張嘉強

摘 要：發(fā)動機是汽車制造過程中的重要組成部分，對于汽車的性能有重要的影響。汽車發(fā)動機裝配線主要是用來完成發(fā)動機裝配工作的。本文將根據(jù)系統(tǒng)控制的要求，基于PLC工作原理，設(shè)計發(fā)動機裝配線自動控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能自動完成旋轉(zhuǎn)、舉升等一系列的操作，對于提高汽車發(fā)動機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)場操作箱控制信號的采集是由ET200S遠程I/O系統(tǒng)完成，ET200S遠程I/O系統(tǒng)是專門為現(xiàn)場操作箱設(shè)計的。此外，在汽車發(fā)動機裝配線上還安裝了轉(zhuǎn)臺、翻轉(zhuǎn)機、舉升臺等設(shè)備，并通過WinCC人機界面軟件和工控機組成的系統(tǒng)對發(fā)動機裝配線操作過程進行實時監(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行編輯的存儲器，其中存儲著程序，可以執(zhí)行邏輯運算、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)控制的計算機，其基本結(jié)構(gòu)和普通的微型計算機類似。其中主要包括電源、中央處理器、存儲器、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階段。第一階段是輸入采樣階段。在這一階段，PLC會將掃描到的所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)存儲在輸入/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)中存儲的輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)都不會發(fā)生變化；第二階段是用戶程序執(zhí)行階段。在這一階段，PLC會按照從上往下的順序掃描用戶程序（梯形圖），然后再進行邏輯運算，并依據(jù)邏輯運算的結(jié)果刷新邏輯線圈在存儲區(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，就會進入輸出刷新階段，這也是PLC真正的輸出過程。

二、汽車發(fā)動機缸體裝配線的工作流程

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

本文設(shè)計的發(fā)動機缸體生產(chǎn)線應(yīng)具備下述四個基本功能。第一個是基本的運輸功能，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)為自動加工設(shè)備的使用留有一些預留工位；第二個是要具有兩種類型的工位，分別為自動加工工位和輔助工位；第三是如果自動工位加工出的發(fā)動機缸體不合格，則可以直接利用生產(chǎn)線上的托盤將發(fā)動機缸體運輸?shù)捷o助工位上，重新進行加工，并采用手動加工的方式，只有輔助工位加工合格后才可以進入下一自動工位。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入到加工主干線。

三、系統(tǒng)配置與功能實現(xiàn)

一臺汽車發(fā)動機完成裝配至少要經(jīng)過上百道工序，安裝的零件也有上百個。因此，在每個工序上至少安排一個操作工人，同時還應(yīng)為其設(shè)置獨立的站點，以便于操作工進行控制。每個站點控制信號比較少，一個控制箱大概要有10到20個輸出、輸入信號。

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)動機生產(chǎn)線的這種情況，如果將現(xiàn)場的信號統(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大大增加生產(chǎn)的成本，無法實現(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遠程I/O系統(tǒng)，將現(xiàn)場采集到的信號直接傳輸?shù)街醒胩幚砥髦?，不用再重新鋪設(shè)電纜，大大節(jié)約了發(fā)動機生產(chǎn)的成本。

第二，現(xiàn)場傳感器要接入到高IP等級的I/O系統(tǒng)中。在生產(chǎn)線上需要安裝光電開關(guān)信號，但因為到控制箱的距離比較長，因此需要采用高IP等級的I/O系統(tǒng)ET200eco。ET200eco具有比較高的防護等級，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，并將其傳輸?shù)街醒胩幚砥髦?，不需要再鋪設(shè)電纜；

第三，發(fā)動機生產(chǎn)線上所有控制點的動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完成上述四個動作，但需要注意是操作工可以對此過程進行干預，控制動作的執(zhí)行；

第四，為了保證發(fā)動機生產(chǎn)線操作的安全性，使用的電機必須使用直流24V接觸器。發(fā)電機裝配線上有很多的設(shè)備，如果出現(xiàn)短路現(xiàn)象則會嚴重影響裝配線的正常運行，同時還會影響到其它設(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，隨時顯示當前設(shè)備的工作情況。本系統(tǒng)中使用的是利用WinCC軟件設(shè)計的一個監(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)直接看到每個工位工作的情況，如果發(fā)現(xiàn)某個設(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)場維護人員查找故障、維護設(shè)備。

四、采用先進的汽車發(fā)動機非同步裝配線

本文中設(shè)計的汽車發(fā)動機裝配線采用的是非同步裝配線。在發(fā)動機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才能繼續(xù)進行輸送。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及兩個以上的工位并聯(lián)，形成一個獨立工位。此外，因為在裝配線上設(shè)置了緩沖區(qū)，托盤運送時間和操作時間之間沒有間隔，不會影響工時，即使出現(xiàn)一些小的故障也會影響全線的正常生產(chǎn)過程。

五、總結(jié)

總之，本文設(shè)計的非同步汽車發(fā)動機生產(chǎn)線均是由標準組件構(gòu)成的，不僅適用于汽車發(fā)動機裝配生產(chǎn)過程，同時也適用于其他品種的輸送。

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