基于SEW變頻器的集成系統(tǒng)在門(mén)蓋焊接線的應(yīng)用

王小康 曹德嚴(yán)

摘要：汽車(chē)白車(chē)身門(mén)蓋件材料較薄、易變性等因素易產(chǎn)生焊接問(wèn)題，提升汽車(chē)焊裝線的自動(dòng)化、智能化水平來(lái)改善門(mén)蓋焊接質(zhì)量成為重要渠道。本文基于SEW變頻器的集成系統(tǒng)在門(mén)蓋焊接線的應(yīng)用進(jìn)行分析，結(jié)合SEW變頻器、PLC控制器、智能焊接機(jī)器人等硬件優(yōu)勢(shì)，對(duì)門(mén)蓋電氣控制系統(tǒng)和集成系統(tǒng)HMI界面設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，完成門(mén)蓋焊接電氣控制柜、SEW變頻器硬件設(shè)計(jì)和HMI人機(jī)界面平臺(tái)開(kāi)發(fā)。門(mén)蓋焊接線集成系統(tǒng)自動(dòng)化、智能化水平高，能夠降低焊接勞動(dòng)強(qiáng)度、改善門(mén)蓋焊接質(zhì)量，對(duì)集成化汽車(chē)焊裝線設(shè)計(jì)具有一定的借鑒意義。

Abstract： Welding problems are easy to occur due to thin material and variability of door cover parts of automobile body in white. Therefore， it has become an important channel to improve the welding quality of door cover by improving the automation and intelligence of automobile welding line. This paper analyzes the application of integrated system based on sew frequency converter in door cover welding line. Combined with the hardware advantages of sew frequency converter， PLC controller and intelligent welding robot， this paper studies the HMI interface design of door cover electrical control system and integrated system， and completes the hardware design of door cover welding electrical control cabinet， sew frequency converter and the development of HMI man-machine interface platform. The door cover welding line integration system has a high level of automation and intelligence， which can reduce the welding labor intensity and improve the door cover welding quality. It has a certain reference significance for the design of integrated automobile welding line.

關(guān)鍵詞：SEW;門(mén)蓋焊接;集成系統(tǒng);HMI界面

Key words： SEW;door cover welding;integrated system;HMI interface

中圖分類(lèi)號(hào)：TP278??????????????????????????????????? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A????????????????????????????????? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）21-0219-02

0? 引言

隨著汽車(chē)制造業(yè)的快速發(fā)展，汽車(chē)更新?lián)Q代周期越來(lái)越短，汽車(chē)車(chē)型和配置進(jìn)行不斷創(chuàng)新和汽車(chē)整體效果不斷提升，可供人們選擇的車(chē)輛種類(lèi)越來(lái)越多，進(jìn)而引發(fā)了汽車(chē)行業(yè)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，所以汽車(chē)外觀質(zhì)量和效果成為人們選擇車(chē)輛的重要參考因素。汽車(chē)白車(chē)身焊接是汽車(chē)制造重要組成部分，白車(chē)身門(mén)蓋總成是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接關(guān)乎用戶體驗(yàn)和外觀感受。傳統(tǒng)的門(mén)蓋焊接存在焊點(diǎn)壓痕、毛刺，甚至燒穿等問(wèn)題，嚴(yán)重影響汽車(chē)外觀表面質(zhì)量[1-2]。本文針對(duì)白車(chē)身門(mén)蓋焊接系統(tǒng)進(jìn)行研究，集成SEW伺服控制器、PLC控制器、焊接機(jī)器人、觸摸屏等設(shè)計(jì)門(mén)蓋焊接集成控制系統(tǒng)，采用主站+多從站的分布式通訊布局，各控制系統(tǒng)間采用PROFINET/ PROFIBUS協(xié)議通訊，實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸和可靠通訊，基于西門(mén)子觸摸屏設(shè)計(jì)HMI界面，實(shí)現(xiàn)焊接控制系統(tǒng)監(jiān)控。HMI界面工位操作界面，能夠清晰的反映工位上夾具的狀態(tài)、在HMI上能手動(dòng)操作每臺(tái)夾具的動(dòng)作。該集成控制系統(tǒng)能夠有效提升汽車(chē)白車(chē)身門(mén)蓋焊接質(zhì)量和焊接速度，具有較高的自動(dòng)化水平。

1? 門(mén)蓋焊接電氣控制系統(tǒng)

門(mén)蓋焊裝線系統(tǒng)整體布局示意圖，如圖1所示。

依據(jù)門(mén)蓋焊接控制需求和各部分功能分別設(shè)計(jì)焊接電源柜、系統(tǒng)電源柜、PLC主控柜、變頻柜、HMI操作箱柜、現(xiàn)場(chǎng)外圍OB操作柜、安全門(mén)柜等。PLC主控柜是控制系統(tǒng)主站，安裝有PLC模塊、PS模塊、SM模塊、通訊模塊及繼電器、接觸器、交換機(jī)等輔助設(shè)備，通過(guò)PROFINET協(xié)議實(shí)現(xiàn)主從站通訊。焊接電源柜提供380V AC電源，為現(xiàn)場(chǎng)11臺(tái)焊接機(jī)器人供電。系統(tǒng)電源柜主要為其他柜體和現(xiàn)場(chǎng)部分設(shè)備提供電源，是整個(gè)電氣控制系統(tǒng)的總電源接口。變頻柜主要為現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)和電機(jī)控制器提供電源。HMI操作箱設(shè)計(jì)有觸摸屏和模式操作按鈕及狀態(tài)指示燈，可進(jìn)行系統(tǒng)手動(dòng)操作和自動(dòng)操作模式轉(zhuǎn)換及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行操作和監(jiān)控。外圍OB操作柜主要用于現(xiàn)場(chǎng)緊急操作和設(shè)備啟動(dòng)控制，主要有急停、啟動(dòng)、復(fù)位按鈕組成，能夠保障操作者和設(shè)備的安全。安全門(mén)操作柜用于對(duì)機(jī)器人設(shè)備的啟動(dòng)、停止、復(fù)位、急停等操作，用于現(xiàn)場(chǎng)突發(fā)事件急停和故障復(fù)位。

2? SEW伺服控制器硬件設(shè)計(jì)

SEW伺服控制器是伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)單元，接收到PLC控制指令后伺服控制器處理器進(jìn)行運(yùn)算，將控制任務(wù)作用于執(zhí)行單元（伺服電機(jī)）[3-4]。SEW伺服控制器采集伺服電機(jī)編碼器信息對(duì)PLC控制指令動(dòng)作情況進(jìn)行反饋，所以伺服控制系統(tǒng)是閉環(huán)控制，具有控制精度高、運(yùn)行穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)。PLC控制器采用PROFIBUS通訊的方式對(duì)SEW伺服控制器進(jìn)行控制，通過(guò)DP總線連接PLC的DP端口和SEW的DFP21B端口，并設(shè)置通訊地址。SEW伺服控制器安裝在變頻柜內(nèi)，控制器采用三相380V電源，并按照有斷路器、熔斷器等原件進(jìn)行保護(hù)。

SEW的控制參數(shù)設(shè)置采用Movitools軟件實(shí)現(xiàn)，在調(diào)試過(guò)程中需用DP線將PC機(jī)的CP5611卡和SEW進(jìn)行連接，同時(shí)將SEW控制使能調(diào)為“0”檔[5]。在調(diào)試軟件界面設(shè)置通訊端口和波特率，然后點(diǎn)擊更新按鈕查詢是否完成通訊連接，連接完成后打開(kāi)執(zhí)行程序菜單欄下診斷功能的shell程序，然后對(duì)SEW伺服控制的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置完成后點(diǎn)擊應(yīng)用彈出總線擴(kuò)展對(duì)話框，點(diǎn)擊監(jiān)控模式后可以查看控制和狀態(tài)字。SEW伺服系統(tǒng)能有效的克服移動(dòng)慣性和誤差，可實(shí)現(xiàn)精確移動(dòng)定位。在SEW伺服驅(qū)動(dòng)器出現(xiàn)故障后，將變頻器恢復(fù)到控制器禁止?fàn)顟B(tài)，然后查看變頻器報(bào)警信號(hào)代碼（39種），按照?qǐng)?bào)警信息代碼提示查看故障描述、控制響應(yīng)、可能存在的原因和解決方案，依據(jù)解決方案提示對(duì)SEW進(jìn)行故障排除，然后對(duì)變頻器進(jìn)行復(fù)位操作。

3? 集成控制系統(tǒng)HMI界面設(shè)計(jì)

如圖2所示為門(mén)蓋焊裝線集成系統(tǒng)HMI操作系統(tǒng)，主要包括區(qū)域總覽、夾具控制、工位機(jī)器人、轉(zhuǎn)臺(tái)控制、車(chē)型數(shù)據(jù)、報(bào)警列表、SQE、網(wǎng)絡(luò)布局和用戶管理界面。主界面顯示自動(dòng)模式、手動(dòng)模式、無(wú)模式和空運(yùn)行等操作模式;在當(dāng)OB操作盒模式按鈕為“手動(dòng)”，則可通過(guò)HMI界面對(duì)焊裝線上的夾具進(jìn)行操作;當(dāng)處于無(wú)模式狀態(tài)時(shí)可能是網(wǎng)絡(luò)故障、OB操作盒急停按鈕觸發(fā)等情況。當(dāng)HMI界面控件顯示綠色則表示運(yùn)行正常、顯示為紅色則表示出現(xiàn)故障。在車(chē)型數(shù)據(jù)界面顯示計(jì)劃上線數(shù)量和實(shí)際生產(chǎn)數(shù)量。門(mén)蓋焊裝線上RDH010、RDH020與RDH030上件工位互相獨(dú)立，可以同時(shí)生產(chǎn)不同車(chē)型，具有較高的柔性制造能力。報(bào)警界面主要分為實(shí)時(shí)報(bào)警和歷史報(bào)警記錄，實(shí)時(shí)報(bào)警信息顯示在HMI界面中，可查看報(bào)警時(shí)間、報(bào)警故障原因，指導(dǎo)操作人員對(duì)報(bào)警事件進(jìn)行排查，以便快速恢復(fù)系統(tǒng)功能;歷史報(bào)警記錄主要存儲(chǔ)歷史發(fā)生的報(bào)警事件，對(duì)實(shí)時(shí)報(bào)警進(jìn)場(chǎng)歸檔和存儲(chǔ)，可用于報(bào)警信息的查詢和追溯，對(duì)控制系統(tǒng)潛在問(wèn)題進(jìn)行分析。門(mén)蓋焊裝線機(jī)器人操作界面，可有效幫助操作者掌握機(jī)器人工作狀態(tài)和故障排除，界面顯示了PLC與機(jī)器人之間信號(hào)傳輸?shù)膬?nèi)容和相應(yīng)地址，便于程序排查。假設(shè)當(dāng)機(jī)器人出現(xiàn)不抓工件問(wèn)題時(shí)，可通過(guò)該界面查看機(jī)器人是否接受到PLC控制器的傳輸命令，進(jìn)一步縮小故障可能存在范圍，通過(guò)界面底部的切換按鈕欄可以查看不同機(jī)器人的工作信息。機(jī)器人工作狀態(tài)信息顯示機(jī)器人當(dāng)前執(zhí)行程序號(hào)、機(jī)器人任務(wù)完成情況、機(jī)器人焊點(diǎn)數(shù)等，也可以對(duì)焊點(diǎn)數(shù)進(jìn)行設(shè)置和復(fù)位。當(dāng)運(yùn)行系統(tǒng)出現(xiàn)故障，按下“停止”按鈕暫停給機(jī)器人發(fā)送程序段號(hào);當(dāng)機(jī)器人工作任務(wù)完成后，工位夾具全部打開(kāi)，若運(yùn)行指示燈沒(méi)有熄滅，可以按下該按鈕進(jìn)行清除;當(dāng)機(jī)器人焊接過(guò)程的焊接點(diǎn)數(shù)和設(shè)定點(diǎn)數(shù)不一致是，會(huì)觸發(fā)報(bào)警信號(hào)，然后查看焊接過(guò)程是否存在漏焊情況，當(dāng)故障確認(rèn)后可通過(guò)“復(fù)位”按鈕消除報(bào)警信息。

集成控制系統(tǒng)功能具有自動(dòng)操作和手動(dòng)操作模式，手動(dòng)操作模式步驟如下：①確保工位夾具在打開(kāi)位置，工位傳感器正常，轉(zhuǎn)臺(tái)在上件位置，沒(méi)有報(bào)警，該工位沒(méi)有空運(yùn)行命令，機(jī)器人回到原點(diǎn);②在HMI界面將工位和機(jī)器人模式設(shè)置為自動(dòng)模式;③對(duì)夾具和轉(zhuǎn)臺(tái)SEQ設(shè)置為初始化，輸入計(jì)劃生產(chǎn)車(chē)型與上線數(shù)量;④待轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)到位進(jìn)行上件;⑤操作氣缸加緊、轉(zhuǎn)臺(tái)到焊接位;⑥機(jī)器人進(jìn)入焊接工作，焊接完成后進(jìn)行補(bǔ)焊，然后夾具打開(kāi)到人工位進(jìn)行取件。

4? 結(jié)論

汽車(chē)白車(chē)身門(mén)蓋焊裝直接關(guān)系到汽車(chē)產(chǎn)品的外出質(zhì)量，充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和智能控制系統(tǒng)能夠提高生產(chǎn)效率。本文對(duì)白車(chē)身門(mén)蓋焊接控制系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用分析，分別對(duì)PLC控制器、機(jī)器人、SEW伺服驅(qū)動(dòng)器及現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)焊接設(shè)備的電氣控制進(jìn)行應(yīng)用和設(shè)計(jì)分析，表明SEW變頻器集成控制系統(tǒng)在門(mén)蓋焊接線的應(yīng)用具有較好的自動(dòng)化、柔性化、智能化程度，能夠提升汽車(chē)白車(chē)身焊接的工作效果和焊接質(zhì)量，對(duì)汽車(chē)白車(chē)身焊裝線設(shè)計(jì)具有一定的借鑒意義。

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