基于PLC的汽車車身激光焊接控制系統(tǒng)分析

周傳佳 陳功

摘要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們?nèi)粘Ｉ钏降牟粩嗵嵘龠M(jìn)了汽車工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。汽車工業(yè)技術(shù)水平和生產(chǎn)規(guī)模不斷提升，現(xiàn)代化汽車生產(chǎn)企業(yè)的發(fā)展重點(diǎn)在于生產(chǎn)成本的降低，汽車制造水平的提高，提高生產(chǎn)的綜合效益。激光焊接技術(shù)在汽車制造焊接中得到了廣泛的應(yīng)用。相比于傳統(tǒng)的點(diǎn)焊方式，激光焊接具備較高的智能化水平。

關(guān)鍵詞：PLC;汽車車身;激光焊接;控制系統(tǒng)

一、基于PLC的汽車車身激光焊接控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

PLC 屬于汽車車身激光焊接控制系統(tǒng)核心部件，本文設(shè)計(jì)的焊接控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖即如圖1所示?；赑LC激光焊接控制系統(tǒng)中執(zhí)行機(jī)構(gòu)分為伺服機(jī)和驅(qū)動(dòng)模塊?？刂葡到y(tǒng)內(nèi)模擬量主要由傳感器生成，其中包含了動(dòng)態(tài)化反饋焊接參數(shù)，傳感器完成參數(shù)的傳輸?？刂葡到y(tǒng)內(nèi)上位機(jī)的組成包括人機(jī)交互界面和工控機(jī)，MPI/DP通信主要為PLC與上位機(jī)、人機(jī)交互界面之間相互連接的媒介，基于PLC汽車車身激光焊接的信息顯示與監(jiān)控主要由MPI/DP通信完成。

二、PLC的汽車車身激光焊接控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（一）PLC的硬件設(shè)計(jì)

PLC硬件設(shè)計(jì)主要包括中央處理器、存儲(chǔ)器、輸入輸出、電源以及編程器等（如下圖所示）。其中，中央處理器以下簡稱為CPU，屬于PLC的核心。在系統(tǒng)程序控制的基礎(chǔ)上，CPU能夠充分的發(fā)揮出協(xié)調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)運(yùn)行、邏輯運(yùn)算以及數(shù)學(xué)運(yùn)算等各項(xiàng)實(shí)用功能。存儲(chǔ)器主要用于儲(chǔ)存激光控制系統(tǒng)程序、用戶程序以及數(shù)據(jù)模塊等。系統(tǒng)存儲(chǔ)器與用戶存儲(chǔ)器屬于系統(tǒng)可編程控制器的主要存儲(chǔ)器，系統(tǒng)存儲(chǔ)器主要完成系統(tǒng)管理程序的儲(chǔ)存，用戶存儲(chǔ)器主要完成用戶控制程序的儲(chǔ)存。而輸入和輸出接口主要用于PLC內(nèi)CPU和外界設(shè)備與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的有效通信，獲取現(xiàn)場(chǎng)工作信號(hào)主要通過輸入接口實(shí)現(xiàn)，信號(hào)經(jīng)由輸出接口傳輸，完成現(xiàn)場(chǎng)部件的控制。PLC需要使用符合標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一電平，PLC通過輸入接口的電路當(dāng)中輸入單元來實(shí)現(xiàn)輸入電路電平的轉(zhuǎn)換，PLC完成后續(xù)的各項(xiàng)操作。開關(guān)、傳感器以及按鈕等部件設(shè)置于PLC的輸入接口位置。PLC的輸入電路主要分為RC濾波器、光耦合器隔離等，輸入點(diǎn)抖動(dòng)與外部噪聲通過RC濾波器解決。輸出電路選擇繼電器來輸出，輸出端子所有都是獨(dú)立輸出，沒有公共點(diǎn)的連接，輸出端子屬于獨(dú)立回路。系統(tǒng)電源模塊中，掉電保護(hù)電路主要儲(chǔ)備必須的供電電源以及PLC處于不同運(yùn)行模式下的開關(guān)電源。編程器屬于PLC的重要組成部分，系統(tǒng)選擇智能編程器，編程器具備了用戶程序?qū)懭牍δ?，按照程序檢測(cè)結(jié)果來調(diào)整優(yōu)化用戶程序，并且實(shí)時(shí)監(jiān)控PLC的運(yùn)行狀態(tài)。汽車車身激光焊接系統(tǒng)人機(jī)交互主要由編程器與CPU之間連接來完成。

（二）PLC通信控制軟件

系統(tǒng)內(nèi)部焊機(jī)控制和汽車車身焊接的生產(chǎn)線控制屬于兩個(gè)獨(dú)立的模塊，因此為了確保兩者的相互通信，保證汽車車身激光焊接的正常運(yùn)行，必須做好PLC通信控制軟件設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)問答型串口當(dāng)做PLC的通信模塊。焊機(jī)與PLC之間的正常通信主要利用了起始符、BBC檢驗(yàn)碼以及結(jié)束符等保證。當(dāng)外界存在干擾情況時(shí)，容易造成動(dòng)作指令出現(xiàn)執(zhí)行錯(cuò)誤情況，而通過BBC校驗(yàn)碼能夠解決上述問題，以此來最大程度上的降低通信的誤差。發(fā)送指令可以把字符串ASCⅡ碼完整傳輸?shù)浇邮辗?，需要以字?jié)為單位字符串相應(yīng)ASCⅡ碼來進(jìn)行異或合操作，接收方在完成指令接收后，進(jìn)行字符串相應(yīng)ASCⅡ碼的異或合操作，對(duì)比實(shí)際值與發(fā)送結(jié)果，驗(yàn)證激光焊接通信的正確性。系統(tǒng)啟動(dòng)之后，機(jī)器人控制器與PLC會(huì)上電復(fù)位，隨后掃描各個(gè)部件的開關(guān)和夾具位置，傳感器獲得掃描結(jié)果。PLC軟件的預(yù)設(shè)動(dòng)作開始準(zhǔn)備便可以與焊機(jī)之間通信，PLC給焊機(jī)傳輸相應(yīng)的焊接命令，比較控制器存儲(chǔ)器當(dāng)中的指令與焊接命令，執(zhí)行焊機(jī)位姿轉(zhuǎn)換以及焊接操作。

（三）激光焊接頂鍛階段軟件控制

汽車車身激光焊接在完成之后，利用最少時(shí)間間隔在焊接位置施加較大的頂鍛壓力，主要目的就是把焊縫當(dāng)中氧化物以及液態(tài)金屬全部擠壓到外部，讓焊接接頭能夠獲得較大塑性從而充分的形變，增強(qiáng)激光焊接的最終效果?；谲浖绦騺砜刂祈斿懟钊约耙簤夯芈?。處于不同激光焊接環(huán)節(jié)，準(zhǔn)確掌控頂鍛缸的具體位置，能夠利用激光模式信號(hào)與反饋信號(hào)的對(duì)比來完成。激光模式不同所產(chǎn)生的模式信號(hào)也有所不同，焊接物體的表面材料直接決定激光模式的信號(hào)類型，所以需要模式卡內(nèi)定時(shí)焊接模式。

結(jié)束語：

綜上所述，基于PLC的汽車車身激光焊接控制系統(tǒng)，可以精準(zhǔn)的控制激光焊接設(shè)備，能夠提高焊接的效果。系統(tǒng)利用PLC當(dāng)做控制核心，CPU能夠充分地發(fā)揮出自身的功能，即協(xié)調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行、邏輯運(yùn)算以及數(shù)學(xué)運(yùn)算，給PLC向激光焊接系統(tǒng)發(fā)送相應(yīng)指令提供支持。利用MPI/DP來完成PLC與上位機(jī)等部件的通信。利用PLC來設(shè)計(jì)汽車車身激光焊接控制系統(tǒng)，能夠增強(qiáng)控制系統(tǒng)整體焊接性能，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

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