回转装配工装控制系统设计及开发

于跃

摘 要：根据飞机壁板装配工装及定位装夹自动化要求，在分析现有工装系统特点基础上，提出了以可编程控制器SIMATIC S7-200为控制核心的回转装配自动工装系统，通过工艺过程分析、控制系统硬件选型和软件编程，实现了对飞机壁板夹紧、松开和回转装配工装位置的自动控制，该系统已用于配合五坐标自动制孔设备对翼面类部件的双面精准加工中。

关键词：回转工装;飞机装配;定位夹紧;PLC

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.17.004

0 引言

飞机部装装配过程中，使用传统的装配工装需要人工完成飞机壁板定位夹紧等一系列重复性工作，不仅效率低，耗费人力，而且在安装过程中壁板可能造成碰撞破损。针对上述问题，提出了以可编程控制器SIMATIC S7-200为核心的回转装配工装系统。该工装控制系统集检测、控制、通讯、气动技术为一体，采用气动夹紧装置对飞机壁板进行定位夹紧，能实现对工装旋转定位的自动控制。

1 回转装配工装系统組成

回转装配工装系统结构如图1所示，包括回转工装骨架、回转平台、三根定位立柱、半圆形导轨等结构和控制系统。在飞机装配过程中，回转装配工装配合自动制孔设备完成对飞机壁板的自动制孔加工，自动制孔设备用于飞机自动化装配中机翼蒙皮的制孔，采用五坐标立柱形式，它由支撑移动定位平台和多功能末端执行器组成，自动制孔设备可沿X向移动。工作中将待制孔的飞机壁板工件放在回转装配工装上，回转装配工装系统根据工艺要求实现自动旋转和位置控制，以便自动制孔设备对工件进行精准双面加工。

2 自动工装系统的工艺过程分析

回转装配工装配合自动制孔设备完成对飞机壁板的双面加工，根据实际工况需定义三个关键工位，一工位、二工位、三工位。由三根立柱作为工位基准，每个立柱上有电磁阀控制气路通断，从而控制定位夹紧装置的夹紧和松开，工装在三个工位配合自动制孔设备完成对飞机壁板的制孔。

回转装配工装处于一工位，工装框架与自动制孔设备X轴正方向成90度角，进行工件上架、安装上下翼面装配紧固件等工作，主要利用回转装配工装骨架上满足飞机壁板尺寸的装卡夹具固定工件，同时利用五个气缸进一步固定工件。

回转装配工装处于二工位，工装框架与设备X轴正方向成0度角，对工件进行正面制孔及补充制孔工作。回转工装处于三工位，工装框架与设备X轴正方向成180度角，对工件进行反面制孔及补充制孔工作。在三工位完成工件反面制孔工作后，自动制孔设备自动退回原始位置，同时自动设备给工装系统发出联络信号，回转装配工装由三工位旋转到一工位，此时定位夹和定位销将工装夹紧，五个气缸松开，该工位完成分解工艺紧固件、产品下架等工作，最终完成对工件的双面制孔。

3 控制系统整体设计及开发

回转装配工装控制系统遵循电气控制系统的基本原则，保证系统具有先进性，实时性，安全性，经济型，易维护性[1]。该控制系统以西门子S7-200可编程逻辑控制器为核心，接收现场的光电开关感应信号，控制面板上的按钮操作信号，还有来自自动制孔设备的远程联络通讯信号，同时对检测接收到的各种信号通过程序逻辑处理之后对现场气动装置、电机器件等实施控制，而且系统具有指示灯输出及其故障的声光报警功能。

3.1 控制系统硬件选型

结合机械结构对回转装配工装中的被控对象进行分析，对控制信号进行统计，该控制系统共计51个数字量输入点和共计39个数字量输出点，留有10%余量。该控制系统采用了S7 CN系列的CPU226主机，扩展两个数字输入输出模块EM223和EM221，完成数据采集，及对电磁阀和电机的控制，满足了回转装配工装控制系统的要求。

对PLC数字量输入输出点，以及外部24V直流供电器件进行统计，计算了消耗总电流大小，CPU226自身带的24V电源不能满足该电路的需要，所以再选择一个稳定输出的24V，3A直流电源模块，为输入输出模块及24V直流供电器件提供工作电源。

对系统的控制回路以及动力回路，设有保护措施，采用具有“组合功能”的模式，使用空气开关、断路器、接触器、热继电器等，组成不同功能的回路，完成该系统对电动机、可编程逻辑控制器、电磁阀等主要器件的保护功能。

3.2 软件设计及开发

软件采用西门子公司的STEP7-Micro/win32标准工具编程软件，应用该软件确定I/O端子地址分配。系统的控制程序采用模块化结构设计方法，通过检测判定程序使得各个模块之间既相互独立又有内在联系。该回转装配工装实现制孔设备和工装设备独立控制，工装设备控制可以实现对旋转工装手动、自动操作，同时设有保护、故障报警指示等功能。

4 结论

本文介绍了基于PLC控制的回转装配工装的设计方法，详细阐述了回转装配工装的整体设计方案、主要工艺过程设计、控制系统硬件选型和软件编程。实践应用证明，采用该回转装配工装配合自动制孔设备对飞机壁板进行制孔加工，缩短了自动制孔的生产准备周期，减轻了工人劳动强度，提高了整个过程的生产效率和产品质量。

参考文献：

[1]SIEMENS SIMATIC.S7-200可编程序控制器系统手册[Z].2004.

[2]吴中俊，黄永红.可编程序控制器原理及应用[M].北京：机械工业出版社，2008.