一、背景
鎖螺絲機(jī)又稱自動(dòng)送螺絲機(jī)、自動(dòng)送鎖螺絲機(jī)、工業(yè)擰緊系統(tǒng)、螺絲鎖付機(jī)器人等，是用以取代傳統(tǒng)手工擰緊螺絲的機(jī)器。
手工的螺絲擰緊又包括純手工擰緊和電動(dòng)螺絲刀或者氣動(dòng)螺絲刀擰緊兩種，后者通過電動(dòng)或者氣動(dòng)的方式產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)動(dòng)力，以代替頻繁手工的擰緊動(dòng)作，在某種程度上減輕了鎖螺絲的工作強(qiáng)度，但由于手工放置螺絲和對(duì)準(zhǔn)螺絲頭部仍需要占用大量的工作時(shí)間和精力，因此整體效率提升比較有限。采用眾為興伺服驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品QS7和簡(jiǎn)易觸摸屏結(jié)合實(shí)現(xiàn)一體化的全套行業(yè)解決方案，不僅能夠有效滿足自動(dòng)鎖螺絲機(jī)的行業(yè)工藝要求，而且成本低，能夠?qū)崿F(xiàn)客戶的利益最大化、操作人性化、選擇多樣化的需求。

二、系統(tǒng)組成
結(jié)合自動(dòng)鎖螺絲機(jī)的行業(yè)工藝要求和客戶定制方案，該自動(dòng)鎖螺絲機(jī)系統(tǒng)由我司的QS7伺服驅(qū)動(dòng)器、weinview觸摸屏TK6070ik、專用伺服電機(jī)等組成。QS7與觸摸屏結(jié)合的方案與傳統(tǒng)的控制器相比，價(jià)格便宜，操作方便；與驅(qū)動(dòng)器加文本顯示器加PLC控制的工業(yè)應(yīng)用相比，QS7與觸摸屏結(jié)合檔次更高，中間省去了PLC，控制方案更優(yōu)；觸摸屏與文本顯示器相比在人機(jī)界面、動(dòng)畫顯示、操作設(shè)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(qū)動(dòng)器QS7AA020M，功率：0.75KW。性能穩(wěn)定，轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)、無脈動(dòng)。自帶RS485和RS232通訊,方便實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)器和觸摸屏或上位機(jī)連接，同時(shí)也可以一臺(tái)觸摸屏經(jīng)RS485和多臺(tái)QS7驅(qū)動(dòng)器連接通訊。能夠完全滿足自動(dòng)鎖螺絲機(jī)工藝要求。

（2）人機(jī)界面
采用Weinview觸摸屏TK6070iK，16:9寬屏、7寸屏幕，可編程實(shí)現(xiàn)客戶定制工藝操作要求，動(dòng)畫顯示，生動(dòng)直觀，操作簡(jiǎn)單。

（3）執(zhí)行器件
鎖螺絲機(jī)用伺服電機(jī)。 功率：600w；電壓：220V ；電流：3.5A； 轉(zhuǎn)速：3000rpm；扭力：1.91Nm；峰值：5.73Nm。

QS7伺服驅(qū)動(dòng)器和觸摸屏結(jié)合實(shí)現(xiàn)鎖螺絲機(jī)整體控制系統(tǒng)如圖一所示。

（圖一 QS7伺服驅(qū)動(dòng)器加觸摸屏實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)鎖螺絲機(jī)控制系統(tǒng)框圖）

三、鎖螺絲機(jī)工藝功能實(shí)現(xiàn)
鎖螺絲機(jī)使用的伺服電機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)速、力矩有較嚴(yán)格的要求，通過觸摸屏上參數(shù)設(shè)置來控制電機(jī)以滿足鎖螺絲機(jī)工藝對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和力矩的要求。鎖螺絲機(jī)整體運(yùn)動(dòng)過程是：
1、按開始按鈕氣缸下降，旋轉(zhuǎn)軸到達(dá)螺絲位置上方。
2、給出發(fā)IO啟動(dòng)伺服電機(jī)按照設(shè)定的低速速度1和圈數(shù)1旋轉(zhuǎn)，使螺絲刀與螺絲卡住。
3、按照設(shè)定的高速速度2和圈數(shù)2旋轉(zhuǎn)，預(yù)擰緊螺絲刀設(shè)定力矩的70%~90%。
4、伺服電機(jī)再慢速速度3和圈數(shù)3旋轉(zhuǎn)，啟動(dòng)擰緊到設(shè)定力矩，驅(qū)動(dòng)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(jié)束。
在整個(gè)鎖螺絲過程中電機(jī)的轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)圈數(shù)、預(yù)扭緊力矩、扭緊力矩都在觸摸屏上能實(shí)時(shí)顯示和設(shè)置，還能輸出報(bào)警信號(hào)，同時(shí)觸摸屏還應(yīng)該設(shè)置有實(shí)時(shí)扭緊力矩曲線、實(shí)時(shí)扭力扭緊曲線、產(chǎn)量記錄、故障報(bào)警和記錄等功能。

（圖二 鎖螺絲機(jī)工藝功能過程）

TK6070iK觸摸屏通過RS485端口與QS7驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行連接通訊，同時(shí)觸摸屏也可以通過RS485端口對(duì)多臺(tái)QS7驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行控制。使用EB8000 Project Manager組態(tài)軟件定制觸摸屏上位機(jī)程序。QS7驅(qū)動(dòng)器使用標(biāo)準(zhǔn)的modbus RTU協(xié)議，故在設(shè)備列表頁(yè)通訊設(shè)置如圖三所示。
QS7驅(qū)動(dòng)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(shù)據(jù)位，1位停止位，無奇偶校驗(yàn)。波特率、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)等一定要與QS7內(nèi)部的通訊方式設(shè)置一致。

（圖三 設(shè)備屬性頁(yè)通訊設(shè)置）

QS7內(nèi)部具有與伺服電機(jī)相關(guān)的非常詳細(xì)的64個(gè)參數(shù)可供設(shè)置，分別為P0~P63。根據(jù)鎖螺絲機(jī)的運(yùn)動(dòng)流程，選擇與鎖螺絲機(jī)鎖螺絲過程直接相關(guān)的、可以快速設(shè)置和直觀顯示的幾個(gè)參數(shù)放到觸摸屏的主界面窗口中，方便使用者操作和實(shí)時(shí)查看。其它的參數(shù)可以設(shè)置在后置的幾個(gè)窗口中，如果在鎖螺絲機(jī)運(yùn)行過程中控制需要時(shí)方便設(shè)置和查看。系統(tǒng)主窗口如圖四所示。

（圖四 觸摸屏參數(shù)管理主界面）

在觸摸屏界面中放置輸入、輸出元件時(shí)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(shè)備類型，讀功能碼是03H，寫功能碼是06H，與QS7內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)MODBUS RTU編寫的參數(shù)功能碼相對(duì)應(yīng)；地址選擇QS7內(nèi)部相應(yīng)的參數(shù)地址。 元件地址設(shè)置如圖五所示。為了方便控制鎖螺絲機(jī)的啟動(dòng)和停止，運(yùn)用EB8000 Project Manager 軟件提供的宏指令功能，組合QS7的幾個(gè)相關(guān)參數(shù)設(shè)置出運(yùn)行按鈕和停止按鈕，用功能鍵在主界面上提供運(yùn)行、停止按鈕以方便操作。針對(duì)鎖螺絲機(jī)在運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)未擰緊螺絲、螺絲打滑、假擰緊等現(xiàn)象在主界面上設(shè)置相關(guān)的報(bào)警信息及報(bào)警記錄窗口，以及報(bào)警指示燈。當(dāng)有相關(guān)的報(bào)警事件發(fā)生時(shí)報(bào)警指示燈亮起，點(diǎn)選“報(bào)警信心及記錄窗口”功能鍵，進(jìn)入報(bào)警信息及記錄窗口界面查看及處理相關(guān)的報(bào)警信息。

（圖五 元件地址設(shè)置）

QS7內(nèi)部的64個(gè)詳細(xì)參數(shù)可以在如圖六所示的連續(xù)三個(gè)窗口中進(jìn)行設(shè)置，同時(shí)也可以將相應(yīng)的參數(shù)寫入到EEPROM中，以防止掉電參數(shù)丟失。

（圖六 驅(qū)動(dòng)器64個(gè)參數(shù)設(shè)置頁(yè)）

在EB8000 Project Manager 軟件中編寫好鎖螺絲機(jī)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(qū)動(dòng)器連接進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)修改和實(shí)時(shí)監(jiān)控。

四、應(yīng)用結(jié)果
在數(shù)控機(jī)械行業(yè)領(lǐng)域中，用驅(qū)動(dòng)器和觸摸屏結(jié)合的方案取代價(jià)格昂貴的控制器以及文本顯示器與PLC和驅(qū)動(dòng)器的結(jié)合完全可行，此方案不僅成本低、能夠?qū)崿F(xiàn)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(shí)用觸摸屏定制人機(jī)界面生動(dòng)直觀，操作簡(jiǎn)單方便。本文設(shè)計(jì)的QS7與觸摸屏結(jié)合實(shí)現(xiàn)鎖螺絲機(jī)的工藝流程能夠成熟應(yīng)用于鎖螺絲機(jī)行業(yè)中。