IFM传感器在WG售后变速箱改造中的应用

蓝伟铭，张敏坚

（1.柳州职业技术学院 机电工程学院，广西 柳州 545005；
2.柳州采埃孚机械有限公司，广西 柳州 545000）

工程机械装备中最具竞争力的装载机，一直是工程机械装备发展的重要引领，装载机变速箱以高精度的数控机床进行打造，装配技术是质量的保证，对工程机械的变速箱质量检测则非常重要，变速箱是否合格判断指标来源于检测设备，工业中的质量检测专用设备有着极其重要的地位。为了保证能够如实反映设备的真实质量，为后续的改进和质量分析提供第一手的一线数据尤为重要。

某工程车变速箱自动检测系统的改造，在目前针对变速箱的全方位检测需要购买市场上进口价格昂贵的检测设备，但是，由于价格高配件维护费用高的原因，购买一套用于进行变速箱性能检测的型号设备价格高昂，企业在生产线上目前也就购置了一台作为检测使用，而在变速箱售后时需要对其在实际使用后发生故障的变速箱，则无法再占用线上的检测装备来进行检测质量。所以，在原有备用变速箱的售后自动检测台基础上进行改造，可以专门针对售后变速箱进行检测，掌握变速箱第一手实际使用的检测数据，价格又相对经济，对质量检测有非常大的现实意义。车辆变速箱目前大部分采用自动方式检测、局部检测等，每年的汽车零部件需求量非常大，而质量检测效率较低且质量相对不稳定，零部件不合格率相对较高，导致售后故障增加。本项目以自动化智能传感器检测控制方式实现自动检测过程，零部件质量将得到第一手数据进行调整，从售后检测向售前检测平移，生产效率提高，在提高零部件质量和安全方面提供数据等技术支持。

售后变速箱原有的压力采用传统的机械式压力表显示，压力检测精度不高，无法进行信号数字采集，包括温度信号检测也未能达到高精度检测，检测台上也未装设扭矩测试装置即不具备扭矩测试功能。改造售后变速箱测试台主要目的是对原有的传感器进行升级和更换，且在原有基础上完善连接方式，采用现场级别的通信方式实现对各个传感器的信号读取，数据更为真实可靠。信号检测元件优先采用进口器件(优选与装配线实验台通用型号)，保障测试精度和稳定。对设备的计划及改造方案，选取易福门的数字化传感器、分布式模块及系统解决方案。系统改造拓扑图，如图1所示。

图1 系统改造拓扑图

为了能够达到改造检测台的设计功能，有针对性地进行了检测台关键监测点的现场数据采集，如压力信号、流量信号、温度信号、扭矩信号等传感器的选型。传感器选型表，如表1所示。

表1 传感器选型列表

2.1 通信方式选取

IO-Link技术是一种将传统和智能传感器和执行器集成在自动化系统中的低成本通信接口技术，是全球首个用于与传感器和执行器通信的标准化I/O技术（IEC 61131-9），也是智能传感器的第一个开放标准。旨在简化工厂车间的智能传感器和智能设备连接，是一种独立于现场总线的通信接口，大大简化了设备的连接和集成。从测量元件中输出的模拟量信号被转换成数字信号，IO-Link只需做一次转换。避免转换过程的精度损失。IO-Link主站产品AL11系列，具有4Port/8Port口AL1100/1102的Profinet通信功能。AL1102是一款带Profinet接口的IO-Link主机，用于现场应用的I/O模块，工作电压DC 20-30V。选择IO-Link配件，如表2所示。

表2 IO-link配件表

2.2 控制器选型

根据改造系统的需求，结合目前主流PLC的应用情况，并根据企业项目指定需求，采用德国西门子的S7-1200 PLC作为项目控制器，添加1块数字I/O模块和2块模拟量模块。使用博图TIA16进行项目组态及编程。如表3所示。

表3 变速箱测试改造PLC系统配置表

IFM的IO-Link通过链接LR DEVICE软件，该软件可对所有带IO-Link接口的传感器和执行器以及IFM IO-Link主站的过程数据进行统一的参数设置和显示。IFM使用LR DEVICE软件进行设置，通过IP IO-Link主站在线设定参数，IO-Link 设备通过IP搜索IO-Link主站连接至PC，已连接传感器的参数即加载至软件。在此处可以适配网络和共享中心的 PC 网络地址。LR DEVICE 侦测的IO-Link主站地址和计算机网络地址在同一个网络内才能被修改。单击IO-Link主站可以设置IO-Link主站的参数为随机显示。设定网络IP地址、Application Tag和其他参数，[Devices]显示IOLink主站的已用端口。单击[P1]显示端口1上的设备。此时会打开已连接IO-Link设备的参数。预设将开启设定[全部]，全部参数均会显示，并可进行编辑。就参数的针对性输入而言，请选择所需的类别，然后对参数进行编辑。在控制台处可提供以下选项：显示仪器：测量值和开关状态以各自现状以显示仪器的形式显示。单击[Cockpit]，控制台将显示当前测量值和输出反应。

现场安装AL1102 IO-LINK模块，更换掉原有的传感器，将所需传感器接入模块接口。本项目由于有多个传感器需要通过AL1102型号的IO-LINK远程I/0模块进行连接，总共需要两个IO-LINK模块。在TIA博图软件中组态AL1102，打开博途软件新建项目，选择组态CPU1215C，在“网络视图”里添加AL1102，并连接到PLC。添加AL1102用于导入的GSD文件，在博途软件中点击“Options”-“Manage general station description files（GSD）”，在弹出的窗口里选择GSD文件放置路径，再点击“INSTALL”，等待安装完毕后退出该窗口。然后连接硬件设备。在博途软件里“NETWORK VIEW”界面双击AL1102模块，在“DEVICE VIEW”里依次拖进一个8 Ports和对应端口的4 byte输入。拖入的输入会自动分配I区地址。用易福门的专用软件LR DEVICE来进行设置，项目中将第一块IFM 的远程I/O模块AL1102设置为192.168.0.20，第二块AL1102模块的IP地址设置为192.168.0.21。

传感器的信号处理以离合器倒挡压力为例，经过IO-LINK可直接将压力传感器的信号通过AL1102-1模块输入通道X1进入PLC，使用“转换值”指令将读取参数IN 的内容，并根据指令框中选择的数据类型对其进行转换。转换值将在OUT输出处输出。通过CONV指令把变量ClutchRev_1对应地址IW68信号进入的16位整数转换成32位整数，存放在MD68中。将该值除以100为转换后的实际压力值BAR实数型输出MD1068，得到实际的工程值。如图2所示。

图2 部分参考程序

本项目使用到的都是德国原装的传感器，对变速箱在测试中的各个环节都进行了替代升级，检测精度比原有的传感器精度均有质的提升，大大提高了检测的质量。传感器大部分都能够直接通过自带的变送器实现模拟量到数字量的转换，比起传统的用PLC自带的模拟量模块或者远程I/O模拟量模块再进行AD转换进行转换要便捷。设备改造过程中省去了原有过多的常规接线，使用了IO-LINK的信号采集通信方式，将原有大部分的传感器集中进行信号采集，通过IO-LINK远程模块与主控PLC进行PRIFINET连接，极大提高了使用效率。通过在西门子1200PLC对IFM IO-LINK远程模块GSD的导入并进行组态。方便地与IFM设备进行连接，信号地址分配自动完成，编程时直接对地址数据进行处理即可。

本课题项目主要完成工程车变速箱自动检测系统的研制，应用前景非常广阔，目前工程机械大中型企业全自动化检测设备，由于价格高维护费用高的原因，经过改造升级一台备用的自动检测台，可以实现对售后变速箱的检测，掌握变速箱一手使用检测数据，对质量反馈有很大的好处。原有变速箱大部分采用半自动方式进行检测质量不稳定，本项目以自动化智能传感器检测控制方式取代现有的手工检测方式，实现自动检测过程，零部件质量问题及时发现及追溯效果将极大提高，生产效率提高，在提高车辆零部件质量和安全方面提供技术支持。变速箱质量的稳定，保证了产品合格率，生产工艺节拍上缩短加工周期，性价比较高，既保证了产能，又保证了质量的稳定性，潜在的经济效益十分明显，可以在多种零部件中，尤其是变速箱上进行技术推广。