基于PLC的汽車(chē)焊接機(jī)器人控制研究

王少昌 楊曉東 劉成華

摘 要：汽車(chē)焊裝操控機(jī)器人是屬于汽車(chē)產(chǎn)品制造流程中最常用到的一款焊制裝備，其操控機(jī)構(gòu)的性能優(yōu)劣極為關(guān)鍵。本文將以美國(guó) Allen Bradley公司生產(chǎn)的1756 L73S為中心控制機(jī)構(gòu)的焊接流程及焊裝智能機(jī)器人作為實(shí)際例證，對(duì)汽車(chē)產(chǎn)品焊制流程中的智能化焊裝控制做出了系統(tǒng)的探討和分析，給汽車(chē)制作流程中焊裝智能機(jī)器人的普及運(yùn)用提供有益的參考。

關(guān)鍵詞：PLC技術(shù)；汽車(chē)制造；焊裝機(jī)器人；操作控制

由于當(dāng)今高科技工業(yè)技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)式發(fā)展，汽車(chē)工業(yè)的智能化控制水平也在不斷升高，特別是在近一個(gè)時(shí)期以來(lái)，汽車(chē)使用者的多重化功能需求不斷擴(kuò)展和豐富，汽車(chē)工業(yè)的生產(chǎn)模式亦逐步擺脫了以往大規(guī)模、單一生產(chǎn)線的制作流程，開(kāi)始轉(zhuǎn)向柔性化、豐富化、精品化、藝術(shù)化的制作機(jī)制，汽車(chē)焊制作業(yè)流程對(duì)焊裝機(jī)構(gòu)中的多功能化、靈活化程度控制標(biāo)準(zhǔn)愈發(fā)嚴(yán)格。時(shí)下汽車(chē)工業(yè)體系中的白車(chē)身生產(chǎn)流程通常都是選擇精準(zhǔn)程度極高、操作功效甚佳、柔性功能優(yōu)異的激光型焊制操控機(jī)器人。本文以1756 L73S一族中的PLC控制模式的白車(chē)體制作流程為研究實(shí)例，對(duì)PLC型控制流程及焊裝機(jī)器人的高功效、高品質(zhì)、強(qiáng)柔性的信號(hào)傳遞及生產(chǎn)作業(yè)流程展開(kāi)系統(tǒng)的闡釋?zhuān)M(jìn)而給PLC技術(shù)在汽車(chē)焊接流程的實(shí)際運(yùn)用及大力推廣創(chuàng)造有利的條件。

1 汽車(chē)焊裝流程及PLC控制器功能介紹

PLC程序控制器是現(xiàn)階段工業(yè)上運(yùn)用最為廣泛的一款可編程的邏輯管控裝置，其可依托內(nèi)部速算來(lái)實(shí)現(xiàn)以往式的繼電裝置的程序化控制過(guò)程、即時(shí)數(shù)學(xué)運(yùn)算過(guò)程以及模擬程序處置過(guò)程，并且尚可服務(wù)于多項(xiàng)條款間的密切溝通。PLC技術(shù)在汽車(chē)工業(yè)生產(chǎn)中獲得了充分的實(shí)踐應(yīng)用，其在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中具備效能顯著、編程簡(jiǎn)潔、平穩(wěn)性良好的特點(diǎn)。白車(chē)體是汽車(chē)結(jié)構(gòu)中各類(lèi)功能的支撐載體，在其未作外表涂裝、內(nèi)部裝飾以及整車(chē)總成之前，第一要先實(shí)施焊裝工序，而在整個(gè)白車(chē)體的焊制階段中，其車(chē)門(mén)部位的焊制是總體焊制作業(yè)中的基礎(chǔ)部分，車(chē)門(mén)對(duì)接品質(zhì)的優(yōu)劣在很大程度上關(guān)聯(lián)著整臺(tái)車(chē)的技術(shù)性能。[1]

2 車(chē)門(mén)焊制控制機(jī)構(gòu)及其硬件組成

車(chē)門(mén)對(duì)接工藝一般包含兩架激光對(duì)接機(jī)器人及四處焊接平臺(tái)，其第一個(gè)工位是重點(diǎn)留作焊裝玻璃引槽及防撞桿之用，而其第2個(gè)工位是重點(diǎn)擔(dān)負(fù)焊制鉸鏈筋板及內(nèi)裝飾筋板，其第3個(gè)工位重點(diǎn)擔(dān)負(fù)鉸鏈筋板及防撞桿的焊制任務(wù)，第4個(gè)工位重點(diǎn)擔(dān)負(fù)焊裝外壁窗欄。車(chē)門(mén)焊制工序中的控制機(jī)構(gòu)重點(diǎn)涵蓋PLC控制器、操控臺(tái)、工件夾具、氣壓通路以及激光型焊制機(jī)器人等多個(gè)類(lèi)型的控制機(jī)件，PLC控制器對(duì)整體焊接系統(tǒng)實(shí)施操作控制，其傳入訊息是操作臺(tái)傳出的操控指令及來(lái)自于各類(lèi)傳感器的顯示內(nèi)容，傳出的指令訊息即由相應(yīng)的智能機(jī)器人、夾具油缸、電磁控制閥等來(lái)具體落實(shí)，而在整體操控機(jī)構(gòu)的運(yùn)作程序中，對(duì)激光焊裝機(jī)器人的動(dòng)作管控是最為重要的。[2]

3 針對(duì)PLC控制機(jī)構(gòu)的硬件構(gòu)成分析

在對(duì)汽車(chē)車(chē)門(mén)機(jī)構(gòu)進(jìn)行焊接的操作環(huán)節(jié)中，必須謹(jǐn)慎管控的操作部位包括夾具機(jī)構(gòu)中的氣缸油路，每具氣缸內(nèi)含有一種多功能的電磁性切換閥及兩個(gè)定位傳感部件，另外還擁有焊接操控機(jī)器人的通信入口及夾具本體的辨識(shí)信號(hào)，而1756 L73S成套產(chǎn)品中PLC控制器的I/O引入點(diǎn)在不增設(shè)I/O程序模塊的狀態(tài)下，最多能容有250個(gè)，故此能夠達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求，因而應(yīng)選取1756 L73SCPU226、EM211數(shù)字量程序模塊及EM223數(shù)量引出程序模塊即能符合整體控制機(jī)構(gòu)的功能要求。

在實(shí)施車(chē)門(mén)焊接作業(yè)步驟中，其激光型焊接操作環(huán)節(jié)中通常會(huì)放射出很多的光能和熱能，由此產(chǎn)生的小區(qū)域高溫狀態(tài)對(duì)操控體系也會(huì)造成極大的負(fù)面影響，而當(dāng)氣壓通道中的壓力上漲時(shí)會(huì)降低夾具的穩(wěn)固性，故此需強(qiáng)化功能數(shù)字模塊EM235，以此對(duì)焊裝作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中的操控溫度及壓力狀態(tài)開(kāi)展實(shí)地的監(jiān)控，當(dāng)超越其臨界值時(shí)，PLC控制機(jī)構(gòu)即會(huì)馬上摘除供電電源，強(qiáng)行中斷系統(tǒng)運(yùn)作，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定生產(chǎn)功能的目標(biāo)。[3]

4 針對(duì)PLC控制機(jī)構(gòu)的軟件組成分析

在針對(duì)于應(yīng)用PLC控制器的調(diào)控體系中，所選取的是模塊型的控制套路，焊裝作業(yè)流程的管控及焊制機(jī)器人的行為動(dòng)作管控是屬于相互獨(dú)立的兩類(lèi)控制模塊，PLC裝置借助于適用訊息來(lái)裝配操作流程并和焊接機(jī)器人進(jìn)行密切的協(xié)作，其操作程序在實(shí)際操作環(huán)節(jié)中可借助于相應(yīng)的起始符號(hào)、結(jié)束符號(hào)以及BBC檢測(cè)數(shù)碼來(lái)實(shí)現(xiàn)信息傳遞的有效性。實(shí)際控制流程為：控制系統(tǒng)啟動(dòng)，PLC控制焊接機(jī)器人上電復(fù)位，然后由系統(tǒng)對(duì)夾具位置、行程開(kāi)關(guān)等傳感器信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)并與程序中的模塊參數(shù)進(jìn)行互相比對(duì)，然后由PLC進(jìn)行邏輯運(yùn)算后輸出相應(yīng)的指令，調(diào)整夾具的位置；夾具夾緊工件后，由PLC控制焊接機(jī)器人進(jìn)行工作，即PLC發(fā)出相應(yīng)的通訊指令，有機(jī)器人將指令與自身儲(chǔ)存器的相關(guān)指令進(jìn)行比對(duì)后，選擇合適的模塊程序，完成焊接動(dòng)作和位姿調(diào)整，焊接過(guò)程中的焊接電流大小、通斷時(shí)間都是由機(jī)器人自身的控制器完成的。PLC系統(tǒng)采用模塊化編程，可以通過(guò)調(diào)用不同的子程序進(jìn)行焊接，這有利于提高控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、靈活性，可實(shí)現(xiàn)基于PLC汽車(chē)焊裝機(jī)器人控制系統(tǒng)的高效運(yùn)作。[4]

5 結(jié)語(yǔ)

筆者結(jié)合自身實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，以1756 L73S系列PLC控制白車(chē)身的車(chē)門(mén)焊接工藝流程為例，對(duì)基于PLC控制的激光焊接機(jī)器人控制系統(tǒng)進(jìn)行了具體的研究，并從系統(tǒng)構(gòu)成、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)等方面詳細(xì)論述了PLC控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，為PLC控制系統(tǒng)在汽車(chē)焊接機(jī)器人中的應(yīng)用和推廣提供了有力的技術(shù)支撐。

參考文獻(xiàn)：

[1]潘垚錕，劉波.基于1756 L73SPLC的汽車(chē)后橋焊接專(zhuān)機(jī)控制系統(tǒng)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程，2015（01）.

[2]范小蘭，趙春鋒.基于PLC的機(jī)械手控制在MCGS中的實(shí)現(xiàn)[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2012（18）.

[3]陳全，李鋼，張仁斌.基于開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)的弧焊機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2004（09）.

[4]趙淵博.焊接機(jī)器人在焊接生產(chǎn)線中的應(yīng)用意義與在汽車(chē)車(chē)身焊接生產(chǎn)線中的應(yīng)用[J].科技展望，2016（32）.