摘 要随着排放标准日益严格，三缸发动机越来越受消费者青睐。为解决三缸发动机的振动问题，需要加装一个平衡轴。平衡轴装配的自动化程度直接影响生产效率和驾驶舒适度。本文以汽车平衡轴的穿轴工位为控制对象，设计了一种基于PLC的控制系统，实现穿轴过程的自动化。该装配系统采用了上下位机结构，下位机采用了西门子300系列PLC控制器，可以实现气缸夹紧、壳体移动、轴的搬运、穿轴等运动控制。上位机采用触摸屏，实现对整个工作站状态的检测和控制。该控制系统上下位机之间通过工业以太网进行通讯。实际生产效果表明该控制系统可以满足用户对产品质量的要求，而且与人工相比，运行效率更高，生产的安全性得到了提升，工作环境也有所改善。
目 录
1.绪论 1
1.1课题研究的背景和意义 1
1.2课题研究的国内外现状和发展趋势 1
1.3本文的主要研究内容及工作 2
1.4论文章节安排 3
2．平衡轴穿轴工位控制系统方案设计 4
2.1系统概述 4
2.2控制系统工艺流程 4
2.2.1过程参数记录 4
2.2.2系统控制需求 5
2.3系统的总体设计 5
2.3.1控制系统方案 5
2.3.2控制系统总体框架设计 6
3．平衡轴装配控制系统硬件设计 8
3.1硬件选型 8
3.1.1执行机构选择 8
3.1.2传感器 9
3.1.3 PLC选型 11
3.1.4人机界面 14
3.2硬件电路设计 14
4．软件设计 17
4.1程序总体设计思路 17
4.2主要程序块说明 18
4.2.1.自由循环组织块OB1 18
4.2.2输出处理功能块FC500 19
4.2.3液氮部分处理模块FC565 20
4.2.4报警功能块FC580 22
5．控制系统触摸屏画面设计 24
5.1总体设计思路 24
5.2触摸屏与PLC通讯配置与变量定义 24
5.3画面设计的原则
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5.4控制系统的触摸屏画面设计 27
6．项目的调试及运行 30
6.1调试过程 30
6.2现场调试过程 30
6.3调试过程中出现的问题及解决方案 32
7．总结与展望 33
7.1系统总结 33
7.2展望 33
7.3控制系统对环境及社会可持续发展的影响 33
参考文献 35
致谢 36
附录 37
1.绪论
最近几年，自动化技术以及智能制造快速发展，特别是计算机技术、网络技术和通信技术的进步，人们可以利用许多成熟领先的技术，实现人们所设想的操作。随着“中国制造2025”的推广和人口红利的逐渐消失，传统制造业面临着适应新的市场环境。制造业急需转型升级。其中，提高自动化水平是改造升级的主要内容之一，市场上也对自动化设备的需求量很大。根据用户的需要，本次项目要实现汽车平衡轴总成穿轴工作站的自动控制。
1.1课题研究的背景和意义
如今汽车行业已经来到了转折点：一方面为了响应国家节能减排的号召，国内汽车企业不再生产大排量车型，或不选择高能耗进口汽车；另一方面，国家加大对新能源汽车行业的投入和节能车型的推广，包括长安CS15EV，比亚迪E5、荣威Ei5，新能源汽车得到飞速发展，有成为未来汽车主流车型的趋势。但是新能源汽车电池存在技术瓶颈，这阻碍了行业进步，而且短期内可能不会有太大的突破。
与此同时，传统的能源汽车也在探索新的出路。随着技术的进步，一个可行的方案是引进一种节能减排的小排量涡轮增压发动机，采用三个气缸。对于传统的四缸发动机，每台发动机有四个工作步骤：吸气、压缩、工作和排气。在一个运转循环中，四个气缸依次点火、压缩、工作和排气，功率输出非常一致。因为发动机的不规则性直接关系到气缸的数量，所以在气缸数较少的情况下，如果交替工作的间歇期在工作循环中变长，则功率输出会有所中断。三缸发动机也有这样的弊端。三缸发动机中的活塞总是上下移动。力是不均匀的。活塞会以不同的频率振动。一阶振动频率最低，容易与其它部件产生共振。这样三缸发动机在高速运转时就容易产生发动机抖动问题。为了解决三缸发动机的抖动问题，可以使用平衡轴。
平衡轴的作用主要是平衡和缓解发动机振动的问题，在发动机上安装平衡轴之后就可以达到降低声音、延长工作寿命和提高乘客舒适度的目的。这次项目就是要开发出可以实现平衡轴装配自动化的控制系统。
1.2课题研究的国内外现状和发展趋势
在制造平衡轴过程中，穿轴是十分重要的一环。如果用人工操作机器制造，不仅效率低下，而且产品合格率低，难以达到技术要求。所以需要设计出一套穿轴自动控制系统，这样不仅能减少生产成本，而且可以提高产品质量。目前工业生产上轴装配中主要有三种解决方案。
1.键配合装配
键配合是最为常用的配合方式，对工人的技术要求比较低，用普通的锤子就可以进行装配，是日常机械传动问题的主流解决方案。
2.锥套配合装配
该方案在实施时要求比较严格，对锥套和齿轮内孔的精度要求很高，进行装配的时候，必须要用到专业的配套液压设备，较重要的机械装配领域使用较广泛。
3.过盈配合装配
过盈配合也叫紧配合，工作流程是先对齿轮加热，待齿轮内孔受热膨胀后，已经加工好的齿轮轴就比较容易穿过齿轮了。如果装配完成，是特别难拆下的。
这次要使用到轴装配技术的产品平衡轴是安装在三缸发动机的汽车配件。三缸发动机与传统的四缸进行对比，三缸发动机会有排量小、成本低的优点。但是三缸发动机存在了发动机抖动的缺陷，而平衡轴在解决这个问题上起到了举足轻重的作用。所以平衡轴的市场前景还是十分可观的。本课题研究的穿轴自动化设计或将成为未来此类产品制造加工的主流趋势。

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