接近開關進行位置監控，當BALLUFF接近開關未收到擰緊機正確的位置信息

圖6 新增6套接近開關

時，擰緊機無法啟動。③建立線體PLC滾道控制系統互鎖控制，PLC收到所有接近開關所對應的擰緊數據及OK信號后解除滾道控制系統，操作工可對發動機進行放行。此時PLC把擰緊數據與機型號、序列號綁定后通過以太網上傳給數據采集服務器。

4 結束語

通過對S350梯形框架擰緊機的自主改造及優化，提高了梯形框架螺栓擰緊精度，降低了企業技改成本，并創新運用了傳感器監控系統來提升柴油機質量控制能力，杜絕錯漏擰事故發生。此次自主改造的成功實施打破了進口擰緊機廠家的技術壟斷，使企業在擰緊機技術改造領域不再受制于人，也為今后的擰緊機自主改造夯實基礎。

［1］徐科軍.傳感器與檢測技術第3版［M］.北京:電子工業出版社,2011.

U468.2+3

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〔編輯 凌 瑞〕