眾為興伺服QS7與觸摸屏結合在鎖螺絲機中的應用
一、背景
鎖螺絲機又稱自動送螺絲機、自動送鎖螺絲機、工業擰緊系統、螺絲鎖付機器人等，是用以取代傳統手工擰緊螺絲的機器。
手工的螺絲擰緊又包括純手工擰緊和電動螺絲刀或者氣動螺絲刀擰緊兩種，后者通過電動或者氣動的方式產生旋轉動力，以代替頻繁手工的擰緊動作，在某種程度上減輕了鎖螺絲的工作強度，但由于手工放置螺絲和對準螺絲頭部仍需要占用大量的工作時間和精力，因此整體效率提升比較有限。采用眾為興伺服驅動產品QS7和簡易觸摸屏結合實現一體化的全套行業解決方案，不僅能夠有效滿足自動鎖螺絲機的行業工藝要求，而且成本低，能夠實現客戶的利益最大化、操作人性化、選擇多樣化的需求。
二、系統組成
結合自動鎖螺絲機的行業工藝要求和客戶定制方案，該自動鎖螺絲機系統由我司的QS7伺服驅動器、weinview觸摸屏TK6070ik、專用伺服電機等組成。QS7與觸摸屏結合的方案與傳統的控制器相比，價格便宜，操作方便；與驅動器加文本顯示器加PLC控制的工業應用相比，QS7與觸摸屏結合檔次更高，中間省去了PLC，控制方案更優；觸摸屏與文本顯示器相比在人機界面、動畫顯示、操作設置等方面都更加直觀和便捷。
（1）控制器件
眾為興新一代伺服驅動器QS7AA020M，功率：0.75KW。性能穩定，轉矩平穩、無脈動。自帶RS485和RS232通訊,方便實現驅動器和觸摸屏或上位機連接，同時也可以一臺觸摸屏經RS485和多臺QS7驅動器連接通訊。能夠完全滿足自動鎖螺絲機工藝要求。
（2）人機界面
采用Weinview觸摸屏TK6070iK，16:9寬屏、7寸屏幕，可編程實現客戶定制工藝操作要求，動畫顯示，生動直觀，操作簡單。
（3）執行器件
鎖螺絲機用伺服電機。 功率：600w；電壓：220V ；電流：3.5A； 轉速：3000rpm；扭力：1.91Nm；峰值：5.73Nm。
QS7伺服驅動器和觸摸屏結合實現鎖螺絲機整體控制系統如圖一所示。
（圖一 QS7伺服驅動器加觸摸屏實現的自動鎖螺絲機控制系統框圖）
三、鎖螺絲機工藝功能實現
鎖螺絲機使用的伺服電機對轉速、力矩有較嚴格的要求，通過觸摸屏上參數設置來控制電機以滿足鎖螺絲機工藝對電機的轉速和力矩的要求。鎖螺絲機整體運動過程是：
1、按開始按鈕氣缸下降，旋轉軸到達螺絲位置上方。
2、給出發IO啟動伺服電機按照設定的低速速度1和圈數1旋轉，使螺絲刀與螺絲卡住。
3、按照設定的高速速度2和圈數2旋轉，預擰緊螺絲刀設定力矩的70%~90%。
4、伺服電機再慢速速度3和圈數3旋轉，啟動擰緊到設定力矩，驅動器輸出完成IO。
5、氣缸上升提起擰緊軸，一次完整的鎖螺絲過程結束。
在整個鎖螺絲過程中電機的轉速、旋轉圈數、預扭緊力矩、扭緊力矩都在觸摸屏上能實時顯示和設置，還能輸出報警信號，同時觸摸屏還應該設置有實時扭緊力矩曲線、實時扭力扭緊曲線、產量記錄、故障報警和記錄等功能。
（圖二 鎖螺絲機工藝功能過程）
TK6070iK觸摸屏通過RS485端口與QS7驅動器進行連接通訊，同時觸摸屏也可以通過RS485端口對多臺QS7驅動器進行控制。使用EB8000 Project Manager組態軟件定制觸摸屏上位機程序。QS7驅動器使用標準的modbus RTU協議，故在設備列表頁通訊設置如圖三所示。
QS7驅動器與觸摸屏之間通訊PLC類型選擇MODBUS RTU，接口類型選擇RS-485 2W,波特率選擇9600,8位數據位，1位停止位，無奇偶校驗。波特率、數據位、奇偶校驗等一定要與QS7內部的通訊方式設置一致。
（圖三 設備屬性頁通訊設置）
QS7內部具有與伺服電機相關的非常詳細的64個參數可供設置，分別為P0~P63。根據鎖螺絲機的運動流程，選擇與鎖螺絲機鎖螺絲過程直接相關的、可以快速設置和直觀顯示的幾個參數放到觸摸屏的主界面窗口中，方便使用者操作和實時查看。其它的參數可以設置在后置的幾個窗口中，如果在鎖螺絲機運行過程中控制需要時方便設置和查看。系統主窗口如圖四所示。
（圖四 觸摸屏參數管理主界面）
在觸摸屏界面中放置輸入、輸出元件時PLC名稱選擇MODBUS RTU；地址類型選擇6x；6x類型的地址在觸摸屏上代表可讀可寫的設備類型，讀功能碼是03H，寫功能碼是06H，與QS7內部的標準MODBUS RTU編寫的參數功能碼相對應；地址選擇QS7內部相應的參數地址。 元件地址設置如圖五所示。為了方便控制鎖螺絲機的啟動和停止，運用EB8000 Project Manager 軟件提供的宏指令功能，組合QS7的幾個相關參數設置出運行按鈕和停止按鈕，用功能鍵在主界面上提供運行、停止按鈕以方便操作。針對鎖螺絲機在運行過程中可能出現未擰緊螺絲、螺絲打滑、假擰緊等現象在主界面上設置相關的報警信息及報警記錄窗口，以及報警指示燈。當有相關的報警事件發生時報警指示燈亮起，點選“報警信心及記錄窗口”功能鍵，進入報警信息及記錄窗口界面查看及處理相關的報警信息。
（圖五 元件地址設置）
QS7內部的64個詳細參數可以在如圖六所示的連續三個窗口中進行設置，同時也可以將相應的參數寫入到EEPROM中，以防止掉電參數丟失。
（圖六 驅動器64個參數設置頁）
在EB8000 Project Manager 軟件中編寫好鎖螺絲機的文本控制程序后，將程序下載到觸摸屏中，通過RS485通訊線將觸摸屏和QS7驅動器連接進行系統參數修改和實時監控。
四、應用結果
在數控機械行業領域中，用驅動器和觸摸屏結合的方案取代價格昂貴的控制器以及文本顯示器與PLC和驅動器的結合完全可行，此方案不僅成本低、能夠實現客戶的利益最大化，而且能夠完全滿足客戶的定制要求，同時用觸摸屏定制人機界面生動直觀，操作簡單方便。本文設計的QS7與觸摸屏結合實現鎖螺絲機的工藝流程能夠成熟應用于鎖螺絲機行業中。
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