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UniMAT PLC在汽車發動機裝配線控制系統的應用

 

一、 系統概述

某汽車發動機廠原有兩條發動機裝配線,主要完成發動機的裝配工作。從機加線過來的發動機缸體通過電動吊裝設備放置于裝配線的托盤上托盤通過滾道依次通過裝配的各個工位,工人在每個工位上安裝相應的零件到發動機缸體上,最終生產線流程走完后發動機裝配完畢進入下一個工序。

      整條裝配線的工作流程如上圖所示,在發動機上線工位操作工操作電動起重機將機加線加工好的發動機缸體吊裝到發動機生產線的托盤上,發動機裝配線自動然后通過滾道將托盤按逆時針方向輸送到下一安裝工位上自動停止在該工位上,該安裝工位的操作工安裝依據該發動機的型號安裝相應的零件到發動機缸體上然后發出指令給裝配線,發動機托盤自動的被傳輸到下一工位,下一工位的操作工依次安裝相應的零件到發動機上,依次類推當發動機走到下線工位時該工位的操作工通過電動起重設備將安裝好的發動機吊離發動機裝配線完成發動機的生產。

裝配線上在一定的工位安裝的轉臺,舉升臺,翻轉機等設備,將發動機進行旋轉,舉升,翻轉等操作,方便后面的操作工進行安裝。

 

二 系統要求

a) 現場傳感器必須通過高IP等級的專用采集模塊通過通訊網絡傳輸到裝配線控制系統中。

b) 每個工位安裝一個操作箱,操作工通過操作箱上的按鈕控制發動機托盤旋轉,翻轉,舉升等動作,完成發動機的零件的裝配。

c) 現場每個需要正反轉的電機都必須配置帶機械連鎖裝置的正反轉接觸器,并且為每個電機配置帶輔助觸點的電機保護開關。

d) 所有的控制回路的供電電壓必須采用24V安全電壓,保證生產線上的人員安全。

e) 在主控操作臺上可以顯示每個工位電機,氣動元件的動作情況。當出現故障后,在主控臺上有相應的提示信息并且通過故障引導程序直接進入PLC控制程序中進行故障診斷處理。

三 系統配置與功能實現

根據系統控制要求,采用德國Siemens公司的PLC-300系列控制器作為整個裝配線的主體控制器,采用專門為現場操作箱設計的ET200M遠程I/O系統作為現場操作箱控制信號的采集系統,采用ET200eco高IP等級的I/O系統作為現場傳感器信號的采集系統,采用WinCC人機界面軟件和工控機組建成系統的操作監控站。

汽車發動機的裝配線有如下的特點:

1、控制站點眾多,控制信號零散

由于一臺發動機從缸體加工完成到裝配完畢要經過上百道工序,安裝上百個零件。每個工序上至少有一個操作工安裝相應的零件,要設置一個獨立的站點接受該操作工的控制指令。每個站點的控制信號又相對比較少,平均每個控制箱大約有10~20個輸入、輸出信號。

鑒于上述情況,如果將現場每個信號統一接入位于主控柜內的控制系統中,采用一般的集中分布控制的方式控制整個生產線,電纜的鋪設成本太高顯然不能滿足改造要求。故采用西門子提出的分布式總線控制系統的方案,采用現場I/O控制模塊ET200M就近布置,采集到的信號通過PROFIBUS總線傳輸到CPU中實現控制,省去了控制電纜的鋪設,節約了成本。

ET200M遠程I/O模塊采用億維公司UniMAT的I/O控制模塊UN 300系列,既節省了成本,又實現了相應的功能。

2、現場傳感器信號要求接入到高IP等級的I/O系統中

安裝于生產線上的光電開關信號由于接入控制箱的距離太長故采用高IP等級的I/O系統ET200eco。ET200eco的防護等級達到IP67可以直接安裝于生產線上不需要安裝電柜?,F場的光電信號直接接入到ET200eco通過PROFIBUS通訊網絡傳輸到CPU中,省去了鋪設電纜的麻煩,降低的工程成本。

3、所有的控制站點大約可以分成四種,同一種類的控制內容基本相同

發動機托盤一般在生產線上主要完成停止,旋轉,舉升,翻轉四個動作,控制程序必須自動完成上述的每一個動作,并且在上述動作執行的過程中操作工隨時可以干預動作的執行。

停止:發動機每到達一個裝配工位時自動停止,當操作工完成裝配后發出放行指令后自動放行。當前發動機的運行狀況不能夠影響到其他發動機的運行。

旋轉:在裝配線上有專門用于旋轉發動機托盤的設備——轉臺,當發動機經過轉臺時自動的停下,轉臺升起,旋轉90度或180度后,轉臺下降,發動機放行。

舉升:在裝配線上的四個轉角處有專門的舉升臺,當發動機經過舉升臺時托盤被舉起,然后位于舉升臺上的滾輪將托盤傳輸到下一條線上。

翻轉:有時要在發動機缸體的底部安裝零件就需要將發動機翻轉90度或180度進行安裝。當發動機托盤經過翻轉機時,托盤被自動的舉起離開生產線,翻轉機的手臂下降,夾緊發動機然后上升到一定高度,翻轉90~180度放下到托盤上。

4、要求發動機在輸送的過程中的動作盡可能自動完成,基本不用操作工干預以最大限度的減輕操作工的工作強度

當發動機托盤運行到一個工位時,自動完成該工位的動作,然后停止,等待操作工的指令,操作工完成裝配工作后,只需要按一個按鈕或用腳踩一個開關即可完成當前發動機的放行,進行下一發動機的裝配,最大限度的減輕的操作工的工作強度。

5、現場每個電機必須采用直流24V的接觸器控制保證操作安全

由于裝配線上的設備眾多,當出現短路時可能會嚴重的影響到其他設備的運行,因此生產線上的所有控制信號都采用直流24V供電,保證了裝配線上各種設備的安全。

6、每條裝配線設置一臺工控機顯示當前線上所有設備的動作情況,當設備出現故障后能夠以非常直觀的方式表現出來,并且可以直接跳轉到PLC程序中相應的控制位置方便故障的查詢

每條裝配線上設置一臺工控機顯示當前生產線上各種設備的動作情況,班長可以在工控機上看到生產線每個工作位上設備的動作情況,當某個設備出現故障后,工控機上就會非常直觀的顯示出來,用鼠標點擊該故障內容后就可以直接跳轉到PLC程序中的故障原因處,現場維護人員可以非常直接的查找故障原因。

7、主要監控界面

四 使用效果分析

該發動機裝配線原有控制系統為西門子S5控制系統,使用時間大概有十年以上故障率逐漸增多,且備件更換困難。改造成西門子S7CPU+UNIMAT兼容模塊組合的控制系統后故障率明顯減少,又節省了成本,使用一年后無一電氣設備出現故障,提高了設備運行率保證了生產的穩定運行。

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