基于PLC的白車身焊裝生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

徐永勝　李軍　王爽　綦宗升　張丹

摘 要：隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，白色車身焊裝線在汽車制造業(yè)的地位越來越高。本文首先介紹了汽車焊裝生產(chǎn)線的組成、汽車焊裝工藝的現(xiàn)狀和發(fā)展。通過對汽車焊裝生產(chǎn)線主要部件的分析，對控制內(nèi)容和要求進(jìn)行了分析。并在此基礎(chǔ)上對焊裝線控制程序進(jìn)行了系統(tǒng)規(guī)劃。在此基礎(chǔ)上，最后詳細(xì)分析了焊裝線關(guān)鍵設(shè)備的控制，設(shè)計(jì)了實(shí)現(xiàn)機(jī)機(jī)器人焊裝線通信與控制的程序。

關(guān)鍵詞：汽車產(chǎn)業(yè);白車身焊裝線;現(xiàn)場總線

前言

汽車產(chǎn)業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的重要支柱產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)業(yè)鏈長、關(guān)聯(lián)度高、就業(yè)面廣、消費(fèi)拉動大，在國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。進(jìn)入21世紀(jì)以來，我國汽車工業(yè)迅速發(fā)展，形成了各種類型和系列的整車及零部件的生產(chǎn)和配套體系。隨著產(chǎn)業(yè)集中度的不斷提高和產(chǎn)品技術(shù)水平的明顯提高，中國已成為世界汽車生產(chǎn)和消費(fèi)大國。

隨著市場競爭日益激烈，各汽車工廠需要不斷推出新車，滿足不同層次用戶的需求。為了在激烈的價格競爭中獲得更大的利潤空間，必須努力降低車型的投資成本和生產(chǎn)成本。如何利用先進(jìn)的技術(shù)加快新產(chǎn)品理念和理念的形成，在短時間內(nèi)開發(fā)出高質(zhì)量、低成本的新產(chǎn)品，以適應(yīng)市場不斷變化的需求，成為汽車企業(yè)競爭的焦點(diǎn)。

汽車生產(chǎn)線主要包括沖壓生產(chǎn)線、焊裝生產(chǎn)線、涂裝生產(chǎn)線和總裝生產(chǎn)線。在生產(chǎn)過程中，汽車焊裝生產(chǎn)線自動化程度高，設(shè)備復(fù)雜，控制難度大。從汽車工業(yè)的發(fā)展歷史的角度來看，汽車焊裝生產(chǎn)線的階段經(jīng)歷了手工焊裝線在1950年代- 1960年代，自動剛性焊接線-1970年代，機(jī)器人柔性焊接線-1980年代末和當(dāng)前的高靈活性和高自動化焊裝線。

一、焊裝線系統(tǒng)的控制

面向?qū)ο笫且环N編程方法。面向?qū)ο缶幊叹哂辛己玫目芍赜眯?、可維護(hù)性和可擴(kuò)展性。本章主要介紹如何在實(shí)際控制中采用面向?qū)ο蟮木幊趟枷?，建立設(shè)備專用通用程序和控制概念。

二、整線控制系統(tǒng)

PLC作為整個自動線控制系統(tǒng)的控制核心，完成網(wǎng)絡(luò)控制層的控制任務(wù)，包括生產(chǎn)線的流量控制，輸送設(shè)備與機(jī)器人的協(xié)調(diào)運(yùn)動控制，輔助設(shè)備的協(xié)調(diào)控制。采用PROFIBUS主從站的網(wǎng)絡(luò)模式。從站的某些故障不影響其他從站的工作，因此批量調(diào)試現(xiàn)場設(shè)備非常方便。由于DP從站的物理地址可以根據(jù)需要進(jìn)行配置，有利于提高控制程序的模塊化和可移植性。整線同一設(shè)備具有相同的I / O配置，控制軟件可直接移植，提高了整線控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化水平。將本項(xiàng)目的實(shí)際程序架構(gòu)插入到機(jī)器人焊裝線的西門子PLC程序架構(gòu)中。

三、焊裝線關(guān)鍵設(shè)備的控制邏輯

1.夾具控制邏輯：

在白車身焊裝車間，夾具是基礎(chǔ)，每個工位都有各種夾具。每個夾具都有多個氣缸作為執(zhí)行器，利用氣缸的作用和氣缸末端的機(jī)構(gòu)來松開/夾緊夾具。在夾具的自動控制過程中，只要?dú)飧讋幼?，夾具就會完成夾緊或松開動作，使PLC的輸出點(diǎn)可以發(fā)送信號，控制電磁閥，完成夾具的夾緊和松開。夾具的控制實(shí)質(zhì)上是對氣缸的控制，氣缸的控制是通過控制電磁閥的動作來確定進(jìn)入氣缸的氣路狀態(tài)。因此，夾緊/松開夾緊動作是通過電磁閥切換空氣回路的過程，通過磁力開關(guān)來判斷最終氣缸的位置。

2.操作模式標(biāo)準(zhǔn)功能塊的創(chuàng)建

夾具的控制屬性一般分為手動模式和自動模式。在同一時刻，夾具只能處在一個模式下。在未來，許多程序需要知道當(dāng)前工位的工作狀態(tài)。因此我們首先確定工作站模式邏輯。

3.單個夾具控制標(biāo)準(zhǔn)功能塊的創(chuàng)建

白車身焊裝線上有很多夾具，相應(yīng)的氣缸和傳感器的數(shù)量更是驚人。如果沒有良好的診斷和警報，將會非常麻煩。采用西門子s7-pdiag實(shí)現(xiàn)過程診，如果夾緊動作后，動作使能消失（在安全或壓縮氣體供應(yīng)異常的情況下），也應(yīng)該設(shè)置夾緊動作記憶信號。如果夾緊動作記憶信號高，開始夾緊到位監(jiān)控，計(jì)時器開始計(jì)時，時間結(jié)束時仍無法檢測加緊到位的信號，錯誤的陳述從觸摸屏幕上顯示，根據(jù)不同的信號組合，確定哪個氣缸故障，故障發(fā)生的原因，然后報警程序調(diào)用來報警信息。

三、總結(jié)

主要按照面向?qū)ο蟮慕Y(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了對輸送設(shè)備、工作位置夾具和機(jī)器人單元的控制，并按照一定的邏輯，相互關(guān)聯(lián)，完成了對白車身焊裝線的程序控制。程序設(shè)計(jì)采用模塊化的思想，對控制對象的特性和屬性進(jìn)行抽象和提取，并創(chuàng)建了一些標(biāo)準(zhǔn)的程序模塊。

結(jié)語：

當(dāng)前的應(yīng)用和發(fā)展，分析了國內(nèi)外白車身焊裝線，及各種常用設(shè)備在白車身焊裝生產(chǎn)線進(jìn)行了系統(tǒng)地分析，包括結(jié)構(gòu)、夾具系統(tǒng)，往復(fù)桿輸送系統(tǒng)和焊裝系統(tǒng)。對機(jī)器人柔性焊裝的控制系統(tǒng)進(jìn)行了探討和研究。

此外，在未來的研究中還有很多問題需要解決，這里不再贅述。綜上所述，最終目標(biāo)是不斷提高白車身焊裝線的自動化水平，改善控制功能，使其達(dá)到高生產(chǎn)效率，生產(chǎn)出高質(zhì)量的產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)

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