PLC控制器在汽车发动机装配的应用

一、系统概述
某汽车发动机厂原有两条发动机装配线，主要完成发动机的装配工作。

从机加线过来的发动机缸体通过电动吊装设备放置于装配线的托盘上托盘通过滚道依次通过装配的各个工位，工人在每个工位上安装相应的零件到发动机缸体上，最终生产线流程走完后发动机装配完毕进入下一个工序。

整条装配线的工作流程如上图所示，在发动机上线工位操作工操作电动起重机将机加线加工好的发动机缸体吊装到发动机生产线的托盘上，发动机装配线自动然后通过滚道将托盘按逆时针方向输送到下一安装工位上自动停止在该工位上，该安装工位的操作工安装依据该发动机的型号安装相应的零件到发动机缸体上然后发出指令给装配线，发动机托盘自动的被传输到下一工位，下一工位的操作工依次安装相应的零件到发动机上，依次类推当发动机走到下线工位时该工位的操作工通过电动起重设备将安装好的发动机吊离发动机装配线完成发动机的生产。

装配线上在一定的工位安装的转台，举升台，翻转机等设备，将发动机进行旋转，举升，翻转等操作，方便后面的操作工进行安装。

二、系统要求
a)现场传感器必须通过高IP等级的专用采集模块通过通讯网络传输到装
配线控制系统中。

b)每个工位安装一个操作箱，操作工通过操作箱上的按钮控制发动机托盘
旋转，翻转，举升等动作，完成发动机的零件的装配。

c)现场每个需要正反转的电机都必须配置带机械连锁装置的正反转接触
器，并且为每个电机配置带辅助触点的电机保护开关。

d)所有的控制回路的供电电压必须采用24V安全电压，保证生产线上的人
员安全。

e)在主控操作台上可以显示每个工位电机，气动元件的动作情况。

当出现
故障后，在主控台上有相应的提示信息并且通过故障引导程序直接进入
PLC控制程序中进行故障诊断处理。

三、系统配置与功能实现
根据系统控制要求，采用德国Siemens公司的PLC-300系列控制器作为整个装配线的主体控制器，采用专门为现场操作箱设计的ET200M远程I/O系统作为现场操作箱控制信号的采集系统，采用ET200eco高IP等级的I/O系统作
为现场传感器信号的采集系统，采用WinCC人机界面软件和工控机组建成系统的操作监控站。

汽车发动机的装配线有如下的特点：
1、控制站点众多，控制信号零散
由于一台发动机从缸体加工完成到装配完毕要经过上百道工序，安装上百个零件。

每个工序上至少有一个操作工安装相应的零件，要设置一个独立的站点接受该操作工的控制指令。

每个站点的控制信号又相对比较少，平均每个控制箱大约有10～20个输入、输出信号。

鉴于上述情况，如果将现场每个信号统一接入位于主控柜内的控制系统中，采用一般的集中分布控制的方式控制整个生产线，电缆的铺设成本太高显然不能满足改造要求。

故采用西门子提出的分布式总线控制系统的方案，采用现场I/O 控制模块ET200M就近布置，采集到的信号通过PROFIBUS总线传输到CPU中实现控制，省去了控制电缆的铺设，节约了成本。

ET200M远程I/O模块采用亿维公司UniMAT的I/O控制模块UN 300系列，既节省了成本，又实现了相应的功能。

2、现场传感器信号要求接入到高IP等级的I/O系统中
安装于生产线上的光电开关信号由于接入控制箱的距离太长故采用高IP等级的I/O系统ET200eco。

ET200eco的防护等级达到IP67可以直接安装于生产线上不需要安装电柜。

现场的光电信号直接接入到ET200eco通过PROFIBUS通讯网络传输到CPU中，省去了铺设电缆的麻烦，降低的工程成本。

3、所有的控制站点大约可以分成四种，同一种类的控制内容基本相同
发动机托盘一般在生产线上主要完成停止，旋转，举升，翻转四个动作，控制程序必须自动完成上述的每一个动作，并且在上述动作执行的过程中操作工随时可以干预动作的执行。

停止：发动机每到达一个装配工位时自动停止，当操作工完成装配后发出放行指令后自动放行。

当前发动机的运行状况不能够影响到其他发动机的运行。

旋转：在装配线上有专门用于旋转发动机托盘的设备——转台，当发动机经过转台时自动的停下，转台升起，旋转90度或180度后，转台下降，发动机放行。

举升：在装配线上的四个转角处有专门的举升台，当发动机经过举升台时托盘被举起，然后位于举升台上的滚轮将托盘传输到下一条线上。

翻转：有时要在发动机缸体的底部安装零件就需要将发动机翻转90度或180度进行安装。

当发动机托盘经过翻转机时，托盘被自动的举起离开生产线，翻转机的手臂下降，夹紧发动机然后上升到一定高度，翻转90～180度放下到托盘上。

4、要求发动机在输送的过程中的动作尽可能自动完成，基本不用操作工干
预以最大限度的减轻操作工的工作强度
当发动机托盘运行到一个工位时，自动完成该工位的动作，然后停止，等待操作工的指令，操作工完成装配工作后，只需要按一个按钮或用脚踩一个开关即可完成当前发动机的放行，进行下一发动机的装配，最大限度的减轻的操作工的工作强度。

5、现场每个电机必须采用直流24V的接触器控制保证操作安全
由于装配线上的设备众多，当出现短路时可能会严重的影响到其他设备的运行，因此生产线上的所有控制信号都采用直流24V供电，保证了装配线上各种设备的安全。

6、每条装配线设置一台工控机显示当前线上所有设备的动作情况，当设备
出现故障后能够以非常直观的方式表现出来，并且可以直接跳转到PLC程序中相应的控制位置方便故障的查询
每条装配线上设置一台工控机显示当前生产线上各种设备的动作情况，班长可以在工控机上看到生产线每个工作位上设备的动作情况，当某个设备出现故障后，工控机上就会非常直观的显示出来，用鼠标点击该故障内容后就可以直接跳转到PLC程序中的故障原因处，现场维护人员可以非常直接的查找故障原因。

7、主要监控界面
四使用效果分析
该发动机装配线原有控制系统为西门子S5控制系统，使用时间大概有十年以上故障率逐渐增多，且备件更换困难。

改造成西门子S7CPU+UNIMAT兼容模块组合的控制系统后故障率明显减少，又节省了成本，使用一年后无一电气设备出现故障，提高了设备运行率保证了生产的稳定运行。

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