IFM傳感器在WG售后變速箱改造中的應用

藍偉銘，張敏堅

（1.柳州職業技術學院 機電工程學院，廣西 柳州 545005；2.柳州采埃孚機械有限公司，廣西 柳州 545000）

工程機械裝備中最具競爭力的裝載機，一直是工程機械裝備發展的重要引領，裝載機變速箱以高精度的數控機床進行打造，裝配技術是質量的保證，對工程機械的變速箱質量檢測則非常重要，變速箱是否合格判斷指標來源于檢測設備，工業中的質量檢測專用設備有著極其重要的地位。為了保證能夠如實反映設備的真實質量，為后續的改進和質量分析提供第一手的一線數據尤為重要。

1 生產企業對變速箱的檢測要求

某工程車變速箱自動檢測系統的改造，在目前針對變速箱的全方位檢測需要購買市場上進口價格昂貴的檢測設備，但是，由于價格高配件維護費用高的原因，購買一套用于進行變速箱性能檢測的型號設備價格高昂，企業在生產線上目前也就購置了一臺作為檢測使用，而在變速箱售后時需要對其在實際使用后發生故障的變速箱，則無法再占用線上的檢測裝備來進行檢測質量。所以，在原有備用變速箱的售后自動檢測臺基礎上進行改造，可以專門針對售后變速箱進行檢測，掌握變速箱第一手實際使用的檢測數據，價格又相對經濟，對質量檢測有非常大的現實意義。車輛變速箱目前大部分采用自動方式檢測、局部檢測等，每年的汽車零部件需求量非常大，而質量檢測效率較低且質量相對不穩定，零部件不合格率相對較高，導致售后故障增加。本項目以自動化智能傳感器檢測控制方式實現自動檢測過程，零部件質量將得到第一手數據進行調整，從售后檢測向售前檢測平移，生產效率提高，在提高零部件質量和安全方面提供數據等技術支持。

2 售后變速箱改造要求及選型

售后變速箱原有的壓力采用傳統的機械式壓力表顯示，壓力檢測精度不高，無法進行信號數字采集，包括溫度信號檢測也未能達到高精度檢測，檢測臺上也未裝設扭矩測試裝置即不具備扭矩測試功能。改造售后變速箱測試臺主要目的是對原有的傳感器進行升級和更換，且在原有基礎上完善連接方式，采用現場級別的通信方式實現對各個傳感器的信號讀取，數據更為真實可靠。信號檢測元件優先采用進口器件(優選與裝配線實驗臺通用型號)，保障測試精度和穩定。對設備的計劃及改造方案，選取易福門的數字化傳感器、分布式模塊及系統解決方案。系統改造拓撲圖，如圖1所示。

圖1 系統改造拓撲圖

為了能夠達到改造檢測臺的設計功能，有針對性地進行了檢測臺關鍵監測點的現場數據采集，如壓力信號、流量信號、溫度信號、扭矩信號等傳感器的選型。傳感器選型表，如表1所示。

表1 傳感器選型列表

2.1 通信方式選取

IO-Link技術是一種將傳統和智能傳感器和執行器集成在自動化系統中的低成本通信接口技術，是全球首個用于與傳感器和執行器通信的標準化I/O技術（IEC 61131-9），也是智能傳感器的第一個開放標準。旨在簡化工廠車間的智能傳感器和智能設備連接，是一種獨立于現場總線的通信接口，大大簡化了設備的連接和集成。從測量元件中輸出的模擬量信號被轉換成數字信號，IO-Link只需做一次轉換。避免轉換過程的精度損失。IO-Link主站產品AL11系列，具有4Port/8Port口AL1100/1102的Profinet通信功能。AL1102是一款帶Profinet接口的IO-Link主機，用于現場應用的I/O模塊，工作電壓DC 20-30V。選擇IO-Link配件，如表2所示。

表2 IO-link配件表

2.2 控制器選型

根據改造系統的需求，結合目前主流PLC的應用情況，并根據企業項目指定需求，采用德國西門子的S7-1200 PLC作為項目控制器，添加1塊數字I/O模塊和2塊模擬量模塊。使用博圖TIA16進行項目組態及編程。如表3所示。

表3 變速箱測試改造PLC系統配置表

3 IO-Link軟件設置

IFM的IO-Link通過鏈接LR DEVICE軟件，該軟件可對所有帶IO-Link接口的傳感器和執行器以及IFM IO-Link主站的過程數據進行統一的參數設置和顯示。IFM使用LR DEVICE軟件進行設置，通過IP IO-Link主站在線設定參數，IO-Link 設備通過IP搜索IO-Link主站連接至PC，已連接傳感器的參數即加載至軟件。在此處可以適配網絡和共享中心的 PC 網絡地址。LR DEVICE 偵測的IO-Link主站地址和計算機網絡地址在同一個網絡內才能被修改。單擊IO-Link主站可以設置IO-Link主站的參數為隨機顯示。設定網絡IP地址、Application Tag和其他參數，[Devices]顯示IOLink主站的已用端口。單擊[P1]顯示端口1上的設備。此時會打開已連接IO-Link設備的參數。預設將開啟設定[全部]，全部參數均會顯示，并可進行編輯。就參數的針對性輸入而言，請選擇所需的類別，然后對參數進行編輯。在控制臺處可提供以下選項：顯示儀器：測量值和開關狀態以各自現狀以顯示儀器的形式顯示。單擊[Cockpit]，控制臺將顯示當前測量值和輸出反應。

4 PLC組態IO-LINK設備

現場安裝AL1102 IO-LINK模塊，更換掉原有的傳感器，將所需傳感器接入模塊接口。本項目由于有多個傳感器需要通過AL1102型號的IO-LINK遠程I/0模塊進行連接，總共需要兩個IO-LINK模塊。在TIA博圖軟件中組態AL1102，打開博途軟件新建項目，選擇組態CPU1215C，在“網絡視圖”里添加AL1102，并連接到PLC。添加AL1102用于導入的GSD文件，在博途軟件中點擊“Options”-“Manage general station description files（GSD）”，在彈出的窗口里選擇GSD文件放置路徑，再點擊“INSTALL”，等待安裝完畢后退出該窗口。然后連接硬件設備。在博途軟件里“NETWORK VIEW”界面雙擊AL1102模塊，在“DEVICE VIEW”里依次拖進一個8 Ports和對應端口的4 byte輸入。拖入的輸入會自動分配I區地址。用易福門的專用軟件LR DEVICE來進行設置，項目中將第一塊IFM 的遠程I/O模塊AL1102設置為192.168.0.20，第二塊AL1102模塊的IP地址設置為192.168.0.21。

5 PLC編程及調試

傳感器的信號處理以離合器倒擋壓力為例，經過IO-LINK可直接將壓力傳感器的信號通過AL1102-1模塊輸入通道X1進入PLC，使用“轉換值”指令將讀取參數IN 的內容，并根據指令框中選擇的數據類型對其進行轉換。轉換值將在OUT輸出處輸出。通過CONV指令把變量ClutchRev_1對應地址IW68信號進入的16位整數轉換成32位整數，存放在MD68中。將該值除以100為轉換后的實際壓力值BAR實數型輸出MD1068，得到實際的工程值。如圖2所示。

圖2 部分參考程序

6 調試效果

本項目使用到的都是德國原裝的傳感器，對變速箱在測試中的各個環節都進行了替代升級，檢測精度比原有的傳感器精度均有質的提升，大大提高了檢測的質量。傳感器大部分都能夠直接通過自帶的變送器實現模擬量到數字量的轉換，比起傳統的用PLC自帶的模擬量模塊或者遠程I/O模擬量模塊再進行AD轉換進行轉換要便捷。設備改造過程中省去了原有過多的常規接線，使用了IO-LINK的信號采集通信方式，將原有大部分的傳感器集中進行信號采集，通過IO-LINK遠程模塊與主控PLC進行PRIFINET連接，極大提高了使用效率。通過在西門子1200PLC對IFM IO-LINK遠程模塊GSD的導入并進行組態。方便地與IFM設備進行連接，信號地址分配自動完成，編程時直接對地址數據進行處理即可。

7 結語

本課題項目主要完成工程車變速箱自動檢測系統的研制，應用前景非常廣闊，目前工程機械大中型企業全自動化檢測設備，由于價格高維護費用高的原因，經過改造升級一臺備用的自動檢測臺，可以實現對售后變速箱的檢測，掌握變速箱一手使用檢測數據，對質量反饋有很大的好處。原有變速箱大部分采用半自動方式進行檢測質量不穩定，本項目以自動化智能傳感器檢測控制方式取代現有的手工檢測方式，實現自動檢測過程，零部件質量問題及時發現及追溯效果將極大提高，生產效率提高，在提高車輛零部件質量和安全方面提供技術支持。變速箱質量的穩定，保證了產品合格率，生產工藝節拍上縮短加工周期，性價比較高，既保證了產能，又保證了質量的穩定性，潛在的經濟效益十分明顯，可以在多種零部件中，尤其是變速箱上進行技術推廣。