自動化氣動控制在汽車行業(yè)的應用

吳金旭　張亞軍　高其虎　陳爭光　畢平安　王晨陽

摘 要：汽車行業(yè)中氣動控制裝置在車身生產(chǎn)線的定位、輸送、傳動等廣泛應用，其中現(xiàn)場總線式閥島控制多組氣缸時序動作的應用逐漸普及，論文重點針對一組閥島控制多組氣缸的應用原理、技術特點及主流閥島費斯托（FESTO）網(wǎng)絡配置應用進行講解。關鍵詞：一對多控制;單氣缸狀態(tài)觸發(fā);網(wǎng)絡配置中圖分類號：U466? 文獻標識碼：B ?文章編號：1671-7988（2020）02-160-03

Abstract： Pneumatic control device in the automotive industry in the production line of car body positioning， transmission， transmission is widely used， such as the field bus control valve island sequential action gradually popularization of the application of multiple sets of cylinder， paper focuses on the application of more than a set of control valve island group of cylinder principle， technical characteristics and main valve island FESTO （FESTO） network configuration application were explained.Keywords：?One to many control; Single - cylinder state trigger; Network configurationCLC NO.： U466? Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2020）02-160-03

1 閥島、氣缸介紹

1.1 閥島基本控制原理

作為控制氣缸動作的控制元件，常用的兩位五通電磁控制及三位五通電磁控制，氣動電磁閥閥島多為并排鏈接安裝在閥座上，閥島線圈一般為24VDC由PLC來控制通斷且為成對出現(xiàn)，PLC的控制可分為兩種，一、有繼電器輸出的普通OUTPUT模塊通過外部硬線控制中繼KA，再由繼電器觸點來控制閥島線圈的通斷;二、PLC與閥島以通訊控制的方式，將閥島線圈直接組網(wǎng)到PLC的遠程I/O模塊中，設置具體的物理地址，有PLC程序直接控制。

1.2 氣缸動作原理

作為氣動控制的執(zhí)行元件，常用為單缸控制（在機器人氣動焊接應用上也有用到雙缸控制形式），組成有缸體、活塞盤、活塞桿以及由活塞桿鏈接的外部夾爪、推頭等，電氣方面一組磁性檢測開關來反饋氣缸的打開及關閉到位。

2 一對多控制應用原理

用PLC在做現(xiàn)場控制應用時，在同一工位1#閥控制3組氣缸，2#閥控制4組氣缸，為保證編程效率設計時會采用同一個功能塊（如上圖），但是由于實際控制氣缸數(shù)量不同，在程序設計架構上要能夠分層處理和分析。

2.1 氣缸邏輯控制

上圖中功能塊顯示的是一個閥島控組4組氣缸的動作指令，其中C-Amount代表現(xiàn)場實際氣缸控制的數(shù)量為3個，當滿足前置條件后，PLC觸發(fā)氣缸打開命令（OPEN_CMD）或關閉命令（CLOSE_CMD）。

2.1.1 打開啟動命令

當滿足前置條件后，PLC觸發(fā)氣缸打開命令（OPEN_ CMD）為ON，且關閉指令和泄氣指令為OFF時，氣缸打開動作保持信號被置位，執(zhí)行打開命令及動作，當在規(guī)定時間內(nèi)打開到位后，打開動作保持以及動作命令復位為0。

2.1.2 打開到位反饋

采用的氣缸數(shù)量不同，滿足氣缸打開到位的前置條件就不一樣;以氣缸數(shù)量C-Amount為3，則PLC能流通過紅線路徑接通線圈，當氣缸數(shù)量C-Amount為2時，PLC能流通過藍色路徑接通線圈。

2.2 氣缸不到位故障檢測

2.2.1 故障觸發(fā)

打開命令已發(fā)出但打開到位信號在設定的動作時間內(nèi)沒反饋，則觸發(fā)打開故障報警。T2定時器置位故障報警信號，待故障修復氣缸再次打開到位后，故障報警消除。

2.2.2 故障氣缸判定

夾具氣缸總故障為前置條件，任何一個氣缸的打開到位信號為OFF，則觸發(fā)故障報警，閥島控制3個氣缸則程序執(zhí)行三次判定。

2.3 氣缸抖動產(chǎn)生的誤報警

當氣缸打開或夾緊到位動作完成且執(zhí)行命令已復位后，在規(guī)定時間內(nèi)（5S）內(nèi)出現(xiàn)打開到位和關閉到位同時為ON或OFF的狀態(tài)時，觸發(fā)氣缸故障報警。具體哪一組氣缸出現(xiàn)故障同“2.2.2—故障氣缸判定”。

3 閥島網(wǎng)絡配置應用

3.1 閥島現(xiàn)場總線網(wǎng)絡節(jié)點配置

3.2 DEVICENET現(xiàn)場總線

圖示為DEVICENET現(xiàn)場總線的三種物理接口形式，紅色線為24VDC，黑色線為0V，白色線為CAN-H，藍色線為CAN-L，裸線為屏蔽層。若CPX位于終端位置，應加裝總線終端電阻（121歐±1%，0.25W）。如果使用了T分支結構建議將終端電阻安裝在T分支的閑置輸出端上。

3.3 供電電源的針腳分配

負載電源的常用兩種接口模式，電源供給主要分兩個部分，一部分為系統(tǒng)電源（VEL/SEN為電子裝置及輸入模塊傳感器的接口電源，VVAL/OUT為閥負載電壓和輸出端負載電壓）。

3.4 網(wǎng)絡地址分配

CP通用型電氣輸入輸出模塊和其他現(xiàn)場總線模塊的地址分配原則一致，數(shù)字量輸入輸出模塊每個通道為1個位的BOOL量，AI/AO模塊為1個WORD的占有量。氣動閥島MPA的分配應現(xiàn)在氣動接口模塊的DIL開關上設置氣動輸出線圈的數(shù)量（8/16/24等）。

3.4.1 地址設定的基本原則

3.4.1.1 輸入端地址分配與輸出端互補干擾

3.4.1.2 采用標準EDS文件：從左向右依次遞增，與模塊類型有關，與現(xiàn)場總線節(jié)點地址無關

3.4.1.3 如果狀態(tài)位和輸入輸出診斷接口未激活，現(xiàn)場總線節(jié)點就應作為0輸入和輸出的模塊處理

3.5 診斷和故障處理

CPX終端可以提供5種狀態(tài)診斷和故障處理方式，在現(xiàn)場實際解決問題中，通過LED燈狀態(tài)指示來對問題進行判斷是常用的一種方式，這里將對其進行展開討論。

3.5.1 PS（POWER SYSTERM）-傳感器/邏輯電源

正常狀態(tài)下LED燈常亮綠色，當工作電壓/傳感器電源處于過載、欠壓及內(nèi)部保險絲起用時LED指示燈閃爍，工作電壓及傳感器電源未接時，LED燈熄滅。

3.5.2 PL（POWER LOAD）-負載電源（輸出端/閥）

當系統(tǒng)電壓處于過載、欠壓時LED燈閃爍，正常時LED燈常亮。

3.5.3 SF（SYSTERM FAULT）-系統(tǒng)故障

當出現(xiàn)不同等級的系統(tǒng)故障時，會出現(xiàn)不同頻率的LED燈紅色閃爍情況，無故障時LED等熄滅。

3.5.4 M（MODIFIY）-修改參數(shù)或強制激活

軟硬件不匹配時LED燈呈黃色，強制激活時，LED燈呈黃色閃爍。

3.5.5 MS（MODULE STATUS）-模塊狀態(tài)

總線未接通時LED燈熄滅，運行正常時LED燈常亮綠色，硬件配置缺失不完整時LED燈綠色閃爍，正在完成或修正配置時LED燈紅燈閃爍，不可排除故障時LED燈紅燈常亮，?? CPX終端自檢時LED紅綠燈交替閃爍。

3.3.6 NS（NETWORK STATUS）-網(wǎng)絡狀態(tài)

CPX終端不在線LED燈熄滅，CPX終端在線但未與PLC建立通訊時LED燈綠燈閃爍，現(xiàn)場總線連接正常時LED燈綠燈常亮，一個或多個I/O通訊超時LED燈紅色閃爍，CPX設置不允許的站點地址及總線關斷時LED燈紅色常亮。

3.3.7 IO（I/O STATUS）-輸入輸出狀態(tài)

總線接口的邏輯電源未接通LED燈熄滅，運行正常時LED燈綠色常亮，IO模塊通過PLC組態(tài)完成但不在運行模式時LED燈綠色閃爍，出現(xiàn)輸入輸出點故障時LED燈紅色閃爍，當出現(xiàn)強制斷開或不可排除故障時LDE燈紅色常亮。

4 結論

以上是利用奇瑞商用車河南有限公司30JPH涂裝生產(chǎn)線，對氣動夾具控制核心原理及閥島網(wǎng)絡配置功能的研究，文章描述過程中不免有不足之處，敬請同行給予指正。

參考文獻

[1] CPX-FB11現(xiàn)場總線節(jié)點電子裝置說明書.