1 引言

作為汽車懸掛系統(tǒng)中主要零件，汽車鋼板彈簧起到了連接車架和車輪的作用。為了使鋼板彈簧的強度和使用壽命都能夠得到保障，生產(chǎn)過程中熱處理控制的重要性不言而喻。

通常汽車板簧熱處理工藝流程為淬火、成型、回火。本項目為一條汽車板簧自動化淬火線，前端由自動電磁鐵吸盤上料機將板簧放置到送料輸送鏈上，由輸送鏈輸送到淬火爐齒形梁上。淬火爐采用步進式齒形梁設(shè)計，分為動梁、靜梁。步進機構(gòu)采用液壓系統(tǒng)驅(qū)動動梁進行上升、前進、下降、退回動作，每動作一個周期，板簧在靜梁上前進一步，并且板簧在爐內(nèi)的位置可以在觸摸屏的料位監(jiān)測界面顯示。當(dāng)板簧前進到靜梁最后一步時，打開出料爐門，給爐口取料機器人發(fā)送取料信號。機器人接收到取料信號后開始動作，將板簧從靜梁上取出送到下道成型工序，并發(fā)出取料完成信號關(guān)閉爐門，完成一次取料動作。

2 項目開發(fā)平臺

利用西門子TIA Portal V14編程軟件，實現(xiàn)PLC(S7-300系列：CPU314C-2DP)對淬火流程的控制，以及PLC與觸摸屏之間的以太網(wǎng)通訊。通過MCGS軟件對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行監(jiān)控，使生產(chǎn)狀態(tài)實時顯示在觸摸屏上。

2.1 西門子TIA Portal V14簡介

TIA博途(TIA Portal)是西門子自動化的全新工程設(shè)計軟件平臺，TIA是Totally Integrated Automation(全集成自動化)的簡稱。TIA Portal V14集成了兩個軟件，專門用于PLC編程的STEP 7 V14 SP1 Professional和HMI編程的WinCC V14 SP1 Comfort。

2.2 MCGS簡介

MCGS(Monitor and Control Generated System,通用監(jiān)控系統(tǒng))，是一套基于Windows平臺的，用于快速構(gòu)造和生成上位機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，主要完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和監(jiān)測、前端數(shù)據(jù)的處理與控制。

3 工藝控制系統(tǒng)

為保持爐膛溫度，該生產(chǎn)線設(shè)置氣缸控制開關(guān)的出料爐門，正常狀態(tài)下關(guān)閉，只有取料時打開。所以正常生產(chǎn)過程中看不到爐膛內(nèi)的料位情況，如不采用自動取料設(shè)計，需要每步進一次就發(fā)一次取料信號，這樣會造成爐門和機器人很多不必要的空動作。采用自動取料設(shè)計后，只有在出料位有料的情況下才會開啟爐門，機器人進行取料，而且爐內(nèi)料位可以清楚的顯示在觸摸屏上，可以直觀的看到工件在爐膛內(nèi)的位置。依據(jù)淬火工藝自動化控制系統(tǒng)需求，工藝控制流程參見圖1所示。

圖1 控制系統(tǒng)流程圖

4 博圖V14通訊系統(tǒng)組態(tài) 首先進行PLC與觸摸屏的通訊設(shè)置。

在博圖V14中，首先在左側(cè)菜單“設(shè)備組態(tài)”中將PLC的模塊進行組態(tài)，參見圖2所示。

圖2 PLC模塊組態(tài)

找到“本地模塊”，在PLC模塊上右鍵“屬性”菜單，在“常規(guī)”選項卡中設(shè)置以太網(wǎng)地址，將IP地址設(shè)置為200.200.200.50,子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0，參見圖3所示。

圖3 設(shè)置PLC以太網(wǎng)地址

在MCGS軟件中打開“設(shè)備窗口”，在“設(shè)備工具箱”菜單中選擇“設(shè)備管理”，在“PLC—>西門子—>S7CP343&443TCP”菜單中選擇“西門子CP443-1以太網(wǎng)模塊”，雙擊添加到組態(tài)中，在右鍵屬性菜單中將本地IP地址設(shè)置為200.200.200.190，遠程IP地址設(shè)置為PLC的IP地址，本地端口號為3000，遠端端口號為102，參見圖4所示。

圖4 設(shè)置MCGS通訊參數(shù)

在觸摸屏上將IP地址設(shè)置為200.200.200.190(默認設(shè)置)，然后用網(wǎng)線將觸摸屏和PLC連接起來，由于PLC和觸摸屏IP在同一網(wǎng)段，這樣就組成一個局域網(wǎng)，實現(xiàn)了TCP通訊。

5 程序?qū)崿F(xiàn)

本設(shè)計的實現(xiàn)主要是利用西門子S7-300移位寄存器指令“SHRB”。

圖5 西門子PLC“SHRB”指令

該指令用于將位從指定源(DATA)寫入到移位寄存器，當(dāng)參數(shù)RESET的值為“0”時執(zhí)行該指令，從源讀取新數(shù)據(jù)并將其移到移位寄存器的起始地址(S_BIT)，其后所有位(N)都移動一位。移位后，最后一個地址(S_BIT+N)中包含的位將丟失。如果指令處理期間參數(shù)RESET設(shè)置為“1”，則移位寄存器中的地址將復(fù)位為“0”，并且不會發(fā)生移位。 移位的過程跟工件在爐膛中的步進過程非常相似，于是我們用位來表示工件，再將其在觸摸屏上顯示出來，就形象的展示出工件步進的過程。

該自動淬火線爐膛內(nèi)共有93個齒，我們在博圖V14的“程序塊”菜單中添加一個新的數(shù)據(jù)塊DB1，添加變量D900~D993，數(shù)據(jù)類型為“BOOL”，共建立93個位變量，分別代表爐膛內(nèi)的93個齒。

在MCGS窗口的“實時數(shù)據(jù)庫”選項卡中點擊“成組增加”，對象名稱填“D9”，起始索引值為“0”，增加的個數(shù)為“93”，對象類型為“開關(guān)”，點擊“確認”，就一次建立了D900~D993共93個開關(guān)變量，參見圖6所示。

圖6 MCGS中建立變量

在“設(shè)備窗口”雙擊“西門子CP443-1以太網(wǎng)模塊”，在彈出的設(shè)置窗口點擊“增加設(shè)備通道”，通道類型選擇“V數(shù)據(jù)寄存器”，通道地址為“1”，通道個數(shù)為“93”，數(shù)據(jù)類型為“通道的第00位”，點擊“確認”建立設(shè)備通道，參見圖7所示。

圖7 MCGS中建立設(shè)備通道

在“連接變量”窗口將93個開關(guān)變量與新建的93個設(shè)備通道一一對應(yīng)，參見圖8所示。

圖8 MCGS中連接變量

新建一個爐膛狀態(tài)頁面，用工具箱畫圖工具畫一個長條狀矩形，代表一根工件。在矩形右鍵菜單屬性中，將“可見度”選項打鉤，在“可見度”選項卡中，表達式一欄輸入D900=1，代表變量D900為1時圖形可見，參見圖9所示。

圖9 設(shè)置工件可見度屬性

依次類推在頁面中建立93個長條代表工件，參見圖10所示。

圖10 爐膛料位監(jiān)測

在博圖V14中調(diào)用移位寄存器指令“SHRB”，參見圖11所示。

圖11 程序?qū)崿F(xiàn)

進料檢測開關(guān)為安裝在進料端的一個光電開關(guān)，用于檢測步進動作時動梁上是否有工件被送至靜梁。“自動正向上升變量”為步進流程的開始動作，該段程序作用為，當(dāng)步進開始動作時，如果進料檢測開關(guān)檢測有料，則將步進第一個齒的開關(guān)變量D900置1，否則置0，其余變量向后移一位。在觸摸屏上看到的效果是哪個開關(guān)變量為1就能看到相應(yīng)的那個工件圖形，可以清楚的顯示工件在爐膛內(nèi)的位置。

變量D993為最后一個齒對應(yīng)的變量，每次步進完成后都對D993進行比較，如果為0，則經(jīng)過步進間隔時間后繼續(xù)進行下一次步進;如果為1，則停止步進，打開爐門并向機器人發(fā)出取料信號等待取料。機器人取料完成后向PLC發(fā)出取料完成信號，關(guān)閉爐門并將D993置0，繼續(xù)下一個步進周期。

6 結(jié)束語

本文主要介紹了一條汽車板簧自動淬火線中的料位監(jiān)測功能以及自動出料功能。 經(jīng)過長時間的生產(chǎn)驗證，證明本設(shè)計可以準確的監(jiān)測到工件在爐膛內(nèi)的位置，可以準確的向機器人發(fā)送取料信號，完成自動取料動作，達到設(shè)計目的。S7-300PLC和MCGS組成的控制系統(tǒng)功能滿足要求，系統(tǒng)可靠穩(wěn)定運行。

審核編輯：湯梓紅