PLC在汽車制造生產(chǎn)線的應(yīng)用管窺

張嘉強(qiáng)

摘 要：發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車制造過程中的重要組成部分，對(duì)于汽車的性能有重要的影響。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線主要是用來完成發(fā)動(dòng)機(jī)裝配工作的。本文將根據(jù)系統(tǒng)控制的要求，基于PLC工作原理，設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線自動(dòng)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能自動(dòng)完成旋轉(zhuǎn)、舉升等一系列的操作，對(duì)于提高汽車發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線的工作效率具有重要的影響。

關(guān)鍵詞：PLC；汽車制造；生產(chǎn)線

在本系統(tǒng)中主體控制器使用的是PLC-300系列控制器，現(xiàn)場操作箱控制信號(hào)的采集是由ET200S遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)完成，ET200S遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)是專門為現(xiàn)場操作箱設(shè)計(jì)的。此外，在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線上還安裝了轉(zhuǎn)臺(tái)、翻轉(zhuǎn)機(jī)、舉升臺(tái)等設(shè)備，并通過WinCC人機(jī)界面軟件和工控機(jī)組成的系統(tǒng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線操作過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

一、PLC概述

PLC是英文Programmable logic Controller的縮寫，中文名稱為可編程邏輯控制器。在可編程邏輯控制器中有可以進(jìn)行編輯的存儲(chǔ)器，其中存儲(chǔ)著程序，可以執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制等一系列的指令，并通過數(shù)字或模擬式I/O控制機(jī)械或生產(chǎn)過程。

PLC是一種專門用于工業(yè)生產(chǎn)控制的計(jì)算機(jī)，其基本結(jié)構(gòu)和普通的微型計(jì)算機(jī)類似。其中主要包括電源、中央處理器、存儲(chǔ)器、功能模塊以及通信模塊等部分。PLC的工作過程主要可以分成三個(gè)階段。第一階段是輸入采樣階段。在這一階段，PLC會(huì)將掃描到的所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在輸入/輸出映象區(qū)的相應(yīng)單元內(nèi)，在完成數(shù)據(jù)采集工作以后，會(huì)開始執(zhí)行用戶程序指令。在這一過程中無論掃描到的輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)是否出現(xiàn)變化，輸入/輸出映象區(qū)中存儲(chǔ)的輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)都不會(huì)發(fā)生變化；第二階段是用戶程序執(zhí)行階段。在這一階段，PLC會(huì)按照從上往下的順序掃描用戶程序（梯形圖），然后再進(jìn)行邏輯運(yùn)算，并依據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果刷新邏輯線圈在存儲(chǔ)區(qū)中的狀態(tài)；第三階段是輸出刷新階段。在PLC完成掃描工作以后，就會(huì)進(jìn)入輸出刷新階段，這也是PLC真正的輸出過程。

二、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體裝配線的工作流程

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體裝配線的具體工作流程如下。第一，在發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線上線工位的操作工要利用電動(dòng)起重機(jī)將加工好的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體吊到發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線的托盤上；第二，發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線上的滾道會(huì)自動(dòng)將發(fā)動(dòng)機(jī)缸體按照順時(shí)針的方向運(yùn)送到下一工位上，并停止在該工位上，操作工會(huì)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的型號(hào)安裝零件，安裝完成以后生產(chǎn)線上的托盤會(huì)自動(dòng)將發(fā)動(dòng)機(jī)缸體運(yùn)送到下一工位上，繼續(xù)在發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體上安裝零件，完成安裝以后重復(fù)上一步驟。依次類推，直到發(fā)動(dòng)機(jī)缸體零件安裝全部完成；第三，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)被運(yùn)送到下線工位時(shí)，下線工位的操作工會(huì)使用電動(dòng)起重機(jī)將發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)離發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線。

本文設(shè)計(jì)的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體生產(chǎn)線應(yīng)具備下述四個(gè)基本功能。第一個(gè)是基本的運(yùn)輸功能，包括直線輸送功能、轉(zhuǎn)角輸送功能（轉(zhuǎn)角角度包括90度、180度以及270度三種類型）、升降輸送功能以及翻轉(zhuǎn)功能。此外，輸送線中還應(yīng)為自動(dòng)加工設(shè)備的使用留有一些預(yù)留工位；第二個(gè)是要具有兩種類型的工位，分別為自動(dòng)加工工位和輔助工位；第三是如果自動(dòng)工位加工出的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體不合格，則可以直接利用生產(chǎn)線上的托盤將發(fā)動(dòng)機(jī)缸體運(yùn)輸?shù)捷o助工位上，重新進(jìn)行加工，并采用手動(dòng)加工的方式，只有輔助工位加工合格后才可以進(jìn)入下一自動(dòng)工位。如果輔助工位加工仍不合格則要下線維修，維修合格后才可以重新進(jìn)入到加工主干線。

三、系統(tǒng)配置與功能實(shí)現(xiàn)

一臺(tái)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)完成裝配至少要經(jīng)過上百道工序，安裝的零件也有上百個(gè)。因此，在每個(gè)工序上至少安排一個(gè)操作工人，同時(shí)還應(yīng)為其設(shè)置獨(dú)立的站點(diǎn)，以便于操作工進(jìn)行控制。每個(gè)站點(diǎn)控制信號(hào)比較少，一個(gè)控制箱大概要有10到20個(gè)輸出、輸入信號(hào)。

第一，采用分布式總線控制系統(tǒng)的方案，這一方案最早是由西門子公司提出來的。鑒于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線的這種情況，如果將現(xiàn)場的信號(hào)統(tǒng)一接入主控柜內(nèi)的控制系統(tǒng)中，并采用集中分布控制的方式會(huì)大大增加生產(chǎn)的成本，無法實(shí)現(xiàn)改造的要求。因此，必須采用分布式總線控制系統(tǒng)的方案，就近布置ET200S遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)，將現(xiàn)場采集到的信號(hào)直接傳輸?shù)街醒胩幚砥髦校挥迷僦匦落佋O(shè)電纜，大大節(jié)約了發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)的成本。

第二，現(xiàn)場傳感器要接入到高IP等級(jí)的I/O系統(tǒng)中。在生產(chǎn)線上需要安裝光電開關(guān)信號(hào)，但因?yàn)榈娇刂葡涞木嚯x比較長，因此需要采用高IP等級(jí)的I/O系統(tǒng)ET200eco。ET200eco具有比較高的防護(hù)等級(jí)，在安裝過程中不需要使用電柜，可以直接安裝在生產(chǎn)線上。ET200eco可以直接接收現(xiàn)場的光電信號(hào)，并將其傳輸?shù)街醒胩幚砥髦校恍枰黉佋O(shè)電纜；

第三，發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線上所有控制點(diǎn)的動(dòng)作基本上可以分成四種，分別為停止、旋轉(zhuǎn)、舉升以及翻轉(zhuǎn)。而控制程序必須要自動(dòng)完成上述四個(gè)動(dòng)作，但需要注意是操作工可以對(duì)此過程進(jìn)行干預(yù)，控制動(dòng)作的執(zhí)行；

第四，為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線操作的安全性，使用的電機(jī)必須使用直流24V接觸器。發(fā)電機(jī)裝配線上有很多的設(shè)備，如果出現(xiàn)短路現(xiàn)象則會(huì)嚴(yán)重影響裝配線的正常運(yùn)行，同時(shí)還會(huì)影響到其它設(shè)備的使用。因此，必須要使用直流24V供電；

第五，在裝配線上還應(yīng)安裝工控機(jī)，隨時(shí)顯示當(dāng)前設(shè)備的工作情況。本系統(tǒng)中使用的是利用WinCC軟件設(shè)計(jì)的一個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)。該監(jiān)控系統(tǒng)可以顯示裝配線中裝配的數(shù)量、設(shè)備的動(dòng)作情況以及各種相關(guān)數(shù)據(jù)。工段長可以通過監(jiān)控系統(tǒng)直接看到每個(gè)工位工作的情況，如果發(fā)現(xiàn)某個(gè)設(shè)備出現(xiàn)故障則可以直接跳轉(zhuǎn)到PLC程序中，從而找到故障發(fā)生的原因，這樣也便于現(xiàn)場維護(hù)人員查找故障、維護(hù)設(shè)備。

四、采用先進(jìn)的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)非同步裝配線

本文中設(shè)計(jì)的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線采用的是非同步裝配線。在發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線上輸送裝置是處于連續(xù)工作的狀態(tài)，但在裝配線上還有隨性夾具，這些隨性夾具是不能連續(xù)輸送的，因此只有在沒有夾具和工件時(shí)才能繼續(xù)進(jìn)行輸送。非同步輸送線中不同的工位之間是有不同程度的儲(chǔ)備的，這樣可以起到一定緩沖作用。為了滿足快節(jié)奏生產(chǎn)的要求，可以在非同步輸送線上將兩個(gè)及兩個(gè)以上的工位并聯(lián)，形成一個(gè)獨(dú)立工位。此外，因?yàn)樵谘b配線上設(shè)置了緩沖區(qū)，托盤運(yùn)送時(shí)間和操作時(shí)間之間沒有間隔，不會(huì)影響工時(shí)，即使出現(xiàn)一些小的故障也會(huì)影響全線的正常生產(chǎn)過程。

五、總結(jié)

總之，本文設(shè)計(jì)的非同步汽車發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線均是由標(biāo)準(zhǔn)組件構(gòu)成的，不僅適用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)裝配生產(chǎn)過程，同時(shí)也適用于其他品種的輸送。

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