周平

（江西工程学院，江西新余338000）

基于PLC的自动拧螺钉机控制系统设计

周平

（江西工程学院，江西新余338000）

介绍了以西门子S7-200 PLC为核心的自动拧螺钉机控制系统。给出了自动拧螺钉机的气动设计、伺服电机设计、PLC设计。该机具有很好的可扩展性，应用效果良好。

PLC；螺钉；伺服控制

0　引言

螺钉是工业产品的一个零件，其规格多样，传统拧螺钉主要依靠人工，效率低，灵活性差，本文基于装配模块化、自动化的理念，介绍基于PLC的自动拧螺钉机设计。

1　自动拧螺钉机结构

自动拧螺钉机的主要工作过程概述如下：当检测到需进行螺钉装配的产品到位后，经止动气缸将其锁紧，通过气阀将螺钉从气管中导入，装配工作台移动定位，升降气缸带动伺服电机向下运动到位后，伺服电机驱动螺刀将螺钉拧紧。其主要结构如图1所示。

图1　拧螺钉机主要结构图

2　自动拧螺钉机气动控制设计

拧螺钉机工件夹紧、电机升降、螺钉导入主要由气压控制完成。托盘带工件下行至本工位时，电感式传感器检测托盘，发出控制信号，由止动气缸夹持工件，指示灯亮。启动吸气阀，导入螺钉。待装配台伺服定位后升降气缸带动伺服电机下降，电机转动螺刀紧固螺钉。气动原理如图2所示。

3　拧螺钉伺服电机控制设计［1-2］

采用伺服电动机驱动螺刀将螺钉拧紧，伺服电动机由伺服驱动器、电动机机体、编码器等组成。

图2　气动原理图

由计算得知拧螺丝的扭矩较小，选用松下电器的MQMA042A型伺服电机及与其配套的伺服放大器MQDA043A。该型伺服电机额定转矩1.3 N·m，最大转矩3.82 N·m，矩频特性能满足系统要求。

伺服电机控制模式有三种：位置控制、速度控制、转矩控制。系统采用位置控制模式。其伺服控制器控制接线如图3、4所示。

图4　伺服电机控制接线图

4　自动拧螺钉机控制PLC I/O分配［3］

拧螺钉机控制PLC选用S7-200（CPU226），输入端和输出端接线图如图5、6所示。

图5　PLC输入端接线图

图6　PLC输出端接线图

5　自动拧螺钉机PLC控制流程

拧螺钉单元主要完成对行程开关拧螺钉的装配，采用PLC控制，其控制流程如图7所示。

图7　自动拧螺钉机PLC程序流程图

6　结束语

利用PLC对拧螺钉机进行自动控制，系统的硬件结构简单，可靠性大大提高，且节省了成本，使螺钉装配的生产效率得到提高。

［1］松下电器公司.交流伺服电机驱动器使用说明［Z］.2005.

［2］赵蕴懿，李金萍.螺钉装配及防松技术［J］.航天制造技术，2008（5）：45-47.

［3］西门子公司.S7-200可编程控制器系统手册［Z］.2005.

［4］唐晓茜.多传感器螺栓预紧检测方法研究［D］.杭州：浙江工业大学，2009.

［5］阳宪惠.现场总线技术及其应用［M］.北京：清华大学出版社，2000.

Design of Automatic Screw Machine Based on PLC

ZHOU Ping
（Jiangxi College of Engineering，Xinyu338000，China）

The paper introduces the Siemens S7-200 PLC as the core of automatic screw machine control system.Then gives out the design of pneumatic，PLC and servo motor，this machine has a good scalability，the actual application effect is good.

PLC；screw；servo control

TP273

A文献标识码：1009-9492（2015）12-0114-03

10.3969/j.issn.1009-9492.2015.12.032

周平，男，1970年生，山东文登人，硕士，副教授。研究领域：自动化及机电技术。

（编辑：向飞）

2015-06-26