基于S7—200控制器的插螺钉机改造

徐丹杰

摘 要：该文主要针对基于西门子S7-200可编程序控制器控制的插螺钉机在生产过程中经常出现撞坏吸头、插坏产品等问题，在保护现有投资的情况下，以最经济可行的方案解决存在问题，可以提供借鉴和参考。本文改造的插螺钉机作为典型的小型自动化设备应用于制造行业，它在各大领域的生产流水线上配套使用取代了很多重复性繁重人力操作。

关键词：插螺钉机 西门子S7-200 改造 气缸

中图分类号：U463 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）07（a）-0060-01

该文中的插螺钉机基于西门子S7-200 PLC控制的气动系统，主要控制的对象是气动回路，现在生产中的存在以下问题：（1）螺钉吸头时常被撞坏；（2）品有时被插裂；（3）产品测试拉力不够等。针对以上问题提出改造方案，供有类似的小型自动化设备提供借鉴和参考

1 改造方案

考虑成本、工期、原设备综合情况，选择改造方案。维持原有设备零部件，解决工作中出现以上的问题，从分析机器的原工作流程、气动回路、PLC控制程序三方面入手。

（1）工作流程。

原机器的执行器为：取料气缸、水平送料气缸、垂直工作气缸以及气缸前置吸盘，检测装置为气缸位置的磁性开关，整个机器工作过程一共划分为7步，相应顺序关系对应动作分析如表1所示。

（2）气动回路。

原机器采用的是双气缸工作，垂直气缸1为大气缸，负责快速下降到位，垂直气缸2为插接螺钉的小气缸，负责取料和插螺钉。小气缸其前置吸头，吸头由铜制成，顶部吸孔很小，只有0.3 mm，由小气缸驱动同时负责取料和插螺钉，取螺钉和插螺钉的力度和运行距离是一样的，而在插螺钉时下行必须有一定的力度，才能把螺钉插到塑胶产品的预定位置。由于取螺钉和插螺钉垂直运行距离是一样的，所以在进行机械位置调整时，既要保证正常预热（大气缸下降位置准确），又要保证插螺钉的位置（小气缸下降位置）、速度、力度合适。同时还要适应取螺钉的需要，也就是说大气缸回升位置要精准，使小气缸下降位置离取料点不能高，高了吸不到螺钉；也不能低，低了撞吸头。机械调整难度很大。取料和插螺钉力度需求不一致且有机械位置调整、手工放螺钉位置、送料气缸到位震动产生螺钉位置等偏差，当热吸头与冷螺丝相撞时很容易撞坏吸头，导致吸不起螺钉，致使机器无法工作。

为了解决这个问题，可采用工业机器人打螺钉，但成本高，原有机器完全废置。也可采用步进或伺服电动机驱动丝杠来控制，但原有气动传动和检测装置需废弃。现综合成本、工期、原设备状态提出了将原垂直运动的两个气缸改为一个气缸，原控制电磁阀由两个改为三个电磁阀，其他硬件不变。

（3）PLC控制程序。

改造气动回路后，调整掉小气缸的控制电磁阀，修改将原本垂直两个大小气缸的工作流程的程序部分修改即可，修改的参考PLC控制程序如下。

LD 启动状态位：M0.1

LPS

AN 送料气缸回位：M1.0

= 送料气缸：Q0.3

LRD

LD 真空检测：I0.5

A 送料气缸原位：I0.2

O 送料气缸回位：M1.0

ALD

= 送料气缸回位：M1.0

LRD

LD 真空检测：I0.5

O 取料延时：T41

ALD

TON 取料延时：T41， 10

LRD

LD 送料气缸到位：I0.3

AN 取料延时：T41

O 快速下降：M1.1

ALD

= 垂直气缸：Q0.0

LRD

A 送料气缸回位：M1.0

A 气缸返回传感器：I0.4

= 快速下降：M1.1

LRD

A 快速下降：M1.1

LPS

AN 快速时间：T39

= 垂直气缸调速1：Q0.1

LPP

TON 快速时间：T39， 30

AN 快速时间：T39

= 垂直气缸调速1：Q0.1

LPP

TON 快速时间：T39， 30

LRD

A 快速时间：T39

TON 加热时间：T40， 60

LRD

LD 加热时间：T40

O 垂直气缸调速2：Q0.2

ALD

= 垂直气缸调速2：Q0.2

LPP

A 加热时间：T40

TON 保压时间：T38， 20

调整后的程序，修改T39和T40定时参数，可以调整插螺钉的加工速度，现在按此方法制造出来的机器，即可达到柔性取料，不撞坏吸头，又能随意调整插螺钉位置、速度和力度，不受取料高度的限制。同时，拆下的短气缸还可用于热铆机、热压机等上面。

2 应用及推广

经过改造的机器，通过在北京及广州工厂的使用，使吸头报废率由原来1个/31K减少到1个/1132K，产品合格率由原来的92%提高到98%，噪音小，运行快速稳定，从而在北京及广州工厂得到了广泛的推广和应用。除此之外，这种控制方法还在手动热压机、热铆机上得到了应用，同样取得了很好的效果。

3 结语

该文研究的这种控制方法，可以适应类似设备上应用，具有成本低，寿命长，稳定性高，产品适应性强等特点。由于取螺钉和插螺钉采用不同电磁阀和不同时间控制，使其既适应了取料，又适应了插螺钉的需要。实践证明，这种控制方法，既保证了在取螺钉时不会撞坏吸头，又可以在插螺钉时保证产品质量，在类似设备上具有一定的推广价值。

参考文献

[1] SMC产品手册.

[2] 西门子S7-200使用手册.

[3] 西门子S7-200编程手册.