众为兴伺服QS7与触摸屏结合在锁螺丝机中的应用
一、背景
锁螺丝机又称自动送螺丝机、自动送锁螺丝机、工业拧紧系统、螺丝锁付机器人等，是用以取代传统手工拧紧螺丝的机器。
手工的螺丝拧紧又包括纯手工拧紧和电动螺丝刀或者气动螺丝刀拧紧两种，后者通过电动或者气动的方式产生旋转动力，以代替频繁手工的拧紧动作，在某种程度上减轻了锁螺丝的工作强度，但由于手工放置螺丝和对准螺丝头部仍需要占用大量的工作时间和精力，因此整体效率提升比较有限。采用众为兴伺服驱动产品QS7和简易触摸屏结合实现一体化的全套行业解决方案，不仅能够有效满足自动锁螺丝机的行业工艺要求，而且成本低，能够实现客户的利益最大化、操作人性化、选择多样化的需求。
二、系统组成
结合自动锁螺丝机的行业工艺要求和客户定制方案，该自动锁螺丝机系统由我司的QS7伺服驱动器、weinview触摸屏TK6070ik、专用伺服电机等组成。QS7与触摸屏结合的方案与传统的控制器相比，价格便宜，操作方便；与驱动器加文本显示器加PLC控制的工业应用相比，QS7与触摸屏结合档次更高，中间省去了PLC，控制方案更优；触摸屏与文本显示器相比在人机界面、动画显示、操作设置等方面都更加直观和便捷。
（1）控制器件
众为兴新一代伺服驱动器QS7AA020M，功率：0.75KW。性能稳定，转矩平稳、无脉动。自带RS485和RS232通讯,方便实现驱动器和触摸屏或上位机连接，同时也可以一台触摸屏经RS485和多台QS7驱动器连接通讯。能够完全满足自动锁螺丝机工艺要求。
（2）人机界面
采用Weinview触摸屏TK6070iK，16:9宽屏、7寸屏幕，可编程实现客户定制工艺操作要求，动画显示，生动直观，操作简单。
（3）执行器件
锁螺丝机用伺服电机。 功率：600w；电压：220V ；电流：3.5A； 转速：3000rpm；扭力：1.91Nm；峰值：5.73Nm。
QS7伺服驱动器和触摸屏结合实现锁螺丝机整体控制系统如图一所示。
（图一 QS7伺服驱动器加触摸屏实现的自动锁螺丝机控制系统框图）
三、锁螺丝机工艺功能实现
锁螺丝机使用的伺服电机对转速、力矩有较严格的要求，通过触摸屏上参数设置来控制电机以满足锁螺丝机工艺对电机的转速和力矩的要求。锁螺丝机整体运动过程是：
1、按开始按钮气缸下降，旋转轴到达螺丝位置上方。
2、给出发IO启动伺服电机按照设定的低速速度1和圈数1旋转，使螺丝刀与螺丝卡住。
3、按照设定的高速速度2和圈数2旋转，预拧紧螺丝刀设定力矩的70%~90%。
4、伺服电机再慢速速度3和圈数3旋转，启动拧紧到设定力矩，驱动器输出完成IO。
5、气缸上升提起拧紧轴，一次完整的锁螺丝过程结束。
在整个锁螺丝过程中电机的转速、旋转圈数、预扭紧力矩、扭紧力矩都在触摸屏上能实时显示和设置，还能输出报警信号，同时触摸屏还应该设置有实时扭紧力矩曲线、实时扭力扭紧曲线、产量记录、故障报警和记录等功能。
（图二 锁螺丝机工艺功能过程）
TK6070iK触摸屏通过RS485端口与QS7驱动器进行连接通讯，同时触摸屏也可以通过RS485端口对多台QS7驱动器进行控制。使用EB8000 Project Manager组态软件定制触摸屏上位机程序。QS7驱动器使用标准的modbus RTU协议，故在设备列表页通讯设置如图三所示。
QS7驱动器与触摸屏之间通讯PLC类型选择MODBUS RTU，接口类型选择RS-485 2W,波特率选择9600,8位数据位，1位停止位，无奇偶校验。波特率、数据位、奇偶校验等一定要与QS7内部的通讯方式设置一致。
（图三 设备属性页通讯设置）
QS7内部具有与伺服电机相关的非常详细的64个参数可供设置，分别为P0~P63。根据锁螺丝机的运动流程，选择与锁螺丝机锁螺丝过程直接相关的、可以快速设置和直观显示的几个参数放到触摸屏的主界面窗口中，方便使用者操作和实时查看。其它的参数可以设置在后置的几个窗口中，如果在锁螺丝机运行过程中控制需要时方便设置和查看。系统主窗口如图四所示。
（图四 触摸屏参数管理主界面）
在触摸屏界面中放置输入、输出元件时PLC名称选择MODBUS RTU；地址类型选择6x；6x类型的地址在触摸屏上代表可读可写的设备类型，读功能码是03H，写功能码是06H，与QS7内部的标准MODBUS RTU编写的参数功能码相对应；地址选择QS7内部相应的参数地址。 元件地址设置如图五所示。为了方便控制锁螺丝机的启动和停止，运用EB8000 Project Manager 软件提供的宏指令功能，组合QS7的几个相关参数设置出运行按钮和停止按钮，用功能键在主界面上提供运行、停止按钮以方便操作。针对锁螺丝机在运行过程中可能出现未拧紧螺丝、螺丝打滑、假拧紧等现象在主界面上设置相关的报警信息及报警记录窗口，以及报警指示灯。当有相关的报警事件发生时报警指示灯亮起，点选“报警信心及记录窗口”功能键，进入报警信息及记录窗口界面查看及处理相关的报警信息。
（图五 元件地址设置）
QS7内部的64个详细参数可以在如图六所示的连续三个窗口中进行设置，同时也可以将相应的参数写入到EEPROM中，以防止掉电参数丢失。
（图六 驱动器64个参数设置页）
在EB8000 Project Manager 软件中编写好锁螺丝机的文本控制程序后，将程序下载到触摸屏中，通过RS485通讯线将触摸屏和QS7驱动器连接进行系统参数修改和实时监控。
四、应用结果
在数控机械行业领域中，用驱动器和触摸屏结合的方案取代价格昂贵的控制器以及文本显示器与PLC和驱动器的结合完全可行，此方案不仅成本低、能够实现客户的利益最大化，而且能够完全满足客户的定制要求，同时用触摸屏定制人机界面生动直观，操作简单方便。本文设计的QS7与触摸屏结合实现锁螺丝机的工艺流程能够成熟应用于锁螺丝机行业中。
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